FDM 3D-Druckmaterialien im Vergleich

Einführung

Die Auswahl des richtigen Materials zum Drucken eines bestimmten Objekts wird immer schwieriger, da auf dem 3D-Druckmarkt regelmäßig radikal neue Materialien auftauchen. Beim FDM-3D-Druck
waren PLA und ABS in der Vergangenheit die beiden Hauptpolymere, die verwendet wurden, aber ihre anfängliche Dominanz war größtenteils zufällig, sodass es keine großen Hindernisse für andere Polymere geben sollte, eine Schlüsselrolle in der Zukunft von FDM zu spielen .

Wir sehen jetzt, dass neue Produkte immer beliebter werden, sowohl reine Polymere als auch Verbundwerkstoffe. In dieser Studie konzentrieren wir uns auf die wichtigsten reinen Polymere, die heute auf dem Markt existieren:PLA, ABS, PET, Nylon, TPU (flexibel) und PC. Wir fassen die wichtigsten Unterschiede zwischen ihren Eigenschaften in Schnappschussprofilen zusammen, damit Benutzer eine schnelle Entscheidung über das beste Polymer für ihre Anwendung treffen können.

Methodik

Materialien werden normalerweise in drei Kategorien eingeteilt:mechanische Leistung, visuelle Qualität und Verarbeitung. In diesem Fall schlüsseln wir diese Kategorien weiter auf, um ein klareres Bild der Eigenschaften des Polymers zu zeichnen. Die Wahl des Materials hängt wirklich davon ab, was der Benutzer drucken möchte, daher haben wir die wichtigsten Entscheidungskriterien aufgeführt, die für die Auswahl eines Materials erforderlich sind (außer Kosten und Geschwindigkeit):

• Einfaches Drucken: Wie einfach es ist, ein Material zu bedrucken:Betthaftung, maximale Druckgeschwindigkeit, Häufigkeit fehlgeschlagener Drucke, Fließgenauigkeit, einfache Zufuhr in den Drucker usw.
  
• Maximale Belastung: Maximale Belastung, der das Objekt ausgesetzt werden kann, bevor es bricht, wenn langsam daran gezogen wird.
  
• Reißdehnung: Maximale Länge, um die das Objekt gedehnt wurde, bevor es bricht.
  
• Schlagfestigkeit: Energie, die benötigt wird, um ein Objekt durch einen plötzlichen Aufprall zu zerbrechen.
  
• Schichthaftung (Isotropie): Wie gut die Haftung zwischen Materialschichten ist. Sie ist mit „Isotropie“ (=Gleichmäßigkeit in alle Richtungen) verbunden:Je besser die Schichthaftung, desto isotroper das Objekt.
  
• Hitzebeständigkeit: Maximale Temperatur, die das Objekt aushalten kann, bevor es weich wird und sich verformt.
  
  

Wir stellen aus einem von zwei Gründen auch zusätzliche Informationen bereit, die nicht im Diagramm erfasst sind:

• Sie sind im Wesentlichen weder „gut“ noch „schlecht“; es sind nur Eigenschaften, die für einige Anwendungen geeignet sind und für andere nicht, wie z. B. die Steifigkeit.
  
• Wir haben keine gute quantitative Bewertung, aber wir wissen, dass es ein wichtiger Faktor ist, wie z. B. Feuchtigkeitsbeständigkeit oder Toxizität.
  

Ergebnisse

Jedes Material wurde anhand der folgenden Kriterien auf einer Skala von 1 (niedrig) bis 5 (hoch) eingestuft. Dies sind relative Güten für das FDM-Verfahren - sie würden ganz anders aussehen, wenn andere Fertigungstechnologien berücksichtigt würden. Unter Verwendung der Daten von Optimatter wurden die Polymere nach den verschiedenen berücksichtigten Kriterien eingestuft:

Lassen Sie Ihre Teile in diesen Materialien drucken:

PLAABSPETNylonTPU

PLA

PLA ist das am einfachsten zu druckende Polymer und bietet eine gute visuelle Qualität. Es ist sehr steif und eigentlich ziemlich stark, aber sehr spröde.

Vorteile	Nachteile
Biologisch hergestellt, biologisch abbaubar	Geringe Feuchtigkeitsbeständigkeit
Geruchlos	Kann nicht einfach geklebt werden
Kann mit Schleifpapier nachbearbeitet und mit Acrylfarben bemalt werden
Gute UV-Beständigkeit

ABS

ABS wird normalerweise gegenüber PLA ausgewählt, wenn eine höhere Temperaturbeständigkeit und höhere Zähigkeit erforderlich sind.

Vorteile	Nachteile
Kann mit Acetondämpfen für ein glänzendes Finish nachbearbeitet werden	UV-empfindlich
Kann mit Schleifpapier nachbearbeitet und mit Acrylfarben bemalt werden	Geruch beim Drucken
Aceton kann auch als starker Kleber verwendet werden	Möglicherweise hohe Rauchemissionen
Gute Abriebfestigkeit

PET

PET ist ein etwas weicheres Polymer, das gut abgerundet ist und interessante zusätzliche Eigenschaften mit wenigen großen Nachteilen besitzt.

Vorteile	Nachteile
Kann mit Lebensmitteln in Kontakt kommen	Schwerer als PLA und ABS
Hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit
Hohe chemische Beständigkeit
Recycelbar
Gute Abriebfestigkeit
Kann mit Schleifpapier nachbearbeitet und mit Acrylfarben bemalt werden

Nylon

Nylon besitzt hervorragende mechanische Eigenschaften und insbesondere die beste Schlagfestigkeit für ein nicht flexibles Filament. Die Schichthaftung kann jedoch ein Problem darstellen.

Vorteile	Nachteile
Gute chemische Beständigkeit	Absorbiert Feuchtigkeit
Hohe Festigkeit	Möglicherweise hohe Rauchemissionen

TPU

TPU wird hauptsächlich für flexible Anwendungen verwendet, aber seine sehr hohe Schlagfestigkeit kann sich für andere Anwendungen öffnen.

Vorteile	Nachteile
Gute Abriebfestigkeit	Schwierig nachzubearbeiten
Gute Beständigkeit gegen Öl und Fett	Kann nicht einfach geklebt werden

PC

PC ist das stärkste Material von allen und kann eine interessante Alternative zu ABS sein, da die Eigenschaften ziemlich ähnlich sind.

Vorteile	Nachteile
Kann sterilisiert werden	UV-empfindlich
Leicht nachzubearbeiten (schleifen)

Schlussfolgerung

Die Wahl des richtigen Polymers ist entscheidend, um die richtigen Eigenschaften für ein 3D-gedrucktes Teil zu erhalten, insbesondere wenn das Teil eine funktionelle Verwendung hat. Dieser Artikel hilft Benutzern, das richtige Material für die von ihnen benötigten Eigenschaften zu finden. Materiallieferanten bieten jedoch auch häufig Mischungen an oder fügen Additive hinzu, um die Eigenschaften des reinen Polymers zu modifizieren (z. B. Hinzufügen von Kohlenstofffasern, um das Material steifer zu machen). Wir sprechen diese komplexeren Formulierungen in diesem Artikel nicht an, aber Sie können Daten zu einigen dieser Produkte in unserem Optimierungstool bei OptiMatter finden.

Haftungsausschluss

• Die in diesem Artikel angegebenen Klassen beziehen sich auf ein durchschnittliches Polymer, das die allgemeine Chemie darstellt, aber die Leistung variiert je nach dem tatsächlichen Produkt oder Lieferanten, von dem der Benutzer kauft.
  
• Alle Daten, die unseren Bewertungen in dieser Studie zugrunde liegen, wurden von 3D Matter gemessen, mit Ausnahme der Hitzebeständigkeit, für die wir die von mehreren Filamentlieferanten angegebene Glastemperatur verwendet haben.
  
• Für die Abschnitte „Zusätzliche Erwägungen“ verwenden wir eine Kombination aus Bewertungen Dritter und unseren eigenen Beobachtungen.
  
• Der Nylontyp, den wir in diesem Artikel besprechen, ist Nylon 6, nicht Nylon 11 oder 12.
  
• Die visuelle Qualität wird ohne nennenswerte Nachbearbeitung getestet. Es gibt Möglichkeiten, die Drucke zu glätten und die visuelle Qualität eines bestimmten Polymers deutlich zu verbessern (z. B. Verwendung von Acetondampf auf ABS).
  
• Die Toxizität von 3D-Druckpolymeren ist noch nicht sehr gut verstanden und ist ein Faktor, der in Zukunft eine größere Rolle spielen könnte. Wir stützen unsere Kommentare zur Toxizität auf eine Studie von Azimi et al. [1]
  
  

[1] Azimi et al., Emissionen ultrafeiner Partikel und flüchtiger organischer Verbindungen aus im Handel erhältlichen dreidimensionalen Desktop-Druckern mit mehreren Filamenten, Environmental Science &Technology, 2016

Ein großes Dankeschön an 3D Matter, dass Sie diese Materialforschung mit unserer Community teilen.