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      • Veröffentlicht am 8. März 2023
      • Zuletzt bearbeitet am 29. Aug. 2023
    • 12 min

    Ratgeber: Filamente und Resins für 3D-Drucker

    Damit ein Projekt gut gelingt, sind das richtige 3D-Druck-Material / -Filament für die Drucktechnik & die Anforderungen des Druckobjektes essenziell. Welches sich am besten für bestimmte 3D-Druckverfahren eignet, erfahren Sie in diesem Ratgeber.

    Filamente und Resins für 3D-Drucker

    Für jeden 3D-Druck das passende Material

    Dreidimensionale Objekte erstellen ist mit 3D-Druckern und dem passenden Filament heute ein Kinderspiel. 3D-Drucker kommen als Prototypen im Privatgebrauch zum Einsatz, aber haben natürlich auch ihren festen Platz in Forschung, Medizin und Industrie. In der Dentaltechnik drucken 3D-Geräte Kronen und Füllungen aus Keramikfilament, in der Architektur Modelle aus Kunststoff und in der Verpackungsindustrie ist der 3D-Druck ein Mittel zur Serienfertigung.

    Es gibt eine Vielzahl von Druckern und unterschiedlichen Drucktechniken. Damit das ein 3D-Objekt auch perfekt gelingt, kommt es auf das richtige Druckmaterial an. Dieses wird schichtweise auf eine Druckplatte aufgetragen; so entsteht nach und nach das gewünschte Ergebnis.

    Auch die Anforderungen an das zu druckende Objekt wie Hitzeempfindlichkeit, elektrische Leitfähigkeit, Chemikalienresistenz oder Elastizität spielen eine große Rolle bei der Auswahl des passenden Materials. Jedes hat seine eigenen Vor- und Nachteile. Außerdem kann man aus einem breiten Sortiment von Farben und aus verschiedensten Strukturen wählen.

    3D-Drucker-Material für unterschiedliche Druckverfahren

    Nicht jedes Material ist für jeden 3D-Drucker gleichermaßen geeignet. Die Drucker verarbeiten Pulver, schmelzbare und flüssige Materialien. Weit verbreitet ist 3D-Filament. Es besteht meist aus Kunststoff und ist wie Garn auf eine Spule gewickelt.

    Welche Materialien bei welchen Verfahren zum Einsatz kommen, haben wir hier für Sie zusammengestellt. Ob ein Filament speziell mit Ihrem 3D-Drucker kompatibel ist, erkennen Sie in dieser Übersicht.

    3D-Druckverfahren mit Pulver

    Pulverdruckverfahren

    Dieses Verfahren verarbeitet Material aus Kunststoff, Keramik, Glas oder Metall. Es liegt hierbei in Pulverform vor, wird schichtweise aufgetragen und auf unterschiedliche Weise miteinander verbunden. Der Vorteil: Unverklebtes Pulver dient als vorübergehendes Stützmaterial. Entfernt man es später mit einer Luftpistole, entstehen gewünschte Überhänge und Hohlräume im Objekt.

    • 3DP-Drucker verkleben mithilfe von Bindemitteln, die auch eingefärbt werden können. So lassen sich Gips, Kunststoffe, aber auch Keramik, Glas und andere pulverförmige Materialien verarbeiten.
    • Beim häufig verwendeten SLS (Selective Laser Sintering oder Selektives Laserschmelzen) kommt ein Hochleistungslaser zum Einsatz, welcher Kunstoffe, Metall, Keramik oder Sand unter Schutzatmosphäre verschmelzen kann.
    • Beim EBM bzw. EBAM (Electron Beam Melting oder Electron Beam Additive Melting) dient ein Elektronenstrahl im Vakuum zum Verschmelzen. So lassen sich auch Metalle mit sehr hohem Schmelzpunkt verarbeiten.

    3D-Druck mit geschmolzenen Materialien

    3D-Drucker-Filament

    Eine der günstigsten Möglichkeiten zum 3D-Druck stellt heute das Schmelzen von Kunststoffen dar, unter ihnen die beliebtesten ABS und PLA. Sie sind als Filament oder in Stäbchenform erhältlich. Mit speziellen Druckköpfen, sogenannten Extrudern, lassen sich auch andere zähflüssige Materialien wie Lebensmittel, Gips oder Beton auftragen.

    • Beim FFF-Verfahren (Fused Filament Fabrication) schmilzt ein beheizter Druckkopf das 3D-Druck-Filament und bringt dieses Schicht für Schicht von unten nach oben auf eine Druckplatte auf. Wenn das Filament ausgehärtet ist, kann die nächste Schicht aufgetragen werden.
    • FDM-Drucker (Fused Deposition Modeling oder Schmelzdruckverfahren) tragen das verflüssigte Filament auf eine Druckplatte auf, die sich immer weiter absenkt. Ein fest installierter Laserstrahl härtet das Material auf immer gleichbleibender Höhe aus.

    3D-Druck mit flüssigen Materialien

    3D-Druckerharz

    Andere wichtige Verfahren arbeiten auf Basis flüssiger Kunststoffe, oftmals Harze genannt. Sie härten aus, sobald UV-Licht auf sie trifft.

    • Bei SLA (Stereolithographie), dem ältesten aller 3D-Druckverfahren, setzt man auf Drucker, die flüssiges Harz als Material verwenden. Dieses befindet sich in einer Wanne unterhalb der Druckplatte, welche immer wieder in das Harz eingetaucht wird. Ein Laser härtet nach jedem Vorgang das UV-empfindliche SLA Resin aus. So baut sich das Objekt Schicht für Schicht auf. Zwar ist das Ausgangsmaterial etwas kostspieliger, mit dieser Technik lassen sich jedoch ebenmäßige Werkstücke ohne sichtbare Schichten herstellen.
    • Die DLP (Digital Light Processing) arbeitet nach dem gleichen Grundprinzip, hier arbeitet statt eines Lasers ein DLP-Prozessor, also ein elektronisches Bauelement mit Mikrospiegeln.
    • Das MJM (Multi Jet Modeling oder Polyjet Verfahren) trägt flüssige, lichtempfindliche Kunststoffe wie bei der FDM-Technik über einen Druckkopf schichtweise auf. In diesen ist auch gleich eine Lichtquelle integriert, die das Material aushärtet.
    Gut zu wissen!

    Gut zu wissen!

    Mehrfarbige 3D-Objekte drucken

    Spezielle Drucker mit Mehrfach-Extrudern, also mehreren Druckköpfen, übernehmen den Druck von mehrfarbigen oder aus verschiedenen Materialien bestehenden Objekten automatisch und ohne weitere Hilfsmittel. Herkömmliche 3D-Drucker mit nur einem Druckkopf können jedoch genau eine Farbe gleichzeitig verarbeiten. Auch mit ihnen ist es möglich, verschiedene Materialien zu drucken. Das ist jedoch mit etwas mehr Aufwand verbunden. Der Druck muss gestoppt und das Filament manuell gewechselt werden, um dann mit der neuen Farbe weiter zu drucken. Mittlerweile existieren auch Drucker, deren Druckkopf verschiedene Filamente aufnimmt und an den vorgegebenen Positionen wechselt.

    Welche Arten von Filament gibt es?

    Als Filament bezeichnet man das Material für den 3D-Druck mit Druckköpfen im FFF-Verfahren und FDM-Technik. Der Begriff kommt ursprünglich aus der Textilindustrie, denn das Material ist wie Garn auf einer Spule aufgewickelt. Erhältlich ist es in den Stärken von 1,75 und 2,85 mm. Dieses tragen die Drucker dann in einer hauchfeinen Schicht von nur wenigen Mikrometern auf.

    Für den 3D-Druck verwendet man meist Filament aus thermoplastischen Kunststoffen, die durch Hitze formbar sind. Auch Keramik, Silikon, Nylon oder Kunstwachs lassen sich mit modernen Geräten mittlerweile gut verarbeiten. Mit der Beimischung von zusätzlichen Partikeln wie Leuchtstoffen, Metall, Holzstaub, Kork, Sand, Gips, Papier oder Stein entstehen verschiedene ästhetische Effekte. Mit Metallen und Nanopartikeln lassen sich die Filamente an die Anforderungen industrieller Anwendungen anpassen und es entstehen vielfältige Einsatzmöglichkeiten. So können mit Nanopartikeln versetzte Kunststoffe als Leiterbahnen eingedruckt werden. Metall verleiht nicht nur ein besonderes Finish, sondern bringt leitfähige oder magnetische Objekte hervor.


    Material

    Verarbeitung

    Kosten

    Vorteile

    Nachteile

    Einsatzmöglichkeiten

    ABS-Filament

    mittel

    günstig

    schlag- und verschleißfest, ölbeständig, hitzebeständig

    schrumpft stark, Warping, Geruch beim Verarbeiten, gering UV-beständig, Heizbett erforderlich

    Spielzeug, Nutzobjekte, Gehäuse

    ASA-Filament

    mittel

    günstig

    schlag- und verschleißfest, öl- und chemikalienbeständig, hitzebeständig, witterungs- und UV-beständig

    unbeständig gegen Esther, Ketone, Ether, Heizbett erforderlich

    Outdoor-Objekte, Bauwesen

    HIPS-Filament

    mittel

    moderat

    besonders stoß- und schlagfest, löslich in Chemikalien, leicht, wasserfest

    irritierende Dämpfe beim Verarbeiten, Heizbett erforderlich

    Stützmaterial, robuste Nutzobjekte, Gehäuse und Transportbehälter

    Nylon-Filament

    schwer

    teuer

    abriebfest und extrem widerstandsfähig, langlebig, geruchslose Verarbeitung

    hygroskopisch, Heizbett erforderlich, Warping

    abriebfeste Werkzeuge

    PC-Filament

    schwer

    teuer

    extrem steif, fest, schlagzäh und hart, formbeständig und schwer entflammbar, elektrisch isolierend

    sehr hohe Schmelztemperatur, anfällig für Kratzer, nicht UV-beständig, hygroskopisch, Heizbett erforderlich

    mechanische Bauteile, steife Objekte, CDs und DVDs, Sichtschutz, Sicherheitsglas

    PET-/PETG-Filament

    einfach

    günstig

    vielseitig einsetzbar, glatte und glänzende Oberfläche, schlagzäh, wasserbeständig, transparent, geruchslose Verarbeitung

    verschleißanfällig, Heizbett erforderlich, Stringing

    mechanische Bauteile, Behälter in Medizin und Lebensmitteltechnik

    PMMA-Filament

    mittel

    moderat

    gute Härte und Steife, schlag- und kratzfest, UV-resistent

    Heizbett erforderlich

    Plexiglas in Dächern und Treibhäusern, Handy-Displays, Zahnmedizin, Gehäuse und Behälter

    PLA-Filament

    einfach

    günstig

    hohe Maßgenauigkeit, gute Steife und Festigkeit, biokompatibel, nahezu geruchslose Verarbeitung, UV-beständig

    wenig hitzebeständig, nicht witterungs- und UV-resistent, mäßig schlagfest

    In Medizin in Lebensmitteltechnik, Hygieneprodukte, Spielzeug

    PP-Filament

    schwer

    moderat

    besonders leicht, lebensmittelecht, leicht flexibel, stabil auch bei dünnen Strukturen

    hochentzündlich, UV-empfindlich, oxidiert, Heizbett erforderlich

    bewegliche Teile, Lebensmittelbehälter, Kinderspielzeug, Küchenutensilien

    PVA-Filament

    mittel

    teuer

    zugfest und flexibel, ölbeständig, wasserlöslich, biologisch abbaubar

    feuchtigkeitsempfindlich, Heizbett erforderlich

    Stützmaterial, robuste Nutzobjekte, Gehäuse und Transportbehälter

    TPU-/TPE-Filament

    mittel

    moderat

    elastisch und weich, langlebig, witterungs- und UV-beständig, elektrisch isolierend, schalldämmend, schlagzäh, abriebfest

    schwer zu drucken, Stringing

    Schwingungsdämpfung und Rohrdämmung, Bauwesen, Schuhe, Spielbälle und Matten

    PLA

    Polyactide oder Polymilchsäure (PLA) ist ein polyesterartiger Kunststoff, den man gerne für viele Projekte im Privatgebrauch einsetzt. Zusammen mit ABS ist er der am meisten eingesetzte Kunststoff unter den Filamenten. Der Grundstoff für ABS wird aus regenerativen Quellen wie Maisstärke gewonnen, was ihn zu einem biokompatiblen Rohstoff macht, der allerdings nicht gleichzeitig auch biologisch abbaubar ist. Das Material ist lebensmittelecht und während des Drucks nahezu geruchsneutral.

    Dank einer geringen Schmelztemperatur lässt sich das Material mit einfachsten 3D-Druckern verarbeiten und schrumpft entsprechend wenig beim Abkühlen. Ein Heatbed oder beheizter Druckraum sind daher für ansprechende Druckergebnisse ohne Warping nicht notwendig. Diese einfache Verarbeitung und geringe Kosten machen PLA zu einem für Einsteiger gut geeignetes Filament. Beliebt ist das Material auch wegen seiner praktischen Grundeigenschaften: Es nimmt wenig Feuchtigkeit auf, ist UV-beständig, schwer entflammbar und verfügt über eine hohe Oberflächenhärte, Steifigkeit und Zugfestigkeit. Wegen der mäßigen Schlaghärte können filigrane Fragmente jedoch schnell abbrechen und beim Fräsen und Bohren ist Vorsicht geboten. Der Kunststoff ist bereits ab 60 Grad verformbar und damit nur mäßig witterungs- und temperaturbeständig. Für Objekte in Umgebungen, die sich stark erhitzen (z. B. Auto), eignet er sich nicht.

    PLA wird gerne für Prototypen und Modelle verwendet. Auch in medizinischen Anwendungen, für Hygieneprodukte und Lebensmittelverpackungen, Transportbehälter sowie Einkaufstüten eignet er sich. Spielzeug, Gehäuse und Bedienungsteile lassen sich ebenfalls gut aus PLA herstellen.

    PLA-Filament von RS PRO

    Eigenschaften von PLA-Filament

    • Biokompatibler Rohstoff
    • Einfach zu verarbeiten
    • Geringe Dichte: 1,21 bis 1,45 g/cm3
    • Formstabil bis max. 65 Grad C
    • Schmelztemperatur 190 bis 210 Grad C
    • Gering witterungs- und gut UV-beständig

    PETG

    Polyethlyenterepthalat (PETG) ist eine Weiterentwicklung des PET-Filaments , welches man in Form von Einwegpfandflaschen kennt. Der thermoplastische Kunststoff ist mit Glykol modifiziert und verfügt dadurch über eine niedrigere Schmelztemperatur und Kristallisation als PET. Dadurch ist er besonders transparent und auch dünnflüssiger als PET. Materialverwerfungen also Warping ist kein Problem. Mit diesen Eigenschaften gehen ein einfacherer Druck und schnellere Druckgeschwindigkeiten bis 100 mm/s einher. Mit PETG sind 3D-Drucke schnell und präzise erstellt. Das Material hält mechanischen Einflüssen gut stand und ist witterungsbeständig, damit eignet es sich auch für Outdoor-Projekte.

    Dank seiner Lebensmittelechtheit eignet es sich für medizinische Anwendungen, Lebensmittelverpackungen und medizinische Anwendungen. Man setzt es auch gerne ein, wo hohe Transparenz gefragt ist, zum Beispiel bei allen Arten von Verpackungen, durchsichtigen Ummantelungen oder Vordächern.

    PETG-Filament von RS PRO

    Eigenschaften von PETG-Filament

    • Synthetisches Polymer
    • Leicht zu verarbeiten
    • Formstabil bis max. 70 Grad C
    • Schwerer entflammbar
    • Schmelztemperatur 200-230 Grad C

    HIPS

    High-Impact Polystyrene (HIPS) ist ein themoplastisches Polymer, das in seinen Eigenschaften dem ABS-Filament sehr ähnelt. Mit einer besonderen Härte und Schlagzähigkeit ist er noch resistenter gegen mechanische Einwirkungen. Es eignet sich hervorragend als Supportmaterial für 3D-Drucke mit ABS-Filament und anderen chemikalienresistenten Materialien, denn es ist in einigen Substanzen wie beispielsweise Limonene löslich. Um das Druckobjekt vom HIPS-Supportmaterial zu befreien, bricht man zuerst die größeren Stücke ab und löst den Rest in der Chemikalie auf. Dank seiner strahlend weißen Farbe lässt sich leicht nachvollziehen, ob sich das Supportmaterial komplett aufgelöst hat. HIPS-Filament ist recht einfach zu verarbeiten. Da es wie auch ABS nach der Verarbeitung schrumpft, können sich Wölbungen an den Ecken (Warping) bilden. Dem lässt sich mit einem beheizten Bett und einer abgeschotteten Arbeitsumgebung vorbeugen.

    HIPS eignet sich für viele Nutzobjekte, als Stützmaterial sowie den Leicht- und Modellbau. Dank der hohen Schlagzähigkeit wendet man es bei Gehäusen, Sicherheits- und Transportbehältern an.

    HIPS-Filament von RS PRO

    Eigenschaften von HIPS-Filament

    • Synthetisches Polymer
    • Mittelschwer zu verarbeiten
    • Formstabil bis max. 85 Grad C
    • Entflammbar
    • Nicht UV-beständig (Langzeit-Ausbleichung)

    Häufig gestellte Fragen

    Was ist besser: PLA oder PETG?

    Das hängt vom Verwendungszweck ab. Beide sind leicht zu verarbeiten und deswegen bei Einsteigern beliebt. PETG ist grundsätzlich haltbarer und robuster als PLA, allerdings hat es eine weichere Oberfläche und ist anfällig für Kratzer. PETG eignet sich besser für Outdoor-Objekte, da es witterungsbeständiger ist.

    Welches Filament für eignet sich für Zahnräder?

    Für hoch belastbare Bauteile mit wenig Abrieb wie Zahnräder, Laufrollen oder Scharniere ist PA bzw. Nylon ein geeignetes Filament.

    Wann schmilzt PLA?

    PLA wird ab 60 °C weich und schmilzt bei 65 °C.

    Was ist PLA Plus?

    PLA Plus ist eine Weiterentwicklung von PLA. Es ist sehr stabil und widerstandsfähig. Es ist 10 Mal schlagfester als herkömmliches PLA und wird durch Nachkristallisieren sogar noch härter und hitzebeständiger. Es lässt sich daher gut für mechanische Bauteile verwenden.

    Wie viel kann man mit 1 kg PLA drucken?

    PLA ist ein Filament mit 1,21 bis 1,45 g/mm3 Dichte. Damit ist es ein 3D-Druck-Material mit einer mittleren Dichte. Eine Rolle mit 1 kg PLA Filament ergibt etwa 300 bis 350 Meter. Damit lassen sich grundsätzlich weniger Objekte drucken als bei Materialien geringerer Dichte wie ABS oder HIPS. Die Objekte sind folglich jedoch schwerer. Wie viele Teile man mit 1 kg Ausgangsmaterial drucken kann, hängt natürlich von deren Größe und von möglichen Hohlräumen ab. Am besten berechnet man die druckbare Anzahl über das Gewicht eines Probeteils.

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