Umfassender Leitfaden zu FDM-3D-Druckmaterialien: PLA, ABS und neue Optionen

Einleitung

Die Wahl des richtigen Materials für einen 3D-Druck wird zunehmend schwieriger, da der Markt regelmäßig radikal neue Materialien hervorbringt. Beim FDM-3D-Druck waren PLA und ABS historisch die beiden Hauptpolymere, aber ihre ursprüngliche Dominanz war eher zufällig – andere Polymere werden künftig eine Schlüsselrolle spielen.

Wir sehen neue Produkte an Popularität gewinnen, sowohl reine Polymere als auch Verbundwerkstoffe. Diese Studie konzentriert sich auf die wichtigsten reinen Polymere am Markt: PLA, ABS, PET, Nylon, TPU (flexibel) und PC. Wir fassen die wesentlichen Unterschiede ihrer Eigenschaften in Kurzprofilen zusammen, damit Anwender schnell das passende Polymer für ihre Anwendung finden.

Methodik

Materialien werden üblicherweise in drei Kategorien bewertet: mechanische Leistung, optische Qualität und Prozess. Hier unterteilen wir diese weiter, um ein klareres Bild der Polymer-Eigenschaften zu zeichnen. Die Materialwahl hängt stark vom Druckziel ab, daher listen wir die wichtigsten Entscheidungskriterien (außer Kosten und Geschwindigkeit):

• Druckbarkeit: Wie einfach ein Material zu drucken ist: Haftung am Druckbett, max. Druckgeschwindigkeit, Fehldruckrate, Fließgenauigkeit, Einführeinfachheit etc.
• Maximale Zugspannung: Maximale Spannung vor Bruch bei langsamer Zugbelastung.
• Dehnung bei Bruch: Maximale Streckung vor Bruch.
• Schlagzähigkeit: Energie, um ein Objekt durch plötzlichen Aufprall zu brechen.
• Schichthaftung (Isotropie): Qualität der Haftung zwischen den Schichten. Je besser, desto isotroper (richtungsunabhängiger) das Bauteil.
• Hitzebeständigkeit: Maximale Temperatur vor Erweichung und Verformung.

Zusätzliche Informationen, die nicht im Diagramm erfasst sind, geben wir aus zwei Gründen:

• Sie sind weder „gut“ noch „schlecht“, sondern nur für bestimmte Anwendungen geeignet (z. B. Steifigkeit).
• Wir haben keine quantitative Bewertung, wissen aber, dass sie wichtig sind (z. B. Feuchtigkeitsbeständigkeit, Toxizität).

Ergebnisse

Jedes Material wurde auf einer Skala von 1 (niedrig) bis 5 (hoch) bewertet. Dies sind relative Bewertungen für den FDM-Prozess – bei anderen Fertigungsverfahren würden sie anders aussehen. Basierend auf Daten von Optimatter wurden die Polymere entlang der Kriterien eingestuft:

Bauteile in diesen Materialien drucken lassen: PLA, ABS, PET, Nylon, TPU

PLA

PLA ist das am einfachsten zu druckende Polymer und liefert gute optische Qualität. Es ist sehr steif und durchaus fest, aber sehr spröde.

Vorteile	Nachteile
Biobasiert, biologisch abbaubar	Geringe Feuchtigkeitsbeständigkeit
Geruchlos	Lässt sich schwer kleben
Nachbearbeitung mit Schleifpapier und Acrylfarbe möglich
Gute UV-Beständigkeit

ABS

ABS wird meist gegenüber PLA gewählt, wenn höhere Temperaturbeständigkeit und Zähigkeit gefordert sind.

Vorteile	Nachteile
Nachbearbeitung mit Acetondampf für glänzende Oberfläche	UV-empfindlich
Schleifen und Acrylfarbe möglich	Geruch beim Drucken
Aceton als starker Kleber nutzbar	Potenziell hohe Emissionen
Gute Abriebfestigkeit

PET

PET ist ein etwas weicheres, gut ausbalanciertes Polymer mit interessanten Zusatzeigenschaften und wenigen nennenswerten Nachteilen.

Vorteile	Nachteile
Lebensmittelkontakt geeignet	Schwerer als PLA und ABS
Hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit
Hohe Chemikalienbeständigkeit
Recycelbar
Gute Abriebfestigkeit
Nachbearbeitung mit Schleifpapier und Acrylfarbe

Nylon

Nylon besitzt hervorragende mechanische Eigenschaften, insbesondere die beste Schlagzähigkeit unter den nicht-flexiblen Filamenten. Schichthaftung kann jedoch problematisch sein.

Vorteile	Nachteile
Gute Chemikalienbeständigkeit	Feuchtigkeitsaufnahme
Hohe Festigkeit	Potenziell hohe Emissionen

TPU

TPU wird 주로 für flexible Anwendungen genutzt, aber seine extrem hohe Schlagzähigkeit eröffnet weitere Einsatzgebiete.

Vorteile	Nachteile
Gute Abriebfestigkeit	Schwer nachzubearbeiten
Gute Beständigkeit gegen Öl und Fett	Lässt sich schwer kleben

PC

PC ist das festeste Material aller hier vorgestellten und eine interessante Alternative zu ABS, da die Eigenschaften ähnlich sind.

Vorteile	Nachteile
Sterilisierbar	UV-empfindlich
Einfache Nachbearbeitung (Schleifen)

Fazit

Die Wahl des richtigen Polymers ist entscheidend, um die gewünschten Eigenschaften eines 3D-gedruckten Teils zu erhalten – besonders bei funktionalen Teilen. Dieser Artikel hilft, das passende Material basierend auf den benötigten Eigenschaften zu finden. Materialhersteller bieten oft Blends oder Additive an, um Eigenschaften zu modifizieren (z. B. Carbonfaser für mehr Steifigkeit). Diese komplexeren Formulierungen werden hier nicht behandelt, aber Daten dazu finden sich in unserem Optimierungstool bei OptiMatter.

Haftungsausschluss

• Die Bewertungen beziehen sich auf ein durchschnittliches Polymer der jeweiligen Chemie; die tatsächliche Leistung variiert je nach Produkt und Lieferant.
• Alle Daten stammen von 3D Matter, außer Hitzebeständigkeit (Glastemperatur von mehreren Filamentherstellern).
• Für „Zusätzliche Überlegungen“ nutzen wir Drittbewertungen und eigene Beobachtungen.
• Der besprochene Nylon-Typ ist Nylon 6, nicht Nylon 11 oder 12.
• Optische Qualität wurde ohne nennenswerte Nachbearbeitung getestet. Es gibt Wege, Drucke zu glätten und die Optik stark zu verbessern (z. B. Acetondampf bei ABS).
• Toxizität von 3D-Druckpolymeren ist noch nicht gut verstanden und könnte künftig wichtiger werden. Unsere Angaben basieren auf einer Studie von Azimi et al. [1]

[1] Azimi et al., Emissions of Ultrafine Particles and Volatile Organic Compounds from Commercially Available Desktop Three-Dimensional Printers with Multiple Filaments, Environmental Science & Technology, 2016

Ein großes Dankeschön an 3D Matter für die Bereitstellung dieser Materialforschung für unsere Community.