Materialien für den 3D-Druck

In dem Themenbereich 3D-Druck werden verschiedene Materialien in verschiedenen Verarbeitungsmethoden verarbeitet.

Im folgendem sind die verschiedenen Verarbeitungsmethoden kurz erläutert:

• Schmelzschichtverfahren (FDM/FFF)
• Stereolithografie (SLA)
• Digital Light Processing (DLP)
• Selektives Laserintern (SLS)
• Jetting-Verfahren (Multi Jet Fusion, HSS)

 

Aus Kostengründen und der geringen physikalischen Beanspruchung der Materials erwies sich das Schmelzschichtverfahren am geeignetsten.

Bei dem Schmelzschitverfahren wird das Material erhitzt und durch eine Düse gepresst. Die entstehende "Raupe" wird Schicht für Schicht auf das Druckbett aufegtragen.

Die Düse fährt die zuvor berechnete Kontur ab und legt die "Raupe" entlang dieser Kontur. Wenn die Kontur abgefahren ist fährt die Düse um ein paar zentel nach oben und fährt die nächste Kontur ab . Dieses Prozedere wird solange wiederholt, bis das Werkstück fertiggestellt ist. Eine weitere Erläuterung zu diesem Thema und dem verwendeten 3D-Drucker ist in diesem Beitrag zu finden Funktion 3D-Drucker.

In diesem Verfahren sind folgende Materialien am gängigsten:

• Polylactide (PLA)
• Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS)

sowie viele weitere thermoplastischen Elastomere.

Jedes dieser Kunststoffe haben verschiedenste Eigenschaften die im folgenden Artikel kurz erläutert werden.

Aufgrund der geringen Belastung und geringer Kosten ist in unserem Projekt die Verwendung von PLA am sinnvolsten.

Polylacide (PLA)

PLA zeichnet sich vorallem durch seine Biokompatibilitär aus welche diesen Kuststoff lebesnmittelecht macht. Da dieser Kuststoff auf Maisstärke bassiert.

Eigenschaften:

Der Kuststoff nimmt wenig Feuchtigkeit auf und ist zudem UV-Beständig. Zudem ist er schwer Entflammbar, jedoch ab 60°C wird der Kuststoff weich und verformt sich. PLA besitzt eine hohe Oberflächenhärte,Steifigkeit und eine hohe Zugfestigkeit. Durch die hohe Oberflächenhärte ist PLA jedoch empfindlich gegen ruckartige Belastungen wie Schläge und nicht elastisch.

Somit eignet sich dieser Kuststoff für viele Anwendungsgebiete.

Einsatz von PLA beim drucken:

PLA ist recht Anfänger freundlich, da die Haftung zum Druckbett einfacher herzustellen ist als mit anderen Kuststoffen wie ABS beispielsweise. Zudem besitzt PLA eine geringe Schmelztemperatur was die Belastung des Druckkopfes reduziert und den Druck bei normaler Raumtemperarur möglich macht.

Die Drucktemperatur beträgt jenach Anwendungsbereich ca. 190°C.

 

Nachbereitung des Kuststoffes:

Spahnende bearbeitung, wie zum Beispiel fräsen oder Bohren, des gedruckten Werkstückes ist mit vorsicht zugenießen, da der Kuststoff durch die hohe Oberflächenhärte keine ruckartigen Belastungen wie Schläge verkraftet und daher beschädigt wird. Andere Bearbeitungsmethoden wie kleben oder schleifen stellen dagegen kein Porblem da, weil hier keine schladartige Belastung auf das Werkstück trifft.

 

Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS)

ABS ist einer der weitverbreitesten Kuststoffe.

Eigenschaften:

ABS ist durch seine chemische Beschaffenheit besonderst wiederstandsfähig gegen Öle,Fette und hofe Temperaturen. Im Gegensatz zu PLA ist ABS entflammbar. Eine wichtige Eigenschaft von ABS ist die hohe Steifigkeit die mit diesem Kuststoff erzeilt werden kann. Somit ist der Kuststoff nicht empfindlich gegen ruckartige / plöätzliche Belastungen wie Schläge. Eine größere Schäche von ABS ist die UV-Empfindlichkeit wodurch das Material spröde wird und seine physikalischen Eigenschaften schwächer werden.

 

Einsatz von ABS beim drucken:

ABS bringt ein paar Schwierigkeiten beim Drucken mit sich. Eine davon wäre, dass sich ABS aufgrund seiner thermischen Eigenschaften vom Druckbett beim drucken lösen oder verziehen kann. Hierbei kann zum Beispiel ein beheiztes Druckbett oder ein geschlossener Druckraum, um eine höhere Umgebungstemperatur zuschaffen, abhilfe schaffen. Zudem solltre beim drucken eine gute Belüftung zur Verfügung stehen, da die entstehende Dämpfe zu einem gewissen Grad toxisch sind.

Die Drucktemperatur beträgt bei ABS je nach Anwendungsfall ca 220°C.

 

Nachbereitung des Kuststoffes:

Durch die relativ weiche Oberfläche und der zugelcih hohen "Schlagfestigkeit" ist eine spahnende Nachbereitung des Werkstücks kein großes Problem. Andere Bearbeitungsmethoden wie zum Beispiel kleben oder schleifen stellen wie beim dem Kunststoff PLA kein Problem da.