Welche Materialien werden beim 3D-Druck verwendet?

Mit den ständigen technologischen Erfindungen werden mehr Materialien für den 3D-Druck verwendet. Der 3D-Druckmarkt ist nicht mehr auf Polymere beschränkt, da es verschiedene Materialien gibt, die erschlossen werden können.

Kunststoffe, Metalle und Keramiken können eine vielfältige Produktpalette für unterschiedliche Anwendungen herstellen. Wussten Sie, dass sogar Sojaöl, Schokolade und nasses Papier 3D-Drucke erzeugen können? Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie Sie diese Materialien auswählen und welche Sie nicht verwenden können.

Welche Materialien werden beim 3D-Druck verwendet?

Sehen wir uns die entscheidenden Eigenschaften und Nachteile der verschiedenen Materialien an, die beim 3D-Druck verwendet werden.

Nylon

Nylon ist ein synthetisches thermoplastisches Polyamid und der beliebteste Kunststoff für den 3D-Druck. Was es zu einer idealen Wahl für 3D-Drucke macht, ist seine Flexibilität, geringe Reibung und Haltbarkeit. Dieses Material wird auch häufig für Textilien und Accessoires verwendet.

Nylonfilament (siehe Amazon) ist eine ideale Option für komplizierte oder filigrane Geometrien. Es wird hauptsächlich als Filamentmaterial in Fused Filament Fabrication oder Fused Deposition Modeling 3D-Druckern verwendet. Es ist preiswert und eines der stabilsten Kunststoffmaterialien.

Vorteile

• Es ist ein langlebiges Material.
• Es hat ein gutes Verhältnis von Festigkeit zu Flexibilität.
• Es hat minimales Verziehen.
• Es ist einfach zu färben oder zu färben.

Nachteile

• Es ist hygroskopisch und muss daher trocken gehalten werden.
• Es ist ein Jahr haltbar.
• Es kann beim Abkühlen schrumpfen, wodurch die Drucke weniger präzise werden.
• Es ist nicht mit allen Druckern kompatibel.

ABS-Kunststoff

Dieses thermoplastische Filamentmaterial ist die erste Wahl für den Einsatz als Filament für 3D-Drucker. ABS ist auch eines der am häufigsten verwendeten Materialien für den 3D-Druck im Haushalt und für den persönlichen Gebrauch.

ABS ist eine gute Option für Ingenieure und Hersteller, die hochwertige Prototypenprodukte benötigen.

Vorteile

• ABS ist leicht zugänglich.
• Es hat einen budgetfreundlichen Preis (siehe Amazon).
• Er ist in zahlreichen Farben erhältlich.
• Es ist strapazierfähiger als Nylon.

Nachteile

• Beim Drucken ist ein beheiztes Bett erforderlich.
• Aufgrund seines hohen Schmelzpunkts kann es sich beim Abkühlen während des Druckens verziehen.
• Es ist nicht biologisch abbaubar.
• Bei hohen Temperaturen gibt es giftige, übel riechende Dämpfe ab.

Hochschlagfestes Polystyrol (HIPS)

Dieses Material wird in FDM-Druckern als Stützstruktur verwendet. Seine Benutzerfreundlichkeit kann mit ABS verglichen werden. Beide unterscheiden sich jedoch in ihrer Auflösungsfähigkeit. Beispielsweise ist HIPS vollständig in Limonen löslich.

Vorteile

• Es ist einfach zu schneiden.
• Es kann komplizierte Modelle und als Stützmaterial herstellen.
• Es ist leicht und glatt.
• Er ist schlagfest und wasserfest.
• Es ist erschwinglich (siehe Preis bei Amazon).

Nachteile

• Es kann das Ausgaberohr und die Düsen Ihres Druckers verstopfen, wenn kein ausreichender Wärmefluss vorhanden ist.
• Erzeugt unangenehm riechende Dämpfe.

Harz

Hier ist eine weitere gängige Wahl für den 3D-Druck. Harzmaterialien werden typischerweise in DLP-, SLA-, CLIP- und Multijet-Technologien verwendet. Mehrere Arten sind mit dem 3D-Druck kompatibel, darunter zähes Harz, gießbares Harz, flexibles Harz und mehr.

Vorteile

• Harz ist in zahlreichen Anwendungen einsetzbar.
• Harz hat eine geringe Schrumpfung.
• Es ist sehr chemikalienbeständig.

Nachteile

• Harz ist ziemlich teuer (siehe Preis bei Amazon).
• Harz läuft ab.
• Hohe Photoreaktivität, daher ordnungsgemäße Lagerung erforderlich.
• Kann vorzeitig polymerisieren, wenn es Hitze ausgesetzt wird.

Polymilchsäure (PLA)

PLA stammt aus nachwachsenden Rohstoffen wie Maisstärke und Zuckerrohr. Es ist eine typische Wahl in Bildungseinrichtungen, da es einfach zu drucken und sicher ist. Darüber hinaus ist PLA beim FDM-Desktopdruck anwendbar.

Vorteile

• Geringer Warping, daher mühelos zu drucken.
• PLA ist auf einer kalten Oberfläche druckbar.
• PLA eignet sich zum Drucken schärferer Merkmale und Ecken als ABS.
• PLA ist in mehreren Farben erhältlich (siehe Amazon).

Nachteile

• PLA ist nicht sehr stabil.
• Kann sich bei extremer Hitzeeinwirkung verformen.

Gold und Silber

Diese Metallfilamente werden in Pulverform verarbeitet und gehören zu den stabilsten für den Einsatz im 3D-Druck. Sie werden hauptsächlich zur Herstellung von Schmuck verwendet. Zu den Druckverfahren, die mit diesen Metallfilamenten verwendet werden, gehören Direct Metal Laser Sintering und Selective Laser Melting.

Vorteile

• Hohe elektrische Leitfähigkeit.
• Hitzebeständig und langlebig.

Nachteile

• Sehr teuer.
• Zeitaufwändig und mühsam zu perfektionieren.
• Hohes Reflexionsvermögen und hohe Wärmeleitfähigkeit, was die Verarbeitung erschwert.
• Erfordern extrem hohe Temperaturen und sind daher nicht zum Drucken in typischen FDM-3D-Druckern geeignet.

Edelstahl

Schmelzen und Lasersintern (siehe 3D-Drucker) sind die Verfahren, die beim Drucken mit Edelstahl zum Einsatz kommen. Dieses Material arbeitet mit zwei Arten von Technologien:DMLS und SLM. Da Edelstahl gut für die Konstruktion robuster Materialien und Detailarbeiten geeignet ist, eignet er sich unter anderem ideal für Dinge wie Schlüsselanhänger, Bolzen und Miniaturen.

Vorteile

• Es ist wärmebehandelbar, um Härte und Festigkeit zu erhöhen.
• Ideal für hochfeste Anwendungen.
• Es ist sehr korrosionsbeständig.
• Es hat eine hohe Duktilität.

Nachteile

• Das Drucken ist zeitaufwändig.
• Es ist nicht budgetfreundlich.
• Begrenzte Druckgröße.

Titan

Dies ist das leichteste und stärkste 3D-Druckmaterial und hat eine moderate Oberflächenrauheit. Titan wird durch Direct Metal Laser Sintering gedruckt. Die Hauptanwendung von Titanfilamenten liegt in Hightech-Bereichen wie der Medizin, der Weltraumforschung und der Luft- und Raumfahrtindustrie.

Vorteile

• Es bietet mehr Auflösung und Komplexität im Design.
• Es ist für hochpräzise Anwendungen geeignet.
• Es ist korrosionsbeständig und biokompatibel.

Con

• Es ist ziemlich teuer.

Keramik

Keramik kann extremen Drücken und Temperaturen standhalten, ohne sich zu verziehen oder zu brechen. Es ist weniger anfällig für Korrosion und nutzt sich nicht so leicht ab. Daher ist es langlebiger als Metalle und Kunststoffe.

Keramik wird typischerweise mit Binder-Jetting-Technologie, Stereolithographie und DLP (Digital Light Processing) verwendet.

Vorteile

• Sie eignen sich für hochpräzise Arbeiten.
• Sie sorgen für glatte, glänzende Oberflächen.
• Sie sind sehr hitze-, säure- und laugenbeständig.
• Es gibt sie in vielen Farben.

Nachteile

• Keramik benötigt zum Schmelzen sehr hohe Temperaturen.
• Sie sind nicht ideal zum Glasieren und Brennen.
• Sie sind zerbrechlich und daher nicht für ineinandergreifende und geschlossene Komponenten geeignet.
• Nicht ausgezeichnet für Stückmontageverfahren.

Polyethylenterephthalat (PET/PETG)

PET ist ein weiteres häufig verwendetes Kunststoffmaterial für 3D-Drucke, die in Thermoformprozessen eingesetzt werden. Es kann auch technische Harze erzeugen, wenn es mit anderen Substanzen wie Glasfasern kombiniert wird.

Beim 3D-Druck ist PETG häufiger als PET, da ersteres modifiziertes Glykol enthält. Dadurch ist es klarer, weniger spröde und weniger anstrengend in der Anwendung als PET. Das Filament (siehe auf Amazon) arbeitet mit FFF- und FDM-Technologien.

Vorteile

• Das Material ist strapazierfähig.
• Es ist recycelbar und schlagfest.
• Es ist sterilisierbar.
• Es hat hervorragende Hafteigenschaften.
• Hochtemperaturbeständig und robust.
• Es ist einfach zu drucken.

Nachteile

• Verschlechtert sich unter UV-Licht.
• Die Oberfläche neigt zum Verkratzen.
• Es erfordert zusätzliche Tests mit 3D-Druckparametern.

Was ist das gebräuchlichste 3D-Druckmaterial?

Von allen verwendeten 3D-Druckmaterialien ist Kunststoff das beliebteste . Es ist für viele verschiedene Anwendungen beliebt, einschließlich der Herstellung von Haushaltsgegenständen, 3D-gedrucktem Spielzeug, Schreibtischutensilien, Actionfiguren und Vasen.

Kunststoff ist in transparenten und leuchtenden Farbtönen erhältlich, wobei Limettengrün und Rot am häufigsten vorkommen. Diese Filamente sind in Spulen verpackt und können in mattem oder glänzendem Finish erhältlich sein.

Angesichts seiner Festigkeit, Geschmeidigkeit, Flexibilität und brillanten Farben ist seine Beliebtheit leicht zu verstehen. Ganz zu schweigen davon, dass es im Vergleich zu anderen 3D-Druckmaterialien eine relativ erschwingliche Option ist.

Konsumgüter aus Kunststoff verwenden typischerweise FDM-Drucker. Das Verfahren beinhaltet das Schmelzen und Formen von thermoplastischen Filamenten nacheinander in verschiedene Formen. Zu den gängigsten Kunststoffarten für den 3D-Druck gehören:

• PLA , das eines der umweltfreundlichsten Materialien für 3D-Drucker ist. Es ist in harter und weicher Form erhältlich. Kunststoffe aus Polymilchsäure werden in den kommenden Jahren wahrscheinlich am meisten bevorzugt im 3D-Druck eingesetzt.
• ABS-Filament ist in verschiedenen Farben erhältlich und wird gerne in der Sticker- und Spielzeugherstellung eingesetzt. Es wird auch für Vasen und Schmuck verwendet.
• Polyvinylalkohol-Kunststoff: Es ist eine typische Wahl für erschwingliche Heimdrucker. Obwohl es nicht ideal für Produkte ist, die eine hohe Festigkeit erfordern, ist es eine gute Wahl für Produkte zur vorübergehenden Verwendung.
• Polycarbonat: Es ist der am wenigsten verwendete Kunststoff im 3D-Druck. Es funktioniert nur in 3D-Druckern, die bei hohen Temperaturen und mit Düsen arbeiten. Es wird unter anderem zur Herstellung von Formschalen und erschwinglichen Kunststoffbefestigungen verwendet.

In 3D-Druckern hergestellte Kunststoffartikel gibt es in verschiedenen Formen und Konsistenzen, von flach und rund bis hin zu gerillt und netzartig.

Welche Materialien können nicht 3D-gedruckt werden?

Sie können keine Materialien drucken, die nicht in einen halbflüssigen Zustand schmelzen können, der extrudiert werden kann. Nehmen Sie zum Beispiel die Bedienung von FDM-3D-Druckern. Diese Drucker schmelzen thermoplastische Substanzen von einer Spule mit einer engen Toleranz von ± 0,05 oder weniger.

Materialien, die bei hohen Temperaturen brennen anstatt zu schmelzen, lassen sich nur schwer durch die Düse extrudieren.

Wir können selektives Lasersintern verwenden, um pulverisierte Metalle in feste Modelle zu binden.

Vorausgesetzt, Sie können die Toleranzen und den halbflüssigen Zustand einhalten, sollte es möglich sein, diese Substanz zu drucken. Hier sind einige Materialien, die Sie nicht für den 3D-Druck verwenden können:

• Normales Holz oder Holzprodukte (Sie können jedoch Holzmaserungen mit PLA kombinieren und für den 3D-Druck verwenden).
• Stoffe/Kleidung.
• Trockenes Papier.
• Felsen und Erde – obwohl man Vulkangestein in einen geschmolzenen Zustand schmelzen kann.
• Leder und Tierprodukte.

Auswahl des richtigen 3D-Druckmaterials

Beim Drucken von 3D-Modellen müssen Sie zunächst Ihre Materialart berücksichtigen. Wir haben oben bereits die Vorteile, Nachteile und Anwendungen verschiedener 3D-Druckmaterialien gesehen.

Sehen wir uns genauer an, worauf wir bei ihnen achten müssen.

• Zugfestigkeit

Dies bezieht sich auf den Widerstand Ihres Materials gegen Reißen unter Spannung. Es gibt nicht nur die Duktilität eines Materials an, sondern kann auch seine Festigkeit bezeichnen. Einige Materialien brechen scharf, während die duktileren, wie Metall und Kunststoff, eine Verformung erfahren, bevor sie brechen.

Mechanische, strukturelle und statische Komponenten benötigen hochfeste Materialien, da Brüche nicht akzeptabel sind. Beispiele für Branchen, die hochfeste Werkstoffe benötigen, sind das Bauwesen, die Luftfahrt und die Automobilindustrie. Heutzutage liefert der 3D-Druck ähnliche oder sogar widerstandsfähigere Modelle als frühere spritzgegossene Kunststoffe wie ABS und Polypropylen.

• Young-Modul

Damit bezeichnet man den Widerstand eines Materials gegen Längenänderungen unter Zugbeanspruchung. Steife Materialien haben einen hohen Elastizitätsmodul und sind widerstandsfähiger gegen Veränderungen. Bei der Auswahl von Materialien für strukturelle und mechanische Komponenten ist ein hoher Elastizitätsmodul entscheidend.

• Dehnung

Die Dehnung ist das Ausmaß der Dehnung eines Materials genau an der Bruchstelle. Steife Materialien, wie sprödharte Kunststoffe, haben in der Regel eine geringe Dehnung, während sich weiche, elastische Materialien mehrfach dehnen, bevor sie brechen.

Dehnung ist für Architektur und Konstruktion notwendig, wo sich Strukturen merklich verformen müssen, anstatt plötzlich zu brechen.

• Biegefestigkeit

Die Biegefestigkeit ist ebenso wie die Zugfestigkeit die Bruchfestigkeit eines Materials unter Belastung. Die Belastungen unterscheiden sich jedoch mit der Biegefestigkeit, die die Biegung umfasst. Daher spiegelt es die Zugfestigkeit und Kompression eines Materials wider.

Die meisten Kunststoffe haben eng aufeinander abgestimmte Zug- und Biegefestigkeiten. Einige Materialien mit homogener Struktur haben die gleichen Zug- und Biegefestigkeiten. SLA ist homogen, was ein Vorteil gegenüber anderen 3D-Drucktechnologien ist. Dies liegt daran, dass Komponenten unabhängig von der Ausrichtung eine analoge Festigkeit haben.

• Biegemodul

Dies bezieht sich auf die Biegefestigkeit eines Materials. Steife Materialien haben einen hohen Modul, während elastische Materialien einen niedrigen Modul haben. Biege- und Elastizitätsmodul haben ebenfalls eine enge Beziehung.

Der Biegemodul ist entscheidend bei der Konstruktion von Stahlfedern, insbesondere Blattfedern, und in Strukturteilen oder Stützträgern.

• Schlagfestigkeit

Materialien reagieren unterschiedlich auf statische Belastung und plötzliche Stöße. Die Schlagfestigkeit hat einen großen Einfluss auf die Zähigkeit eines Materials. Spröde Materialien haben aufgrund der begrenzten Verformung, die sie aushalten können, eine minimale Zähigkeit. Die Temperatur wirkt sich auch auf die Zähigkeit aus, wobei niedrige Wärmewerte die Zähigkeit eines Materials verringern.

Dieser Faktor ist bei verschiedenen Anwendungen von entscheidender Bedeutung, beispielsweise bei der Herstellung von Schutzbrillen und Schilden.

• Wasseraufnahme

Kunststoffmaterialien nehmen unter feuchten Bedingungen oder unter Wasser etwas Wasser auf. Obwohl einige Kunststoffe eine höhere Hygroskopie aufweisen als andere, kann der minimale Unterschied in fertigen Kunststoffprodukten irrelevant sein. Es ist jedoch ein entscheidender Faktor für die Hitzebeständigkeit bei Kunststoffteilen und der Rohstoffverarbeitung.

Wenn Kunststoffmaterialien über etwa 150 °C erhitzt werden, führt die Anwesenheit von Feuchtigkeit zu einer Hydrolyse. Dies bewirkt dann das Cracken von langkettigen zu kurzkettigen Molekülen, wodurch das Material geschwächt wird. Geschieht dies vor dem 3D-Druck, wird das Material geschwächt, was zu minderwertigen Produkten führt. Rohstoffe mit hoher Wasseraufnahmefähigkeit sollten Sie daher trocken lagern.

Neue innovative 3D-Druckmaterialien

3D-Drucker sind nicht mehr auf Kunststoff spezialisiert. Einige der neuesten 3D-Drucker sind mit recycelten Materialien kompatibel.

Beispielsweise hat ein Designer einen 3D-Drucker entwickelt, der nasse Papierfasern verwenden kann . Es ist robust, langlebig und bietet eine gute Lösung für Kunststoffmaterialien. Darüber hinaus bietet es ein effizientes Kreislaufsystem, da es fertige Produkte recyceln kann, sobald sie alt sind.

Die Lebensmittelindustrie hat einige der neuesten Innovationen im 3D-Druck. Das Unternehmen Universal Favorite entwickelte eine 3D-gedruckte Form zur Herstellung einer einzigartigen Schokoladenlinie.

Neue Polymere für den 3D-Druck medizinischer Implantate sind auf dem Vormarsch. Zum Beispiel Evonik , eine Marke für Spezialchemikalien, brachte ein PEEK-Filament in Implantatqualität auf den Markt. Ihnen zufolge ist dieses neue Material das wegweisende Filament auf PEEK-Basis, das in der maxillofazialen Chirurgie und Orthopädie verwendet werden kann.

Schlussfolgerung

Der obige Leitfaden für 3D-Druckmaterialien erleichtert Ihnen die Auswahl des richtigen Materials für Ihre Aufgabe. Mit der Diversifizierung der 3D-Druckindustrie und der Welt werden zusätzliche Filamente zur Verwendung verfügbar sein.

Die Auswahl der richtigen Materialien ist für einen effizienten 3D-Druck unerlässlich. Mit einem guten Verständnis der verschiedenen Materialien, die für den 3D-Druck verfügbar sind, können die Abläufe schnell ablaufen und qualitativ hochwertige Produkte hergestellt werden.