Leitet PLA-Filament Strom? Leitfähige Varianten & Druckherausforderungen

Wussten Sie, dass es Filamente gibt, die tatsächlich Strom leiten? Zwar sind sie nicht weit bekannt oder verbreitet, aber es gibt definitiv leitfähige Filamente, mit denen Sie faszinierende Projekte drucken können.

Die Frage: Wie leitfähig ist normales PLA und gibt es leitfähige PLA-Varianten?

Ich beantworte beide Fragen in diesem Artikel, beleuchte Probleme beim Druck mit leitfähigen Filamenten, welche Filamente Sie besorgen sollten und mehr.

Los geht's!

Ist PLA-Filament leitfähig?

PLA fällt in die Kategorie nicht-leitender Filamente, da es einen Widerstand in der Größenordnung von 10¹⁶ Ω·m aufweist – ähnlich wie die meisten anderen Kunststoffe. Damit ist es ein hervorragendes elektrisches Isolationsmaterial, solange es fest (kalt) ist. Bei Erhitzung wird PLA weicher und leitfähiger – nicht mehr sicher als Isolator.

Polymilchsäure (PLA) ist ein biologisch abbaubarer Thermoplast. Wie erwähnt, ist es im Bereich von Raumtemperatur bis ca. 70 °C ein exzellenter elektrischer Isolator. Seine Resistivität und Durchschlagsfestigkeit – bis 70 °C – ähneln der von Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) und anderen erdölbasierten Polymeren, was es im festen Zustand extrem nicht-leitfähig macht.

Das Problem bei elektrischen Anwendungen als Isolator: Die elektrische Leitfähigkeit von PLA ist stark temperaturabhängig; oberhalb der Glasübergangstemperatur Tg (70 °C) steigt die Leitfähigkeit signifikant an.

Der Grund: PLA geht bei Temperaturen über Tg in einen gummiartigen Zustand über, was durch die mikroskopische Brownsche Bewegung der Molekülketten zu einem plötzlichen, signifikanten Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit führt.

Da PLA mit Temperaturerhöhung seine Isoliereigenschaften verliert, ist es für wärmeentwickelnde elektrische Anwendungen nicht ratsam – Kurzschlussgefahr. Für Niedervolt- und Niedertemperaturanwendungen ist PLA jedoch bestens geeignet.

Gibt es leitfähige Filamente?

Eine begrenzte Auswahl leitfähiger Filamente ist derzeit verfügbar und gewinnt in der DIY-Community schnell an Beliebtheit. Aber nicht zu früh freuen: Derzeit eignen sie sich nur für einfache Schaltungen und kleine Elektronikprojekte – aber Sie können damit nützliche und spannende Dinge bauen: von 3D-Modellen mit eingebetteten LEDs bis zu Auto-Bett-Nivelliersensoren.

Das populärste und meines Wissens nützlichste leitfähige Filament ist Protopastas Conductive PLA. Es hat einen Widerstand von 15 Ohm/cm – geeignet für einfache elektronische Bauteile wie Sensoren, Taster, LEDs u. a.

Leitfähige PLA-Filamente entstehen meist durch Zugabe von Graphen, graphitisiertem Kohlenstoff und anderen Additiven, die die Leitfähigkeit von normalem PLA erhöhen. Sie eignen sich nur für Niedervolt-Schaltungen, wo Spannung und Strom unter 60 Volt bzw. 100 mA bleiben – diese Grenzen variieren je nach Filamenttyp und Marke.

Mehrere Marken fertigen solche Filamente – dazu gleich mehr. Wissen Sie: Diese leitfähigen Filamente sind deutlich teurer und erlauben keine komplexen Schaltungen.

Wie leitfähig sind diese Filamente?

Nicht alle Filamenttypen und Marken sind gleich leitfähig – achten Sie vor Kauf auf den elektrischen Widerstandswert des Filaments.

Der Widerstand eines elektrischen Leiters misst, wie stark sein Material dem Stromfluss widersteht. Er wird in Ω·cm gemessen und ist umgekehrt proportional zur Leitfähigkeit: Je niedriger der Widerstand, desto leitfähiger das Material.

Diese Information finden Sie direkt auf der Filamentspule oder der Herstellerwebsite.

Leitfähige 3D-Drucke verhalten sich faszinierend und sind generell nicht in jeder Ebene gleich leitfähig: Sie werden kontinuierlich entlang X- und Y-Achse gedruckt, entlang der Z-Achse werden Schichten übereinander extrudiert – weniger Kontaktfläche, also geringere Leitfähigkeit in Z-Richtung als in X- und Y-Richtung.

Im Wesentlichen: Achten Sie bei der Druckausrichtung darauf, dass die Bereiche, die am leitfähigsten sein müssen, die größte Kontaktfläche haben.

Beispiele leitfähiger Filamente

Conductive PLA Proto-Pasta Filament: PLA-basiertes Filament mit 15 Ω·cm Widerstand, Durchmesser 1,75 mm und 2,85 mm. Drucktemperatur 195–225 °C, Betttemperatur 50–60 °C.

Electrifi Conductive Filament: Proprietäres Metall-Polymer-Komposit, hauptsächlich biologisch abbaubares Polyester (vermutlich PLA) und Kupfer. Kosten: 196 $ pro 100 g. Widerstand: 0,006 Ω·cm. Durchmesser 1,75 mm und 2,85 mm. Drucktemperatur 130–160 °C, Betttemperatur 50–60 °C.

SUNLU ABS Conductive Filament: ABS-basiertes Filament, 40,01 $ pro 1 kg. Nur 1,75 mm. Drucktemperatur 220–240 °C, Betttemperatur 20–120 °C.

AMOLEN Conductive Black PLA Filament: PLA-basiert, 22,99 $ pro 200 g. Widerstand: 1,42 Ω·cm. Nur 1,75 mm. Drucktemperatur 220–250 °C, Betttemperatur 0–50 °C.

Anwendungen leitfähiger Filamente

Leitfähige Filamente ermöglichen leichte, langlebige, flexible Niedervolt-Stromkreise – ein Durchbruch im Bereich Wearable Electronics, da 3D-gedruckte flexible elektrische Sensoren nahtlos in Kleidung integrierbar sind.

Auch in der Telekommunikation nützlich: hochgradig maßgeschneiderte elektromagnetische und HF-Abschirmungen, Filter, Antennen und andere Komponenten. Industrie, wissenschaftliche Labore und Gesundheitseinrichtungen profitieren von 3D-gedruckten EMI- und HF-Abschirmungen gegen Störsignale, die empfindliche Geräte beeinträchtigen könnten.

Ingenieure, Maker und DIY-Enthusiasten können leitfähige Filamente für verschiedene Schaltungen, kapazitive Sensoren beliebiger Form für Industrie und Engineering, Tastaturen, Gamecontroller und spannende Arduino-Projekte nutzen.

Denken Sie daran: Leitfähige Filamente eignen sich nicht für Hochvolt- oder Hochtemperaturanwendungen – sie schmelzen und kurzschließen.

Kostenlose Druckdateien zum Testen leitfähiger Filamente

Kreative Köpfe nutzten leitfähige Filamente für erstaunliche 3D-Drucke – mal funktionaler, mal weniger, aber der Fantasie sind keine Grenzen gesetzt.

• Batterietester.
• Taschenlampe.
• Elektrifizierter Terminator.

Für weitere geniale 3D-Drucke für leitfähige Filamente: Hackday-Artikel lesen oder unsere Suchmaschine nutzen.

Probleme beim Druck mit leitfähigem Filament

Kurzschlussprobleme: Wie erwähnt, liegt PLAs Glasübergangstemperatur bei ca. 70 °C. Wird diese erreicht, wird PLA weicher und leitfähiger – Kurzschlussgefahr. Nutzen Sie leitfähiges PLA nur, wenn Sie sicher sind, dass es nie nahe an diese Temperaturen kommt.

Leitfähige Filamente sind abrasiv: Conductive PLA ist meist mit Kohlenstoff versetzt – das verleiht Leitfähigkeit, macht es aber extrem abrasiv für die Extruderdüse. Mit Messingdüse müssen Sie diese nach ca. 500 g Filament wahrscheinlich tauschen.

Düsenverstopfung: Leitfähige Filamente sind schwerer zu drucken – Druckgeschwindigkeit senken, Düsentemperatur erhöhen, um Verstopfungen zu vermeiden.

Fazit

Leitfähige Filamente sind eine der spaßigsten Ergänzungen der 3D-Druck-Welt – auch wenn sie echte Kupferkabel nicht ersetzen können. Wenn Sie einen Gamecontroller, eine Taschenlampe oder den Terminator-Kopf mit LED bauen wollen, ist leitfähiges Filament der Weg.

Nutzen Sie es klug und vermeiden Sie elektrische Kurzschlüsse!

Ich hoffe, diese Infos waren nützlich!

Einen schönen Tag noch!

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