Nylon-3D-Druckfilament:Materialien, Eigenschaften und praktische Anwendungen

Es gibt rund 50 verschiedene Arten von Nylon, doch nicht alle eignen sich für den 3D-Druck – ursprünglich wurde es als Textilfaser konzipiert. Wallace H. Carothers, ein Forscher bei DuPont, entdeckte es erstmals 1935, als er versuchte, die erste vollsynthetische Faser herzustellen. Seitdem hat Nylon viele Zwecke erfüllt, von Strumpfhosen bis hin zu Hochleistungsteilen, die im Baugewerbe, in der Automobilindustrie und sogar in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden. Lassen Sie uns mehr darüber erfahren.

Was ist Nylon-3D-Druck?

Nylons sind eine Familie teilkristalliner thermoplastischer Polyamide mit ähnlicher Zusammensetzung. Es wird durch einen Prozess namens Kondensationspolymerisation hergestellt, bei dem zwei verschiedene Monomerausgangsmaterialien – ein Diamin und eine Disäure – miteinander reagieren, um das Polymer zu bilden, wobei ein Nebenprodukt wie Wasser oder HCl entsteht. Aber jede Art von Nylon hat eine etwas andere Produktionsmethode. Am Beispiel von Nylon 6,6 wird dies durch eine Kondensationsreaktion zwischen zwei gängigen Rohstoffen, Hexamethylendiamin und Adipinsäure, hergestellt. Eine alternative Methode ist die Ringöffnungspolymerisation, bei der Caprolactam als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Nylon 6 verwendet wird. Weitere Einzelheiten zu den verschiedenen Nylons und ihrer Herstellung finden Sie etwas weiter unten.

Nylon wird seit über zwei Jahrzehnten im 3D-Druck verwendet; In Filamentform wird es mit Fused Deposition Modeling (FDM)-Druckern verwendet und als Pulver eignet es sich für die Prozesse Selective Laser Sintering (SLS) und Multi Jet Fusion (MJF). Das Bild unten zeigt ein Teil, das auf einem 3D-Drucker mit Nylonfilamenten hergestellt wurde.

Sie haben vielleicht gehört, dass Nylon ein schwierig zu verarbeitendes Material ist, und das ist keine Lüge. Das Problem bei Nylon ist, dass es hygroskopisch ist, also Feuchtigkeit aus der Luft aufnimmt. Dadurch kann es zu Verformungen kommen, die Schichthaftung ist schlecht und die Druckqualität ist inkonsistent, wenn es vor dem Drucken nicht richtig getrocknet wird. 

Die gute Nachricht ist, dass die Zugabe von Glas- und Kohlefasern die meisten dieser Probleme beseitigt und gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften verbessert. Nylon-Kohlenstofffaserfilamente werden hergestellt, indem kurze Kohlenstofffaserstränge in Nylon gemischt werden, bevor sie zu einem Filament extrudiert werden. Diese Fasern stabilisieren das Material und verhindern, dass es sich beim Drucken verzieht. Die noch bessere Nachricht ist, dass bis zu 25 % des Nylonfilamentvolumens einer dieser Füllstoffe sein kann. In Kombination mit den richtigen Füllstoff- und Druckereinstellungen können aus Nylon starke, langlebige und funktionelle Teile für strapazierfähige Anwendungen hergestellt werden. 

Vorteile

• Flexibel
• hart
• Abriebfest
• Beständig gegen Laugen, Öle, Kraftstoffe und organische Lösungsmittel
• Bessere Schlagfestigkeit als andere technische Thermoplaste (z. B. PETG oder ABS)
• UV-beständiger als PLA oder ABS (umso mehr, wenn UV-Stabilisatoren hinzugefügt werden)
• Recyclebar

Nachteile

• Neigt dazu, sich beim Drucken zu verziehen und sich vom Druckbett zu lösen
• Ist hygroskopisch und nimmt daher vor und nach dem Drucken leicht Feuchtigkeit auf – kann zu Defekten führen
• Nicht so stark wie andere Filamente wie PETG oder ABS
• Nicht biologisch abbaubar
• Nicht beständig gegen Halogene und anorganische Säuren

Anwendungen

• Riemenscheibenscheiben
• Zahnräder
• Befestigungselemente
• Kabel- und Kabelbinder
• Kunststoffschnallen
• In trockenen Außenumgebungen

Wie ist die Zusammensetzung von Nylonfilamenten?

Nylons sind eine Familie teilkristalliner thermoplastischer Polyamide mit ähnlicher Zusammensetzung. Nylon wird im Allgemeinen durch einen Prozess synthetisiert, der als Kondensationspolymerisation bekannt ist. Während dieses Prozesses werden zwei verschiedene Monomer-Ausgangsmaterialien, ein Diamin und eine Disäure, miteinander umgesetzt, um das Polymer und ein Nebenproduktmolekül wie Wasser oder HCl zu bilden. Beispielsweise wird Nylon 66 durch eine Kondensationsreaktion aus zwei gängigen Rohstoffen hergestellt:Hexamethylendiamin und Adipinsäure. Bei einer alternativen Verarbeitungsmethode namens Ringöffnungspolymerisation wird Caprolactam als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Nylon 6 verwendet.

Nylon wird häufig mit Kohlenstoff- und Glasfasern kombiniert, um seine mechanischen und thermischen Eigenschaften zu verbessern. Bis zu 25 % des Filamentvolumens können aus einem dieser Füllstoffe bestehen. 

Was sind die Eigenschaften von Nylonfilamenten?

Nachfolgend sind einige allgemeine Eigenschaften von Nylon-3D-Druckfilamenten aufgeführt:

1. Nylon verfügt über eine ausgezeichnete Flexibilität und Zähigkeit und kann in Anwendungen eingesetzt werden, die rauen Belastungsbedingungen ausgesetzt sind. 
2. Nylon hat eine gute Abriebfestigkeit und wird häufig für Riemenscheiben verwendet.
3. Nylon hat eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Öle, Kraftstoffe und organische Lösungsmittel.
4. Nylon weist im Vergleich zu herkömmlichen technischen Kunststoffen wie ABS eine hervorragende Schlagfestigkeit auf.

Vergleich der Eigenschaften von Nylonfilamenten

Aber wie schneidet Nylon im Vergleich zu anderen beliebten 3D-Druckfilamenten wie ABS, PETG und PP ab? Wir haben alle wichtigen Details in der folgenden Tabelle aufgeführt (zur besseren Übersicht noch einmal Nylon 6).

Was sind die Einschränkungen des 3D-Drucks mit Nylon?

Das Drucken mit Nylon hat einige Nachteile, wie unten aufgeführt:

1. Nylon neigt beim Drucken dazu, sich zu verziehen und kann sich vom Druckbett lösen. 
2. Nylon nimmt sowohl vor als auch nach dem Drucken problemlos Feuchtigkeit auf. Feuchtigkeitsaufnahme durch das Filamentmaterial führt häufig zu Fehlern im gedruckten Teil.
3. Nylon ist nicht so stark wie andere bedruckbare Materialien wie PETG und ABS.

Einige der Vorteile von Nylon-3D-Druckfilamenten sind unten aufgeführt:

1. Nylon hat eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit und ist ideal für Riemenscheiben und Zahnräder.
2. Nylon weist im Vergleich zu anderen technischen Thermoplasten wie PETG oder ABS eine hervorragende Schlagfestigkeit auf.
3. Nylon ist UV-beständiger als PLA oder ABS und kann in trockenen Außenumgebungen verwendet werden. Die UV-Beständigkeit kann durch die Zugabe von UV-Stabilisatoren zum Rohmaterial weiter verbessert werden.

Warum wird Nylon im 3D-Druck verwendet?

Nylon wird aufgrund seiner Zähigkeit, chemischen Beständigkeit und Abriebfestigkeit im 3D-Druck verwendet. Es ist ein schwer zu verarbeitendes Material, kann aber zum Drucken von Funktionsteilen verwendet werden. Nylon-Kohlenstofffaserfilament ist ein beliebtes Material, das durch Einmischen kurzer Kohlenstofffaserstränge in Nylon vor dem Extrudieren zu einem Filament hergestellt wird. Diese Fasern stabilisieren das Material, verhindern ein Verziehen beim Drucken, erhöhen die mechanische Festigkeit und verbessern die thermischen Eigenschaften. 

Wie man Nylon im 3D-Druck verwendet

3D-Druckfilamente aus Nylon lassen sich nur schwer drucken, da sie dazu neigen, sich zu verziehen und Feuchtigkeit aufzunehmen. Wenn jedoch die richtigen Druckereinstellungen verwendet werden, gibt es keinen Grund, warum nicht hervorragende Ergebnisse erzielt werden können. Nachfolgend finden Sie einige Tipps zum erfolgreichen Bedrucken von Nylon:

1. Nylon nimmt leicht Feuchtigkeit auf. Diese Eigenschaft kann sich aufgrund der Porosität, die durch sich ausdehnende kochende Wasserblasen beim Verdampfen der Feuchtigkeit entsteht, nachteilig auf das gedruckte Teil auswirken. Daher ist es wichtig, Filamentmaterial in einem luftdichten Behälter aufzubewahren. Einige Behälter können das Filament sogar während des Druckens aufbewahren, was besonders für Langzeitdrucke nützlich ist.
2. Nylon verzieht sich beim Drucken, wenn die Druckumgebung nicht bei etwa 45 °C gehalten wird. 

Die oben aufgeführten Tipps zum 3D-Druck mit Nylon gelten grundsätzlich für alle Nylon-Kunststoffe. Kohlefaser-Nylonfilamente und glasfaserverstärkte Nylonfilamente verziehen sich jedoch nicht so leicht.

Was sind die besten Konfigurationseinstellungen für den Nylon-3D-Druck?

Wie bereits erwähnt, gibt es mit den richtigen Druckereinstellungen und der richtigen Nylonart keinen Grund, warum Sie keine hervorragenden Ergebnisse erzielen können. Hier sind einige unserer Top-Tipps, die allgemein auf alle Nylon-Kunststofffilamente für einen erfolgreichen 3D-Druck anwendbar sind.

1. Zunächst müssen Sie sicherstellen, dass Ihr Drucker auf die besten Einstellungen für dieses Material eingestellt ist. Während die spezifischen erforderlichen Druckereinstellungen von der Zusammensetzung des Nylons abhängen, gelten hier die allgemeinen Regeln:

• Extruder-/Düsentemperatur :230–260 °C
• Betttemperatur :60–70 °C
• Druckgeschwindigkeit :30–70 mm/s (50 mm/s ist ideal für beste Ergebnisse, insbesondere bei detaillierten Teilen)
• Füllungsdichte :20 % mit einem dreieckigen Füllmuster (sollte je nach Anwendung angepasst werden; tragende Nutzungen erfordern möglicherweise 50–80 %).
• Beste Wandstärke :1,5 mm (für die meisten Anwendungen; hängt von der Endverwendung des Teils ab)

2. Wie Sie sehen, ist ein beheiztes Druckbett ein Muss, wenn Sie mit Nylon arbeiten, damit es sich nicht verzieht und vom Bett abhebt. Möglicherweise müssen Sie es jedoch auch mit Klebstoffen vorbereiten.

3. Halten Sie die Druckumgebung bei etwa 45 °C.

4. Verwenden Sie Kohlefaser- oder glasfaserverstärkte Nylonfilamente, die sich nicht so leicht verziehen.

5. Bewahren Sie Ihr Nylonfilament in einem feuchtigkeitsfreien, luftdichten Behälter auf. Einige Behälter können das Filament sogar während des Druckvorgangs aufbewahren – praktisch für Langzeitdrucke.

6. Das gilt für alle 3D-Druckmaterialien, aber probieren Sie die verschiedenen Geschwindigkeitseinstellungen aus, bis Sie das perfekte gefunden haben. Jede Drucker- und Materialkombination verhält sich etwas anders.

FAQs zu Nylon-3D-Druckfilamenten

Wie unterscheidet sich Nylon von anderen 3D-Druckfilamenten aus Kunststoff?

Nylon ist schlagfester als PETG und ABS und viel robuster und flexibler als PLA. PLA ist steif und spröde und weist unter zyklischer Belastung eine geringe Ermüdungsbeständigkeit auf – Nylon gewinnt also in dieser Runde. ABS ist wie Nylon ein schwer zu bedruckendes Material, aber es ist einfacher zu verwenden als Nylon und weist außerdem eine bessere Zugfestigkeit auf. Auch PETG lässt sich viel einfacher bedrucken und ist außerdem günstiger als Nylon.

Ist Nylon recycelbar?

Es muss in industriellen Recyclinganlagen recycelt werden. Nylon 6 ist beispielsweise besser recycelbar als Nylon 6,6, da es aus einem einzigen Molekül besteht. Dadurch ist es leicht zu polymerisieren, wohingegen Nylon 6,6 aus zwei Molekülen besteht, die schwer zu trennen sind.

Warum ist Feuchtigkeit schlecht für 3D-Drucke?

Der bedruckte Teil könnte ruiniert werden, wenn Feuchtigkeit in das Material gelangt ist (und wie wir gesehen haben, nimmt Nylon diese gerne auf). Dies liegt an der Porosität, die durch die expandierenden Blasen kochenden Wassers entsteht; Da das Wasser beim Drucken verdunstet, kann es zu einer Schwächung des Materials kommen.

Was ist die beste Nylon-3D-Druckgeschwindigkeit?

Nylon kann mit Geschwindigkeiten zwischen 30 und 70 mm/s bedruckt werden, die optimale Geschwindigkeit liegt jedoch tendenziell bei etwa 50 mm/s, insbesondere wenn beim Druck ein hoher Detaillierungsgrad erforderlich ist. Wie bei jedem 3D-Druckverfahren kann es erforderlich sein, einige verschiedene Geschwindigkeitseinstellungen auszuprobieren, bis die optimale Betriebsgeschwindigkeit ermittelt ist. Jede Kombination aus Drucker und Material verhält sich etwas anders. 

Was ist die Schmelztemperatur von Nylonfilamenten?

Die Schmelztemperatur des Nylonfilaments beträgt 188,4 °C. Kohlenstoff- oder glasfaserverstärkte Nylon-3D-Druckfilamente haben Schmelztemperaturen, die den Schmelztemperaturen ihres Basispolymers entsprechen.

Ist beim Drucken mit Nylon ein beheiztes Druckbett erforderlich?

Ja, beim Drucken mit Nylon ist ein beheiztes Druckbett erforderlich. Nylon neigt zum Verziehen und kann sich vom Bett lösen, wenn es nicht ausreichend mit Klebstoffen vorbereitet und erhitzt wurde.

Was ist eine gute Wandstärke für 3D-Druck-Nylon?

Die optimale Wandstärke für den 3D-Druck von Nylon hängt von der Endverwendung des zu druckenden Teils ab. Im Allgemeinen ist jedoch eine Wandstärke von 1,5 mm für die meisten Anwendungen ideal.

Was ist eine gute Wanddichte für 3D-Druck-Nylon?

Die optimale Fülldichte für einen nicht funktionsfähigen Prototyp eines 3D-gedruckten Nylonteils beträgt 20 %. Allerdings muss diese Dichte je nach Anwendungszweck angepasst werden. Für tragende Anwendungen kann eine Fülldichte zwischen 50 und 80 % erforderlich sein. Die standardmäßige dreieckige Füllung reicht für die meisten Anwendungen aus.

Ist Nylon biologisch abbaubar?

Nein, Nylon ist wie die meisten anderen Rohstoffe und technischen Thermoplaste nicht biologisch abbaubar.

Ist Nylon hygroskopisch?

Ja, Nylon ist hygroskopisch und nimmt Feuchtigkeit leicht auf. Es wird daher empfohlen, Nylonfilamentmaterial in einem feuchtigkeitsfreien Gehäuse aufzubewahren.

Was ist der Unterschied zwischen Nylon und PLA beim 3D-Druck?

PLA ist ein starres und sprödes Material mit geringer Ermüdungsbeständigkeit. Nylon hingegen ist robuster, flexibler und weist eine bessere Ermüdungsbeständigkeit bei zyklischer Belastung auf.

Was ist der Unterschied zwischen Nylon und ABS beim 3D-Druck?

ABS ist wie Nylon ein schwierig zu bedruckendes Material. Es ist jedoch einfacher zu verwenden als Nylon. ABS hat auch eine bessere Zugfestigkeit. Allerdings ist Nylon deutlich schlagfester als ABS.

Was ist der Unterschied zwischen Nylon und PETG im 3D-Druck?

PETG ist nicht so schlagfest wie Nylon. Es lässt sich jedoch viel einfacher bedrucken und ist günstiger als Nylon.

Kat de Naoum

Kat de Naoum ist eine Autorin, Autorin, Redakteurin und Content-Spezialistin aus Großbritannien mit mehr als 20 Jahren Erfahrung als Autorin. Kat hat Erfahrung als Autorin für verschiedene Fertigungs- und Technikunternehmen und liebt die Welt des Ingenieurwesens. Neben ihrer Tätigkeit als Schriftstellerin war Kat fast zehn Jahre lang als Rechtsanwaltsgehilfin tätig, davon sieben Jahre in der Schiffsfinanzierung. Sie hat für zahlreiche Publikationen geschrieben, sowohl in gedruckter Form als auch online. Kat hat einen BA in englischer Literatur und Philosophie sowie einen MA in kreativem Schreiben von der Kingston University.

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