ABS-Materialien für hochwertigen FDM-3D-Druck auswählen

ABS-Kunststoffe sind eine Familie gängiger thermoplastischer Harze, die sich durch hohe Schlagzähigkeit, Steifigkeit und chemische Beständigkeit auszeichnen. Sie entstehen durch Polymerisation eines gummiartigen Zähigmachers mit Styrol- und Acrylnitril-Verbindungen. ABS-Kunststoffe sind relativ kostengünstig in der Herstellung, lassen sich gut CNC-fräsen oder -drehen und eignen sich hervorragend für den Spritzguss. ABS und verwandte ASA-Materialien (Acrylnitril-Styrol-Acrylat) haben zudem niedrige Schmelzpunkte, was sie für bestimmte additive Fertigungsverfahren ideal macht.

Fused Deposition Modeling (FDM) ist ein additives Verfahren, das Bauteile durch Extrudieren von Material durch eine beheizte Düse Schicht für Schicht aufbaut. FDM-Drucker können größere Bauteile fertigen als viele andere additive Technologien und ermöglichen Herstellern die schnelle, wirtschaftliche Erstellung von Prototypen und Endbauteilen mit vielfältigen Nachbearbeitungsoptionen.

Da jedoch verschiedene ABS- und ASA-Materialien für FDM-gedruckte Komponenten mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften eingesetzt werden können, ist es essenziell, dass Produktteams die Anforderungen der Endanwendung die Materialauswahl leiten lassen.

Wesentliche Materialüberlegungen für den FDM-Druck

Bei der Auswahl eines ABS-Thermoplasts sollten Ingenieure die Endanwendung des Bauteils, seine Funktion, das Erscheinungsbild und eventuell benötigte Zertifizierungen berücksichtigen.

Die Anwendung des Bauteils sollte der primäre Treiber für die Materialauswahl sein. Der Versuch, weiche, flexible Materialien für Komponenten einzusetzen, die hohe Festigkeit und Schlagzähigkeit erfordern, würde nur die funktionale Wirksamkeit des Bauteils untergraben.

Die Materialwahl muss daher mit den erforderlichen Eigenschaften des Bauteils übereinstimmen. Die erwartete Leistung des Bauteils schränkt auch den Pool geeigneter Materialien ein. Bauteile, die flammhemmend, UV-beständig, flexibel oder elektrisch isolierend sein müssen, werfen jeweils spezifische Fragen bei der Materialwahl auf.

Einige ABS-Kunststoffe können im FDM-Verfahren in vollem CMYK-Farbraum mit hoher Auflösung und beeindruckenden Oberflächen gedruckt werden, während andere zusätzlichen Polier- oder Nachbearbeitungsschritten bedürfen. Diese Zusatzkosten sind nicht unbedingt prohibitiv, sollten aber bei der Wahl des Produktionsmaterials im Hinterkopf behalten werden.

Schließlich können – je nach Bauteilanwendung – Zertifizierungen für Biokompatibilität, chemische Beständigkeit, Sterilisierbarkeit, Toxizität oder andere Faktoren erforderlich sein, sei es durch die FDA oder andere branchenspezifische Organisationen.

Hier sind einige der gängigsten ABS- und ASA-Materialien für FDM. Bitte beachten Sie, dass die folgenden Kennwerte auf Stratasys-Materialien basieren und zwischen Lieferanten leicht variieren können.

PC-ABS

Diese Kombination aus Polycarbonat (PC) und ABS-Thermoplasten ist zäh, langlebig und hitzebeständig, bietet zudem gute Biegefestigkeit. PC-ABS ist extrem nützlich bei der Fertigung von Industrieanlagen und beim Prototyping von Elektrowerkzeugen. Die folgenden Kennwerte gelten für die XZ-Ebene, sofern nicht anders angegeben.

• Wärmeformbeständigkeit @ 66 psi: 257 °F (125 °C)
• Streckgrenze: 36 MPa (5.300 psi)
• Dehnung @ Streckgrenze: 3,01 %
• Bruchfestigkeit (ZX-Orientierung): 34 MPa (5.070 psi)
• Dehnung @ Bruch: 4,7 %
• Zugmodul: 1,98 GPa (270 ksi)
• Biegemodul: 1,9 GPa (270 ksi)
• Schlagzähigkeit: 249 J/m gekerbt (655 J/m ungekert)

ABS-ESD7

Dieser Thermoplast besitzt statisch ableitende Eigenschaften, die ihn ideal für Anwendungen machen, bei denen Empfindlichkeit gegenüber elektrostatischer Entladung ein Thema ist – darunter Werkzeuge für die Elektronikmontage, Verpackungen und Gehäuse.

• Wärmeformbeständigkeit @ 66 psi: 221 °F (105 °C)
• Streckgrenze: 35 MPa (5.130 psi)
• Dehnung @ Streckgrenze: 2,06 %
• Bruchfestigkeit (ZX-Orientierung): 35 MPa (4.920 psi)
• Dehnung @ Bruch: 3,4 %
• Zugmodul: 2,7 GPa (390 ksi)
• Biegemodul: 2,4 GPa (350 ksi)
• Schlagzähigkeit: 35 J/m gekerbt (200 J/m ungekert)

ABS-M30

ABS-M30 bietet eine stärkere Schichthaftung als Standard-ABS, was diesem Material signifikant höhere Festigkeit verleiht. Es ist ein hervorragendes Material für funktionale Prototypen, Werkzeuge und Endbauteile.

• Wärmeformbeständigkeit @ 66 psi: 220 °F (104 °C)
• Streckgrenze: 30 MPa (4.470 psi)
• Dehnung @ Streckgrenze: 8,06 %
• Bruchfestigkeit (ZX-Orientierung): 35 MPa (4.920 psi)
• Dehnung @ Bruch: 3,4 %
• Zugmodul: 2,4 GPa (320 ksi)
• Biegemodul: 2,22 GPa (320 ksi)
• Schlagzähigkeit: 100 J/m gekerbt (290 J/m ungekert)

ABS-M30i

Dieses hochfeste Material ähnelt ABS-M30, bietet zusätzlich Biokompatibilität. Es kann auch sterilisiert werden, was es gut geeignet macht für FDM-gedruckte Komponenten, die mit Lebensmitteln, Medikamenten oder Haut in Kontakt kommen.

• Wärmeformbeständigkeit @ 66 psi: 204 °F (96 °C)
• Streckgrenze: 331 MPa (48.007 psi)
• Dehnung @ Bruch: 4 %
• Zugfestigkeit: 36 MPa (4.650 psi)
• Zugmodul: 2.400 MPa (350.000 psi)
• Biegefestigkeit: 61 MPa (8.800 psi)
• Biegemodul: 2.300 MPa (336.000 psi)
• Schlagzähigkeit: 139 J/m gekerbt (283 J/m ungekert)

ASA

ASA ähnelt ABS, bietet jedoch überlegene UV-Beständigkeit, weshalb es häufig für Bauteile eingesetzt wird, die Witterungseinflüssen ausgesetzt sind, und für infrastrukturelle Anwendungen.

• Wärmeformbeständigkeit @ 66 psi: 216 °F (102 °C)
• Streckgrenze: 33 MPa (4.750 psi)
• Dehnung @ Streckgrenze: 2,52 %
• Bruchfestigkeit (ZX-Orientierung): 30 MPa (4.630 psi)
• Dehnung @ Bruch: 5,9 %
• Zugmodul: 2,14 GPa (310 ksi)
• Biegemodul: 1,97 GPa (285 ksi)
• Schlagzähigkeit: 45 J/m gekerbt (285 J/m ungekert)

Warum ABS/ASA?

ABS- und ASA-Harze sind fest, langlebig und abriebfest, was sie für eine breite Palette von Bauteilanwendungen prädestiniert – wie Schutzgehäuse, Konsumgüter und andere Objekte, die Verschleiß standhalten müssen. ABS-Kunststoffe zeigen zudem gute elektrische Isolation und hohe Dimensionsstabilität, d. h., sie degradieren mechanisch nicht über die Zeit. Zudem sind ABS- und ASA-Harze kosteneffizient in der Herstellung, was sie für Produktteams aller Budgetgrößen breit zugänglich macht.

Es sei angemerkt, dass ABS-Harze nach langfristiger Sonneneinstrahlung spröde werden können. Wie oben erwähnt, bieten ASA-Kunststoffe jedoch deutlich bessere UV- und Witterungsbeständigkeit.

Einstieg mit ABS/ASA

ABS- und ASA-Harze sind eine vielseitige Gruppe thermoplastischer Materialien, bekannt für hohe Festigkeit, Steifigkeit und Schlagzähigkeit – Eigenschaften, die sie ideal für viele Anwendungen machen, die Haltbarkeit erfordern. Da die ABS-Familie eine Bandbreite unterschiedlicher physikalischer und chemischer Eigenschaften bietet, ist die Wahl des für die jeweilige Anwendung am besten geeigneten Materials entscheidend für den Erfolg und die Wirksamkeit des Bauteils.

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