Was lässt sich alles 3D-drucken? Da gibt es praktisch nichts, was es nicht gibt. Kein Witz, die Liste reicht von Schokolade bis Titan.
Was ist das beste Material für Ihr Projekt? Tja, das lässt sich nicht ganz so leicht beantworten. Aber je mehr Sie über die vorhandenen Einsatzmöglichkeiten und Eigenschaften der verschiedenen Materialien wissen, umso besser werden Ihre Druckergebnisse. Tatsächlich ist es so, dass das Material langfristig das Gros Ihrer Kosten beim 3D-Druck ausmachen wird, und da lohnt es sich, sich im Vorwege ein wenig zu informieren.
Wir bei All3DP bieten Hunderte von Leitfäden zu 3D-Drucker-Materialien – von den besten carbonfaserverstärkten Filamenten bis hin zu den besten Nylon-Pulvern. Tagein, tagaus drucken und testen wir und vergleichen die verschiedensten Materialien miteinander. Ganz gleich, ob Sie als Heimbastler in den 3D-Druck einsteigen möchten oder ein/e erfahrene/r Ingenieur*in sind und eine Industriekomponente bauen wollen – bei uns sind Sie immer bestens beraten.
In diesem ultimativen Leitfaden schauen wir uns jede einzelne Kategorie im Bereich 3D-Drucker-Materialien an und darüber hinaus auch deren besondere Eigenschaften, wie beispielsweise Flammwidrigkeit oder Biokompatibilität.
Egal, ob Sie das richtige Filament oder das am besten geeignete Resin suchen, dieser kompakte Leitfaden wird Ihnen helfen, das beste Material für Ihr nächstes Projekt auszuwählen oder die Qualität Ihrer Drucke zu verbessern.
Die Materialform verstehen: Filament, Resin, Pulver, Pellets, Draht, Paste, Gel
Falls Sie schon einen 3D-Drucker besitzen, wissen Sie, welche Materialform Sie einsetzen können. Beim FDM (Fused Deposition Modeling)-3D-Druck wird Filament, beim LCD (Liquid Crystal Display)-3D-Druck wird Resin, beim LSL (Selective Laser Sintering)-3D-Druck wird Pulver eingesetzt u.s.w.
Wenn Sie mit dem gewünschten Material anfangen und einen passenden 3D-Drucker dafür suchen, quasi das Pferd von hinten aufzäumen, dann sollten Sie wissen, dass es für die Verarbeitung von jedem Material oft mehr als nur eine Technologie gibt. So ist z.B. Nylon-Kohlefaser als Filament, Pellets und Pulver erhältlich und kann deshalb sowohl beim FDM- als auch beim SLS-Druck eingesetzt werden. Aluminium hingegen gibt es als Filament, Pulver und Draht mit ganz individuellen Eigenschaften und zu unterschiedlichen Kosten. Ihr Einsatz ist für verschiedene 3D-Druck-Technologien geeignet.
Polymer-Pellets und Metalldraht sind kostengünstigere Lösungen als Polymer- oder Metallpulver.
Filament
Am beliebtesten ist der 3D-Druck mit einem FDM (Fused Deposition Modeling)-Drucker, mit dem man üblicherweise am einfachsten und günstigsten 3D-drucken kann. Bei diesem 3D-Drucker-Typ wird Material in Form von Filamenten eingesetzt, die sich als Kunststoffschnur auf einer Spule befinden.
FDM-Drucker erhitzen den Kunststoff bis kurz vor dem Schmelzpunkt und extrudieren ihn in Schichten.Die gebräuchlichsten Filamente bestehen aus den Thermoplasten PLA, ABS und PETG, aber es gibt noch ein schier unendlich große Anzahl von weiteren Materialien, die Ihnen ermöglichen, Ihrer Kreativität mit dem FDM-Drucker freien Lauf zu lassen.
Von Funktionsmodellen wie Werkzeugen oder Prothesen bis hin zu lustigen Objekten wie Spielen oder Figuren – es gibt für Sie zu jedem anstehenden Projekt das passende Filament.
PLA: Der Allrounder
Ein Publikumsliebling in unserem Leitfaden für 3D-Drucker-Materialien ist PLA. Es ist kostengünstig, einfach zu drucken und praktisch universell mit allen FDM-Druckern einsetzbar. Bei PLA handelt es sich um ein thermoplastisches Polymer, das aus erneuerbaren Rohstoffen wie Maisstärke oder Zuckerrohr gewonnen wird und das als Abkürzung für Polymilchsäure (engl.: polylactid acid) steht. Es kann industriell recycelt werden, ist jedoch nicht biologisch abbaubar.
Es hat eine niedrige Drucktemperatur, benötigt kein beheiztes Druckbett (obwohl es hilfreich ist) und verzieht sich nicht so leicht. Ein weiterer Vorteil von PLA ist, dass es beim Drucken keine unangenehmen Gerüche produziert (im Gegensatz zu ABS). Als 3D-Drucker-Material eignet es sich für den Kontakt mit Lebensmitteln für den einmaligen Gebrauch. Allerdings ist PLA weniger haltbar als ABS oder PETG und nicht hitzebeständig. Vermeiden Sie den Einsatz von PLA bei der Herstellung von Gegenständen, die verbogen, verdreht oder wiederholt fallen gelassen werden könnten, wie z.B. Handyhüllen, stark beanspruchte Spielzeuge oder Werkzeuggriffe.
PLA ist in einer breiten Farbpalette und in Kombination mit unterschiedlichsten Verbundwerkstoffen erhältlich. Hier einige Beispiele:
ABS: Steinhart
Erinnern Sie sich daran, welche Qualität Legosteine haben? Dann wissen Sie, warum ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) bis heute eines der beliebtesten 3D-Drucker-Materialien ist. Das aus Erdöl hergestellte ABS wird häufig beim Spritzgussverfahren eingesetzt und findet sich in vielen Haushaltsgegenständen, wie z. B. den extrem harten Legosteinen, Handyhüllen oder Fahrradhelmen. Der Grund dafür ist seine Haltbarkeit, Robustheit und Temperaturbeständigkeit.
Während es bei kommerziellen Anwendungen wie beim Rapid Prototyping eine wichtige Rolle spielt, ist ABS beim Hobby-3D-Druck nicht so beliebt. Das liegt daran, dass es etwas schwieriger zu drucken ist, denn ohne geschlossene und beheizte Baukammer neigt es zu Materialverzug.
ABS wird für stark beanspruchte Spielzeuge, Werkzeuggriffe, Verkleidungen in Autoinnenräumen und Elektronikgehäuse eingesetzt. Es ist leicht erschwinglich, stabil, wiegt wenig, lässt sich leicht nachbearbeiten und ist in einer breiten Palette von Farben erhältlich. Allerdings setzt ABS beim Drucken geruchsintensive und giftige Chemikalien frei, sogenannte flüchtige organische Verbindungen (engl.: volatile organic compounds oder VOCs). Dies können Sie umgehen, indem Sie in einem gut belüfteten Bereich und/oder mit einem Gehäuse drucken. Es wird auch empfohlen, den Raum während des Druckvorgangs zu verlassen.
Tipps für den Druck mit ABS:
PETG: Lebensmittelecht
PETG wird aus Polyethylenterephthalat (PET) hergestellt, dem Material, das Sie von Plastikwasserflaschen kennen, wobei jedoch ein Teil des Ethylenglykols durch CHDM (Cyclohexandimethanol) ersetzt wird – daher der Buchstabe „G“ (glykolmodifiziert) hinter PET. Daraus entsteht ein Filament, das weniger spröde und einfacher in der Handhabung ist als das ursprüngliche PET.
Es ist ein ausgezeichnetes Filament für den Druck von Objekten, die stabil sein, eine glatte Oberfläche haben und geringe Schrumpfung aufweisen sollen. PETG-Komponenten sind witterungsbeständig und werden daher häufig für Gartenutensilien verwendet. Es ist auch deshalb so beliebt, weil PETG als lebensmittelecht gilt – aber um sicherzugehen, müssen Sie trotzdem das Kleingedruckte auf jeder einzelnen Spule lesen, die Sie kaufen.
Natürlich gibt es auch hier nicht nur Vorteile: Für Bridging ist PETG nicht sonderlich gut geeignet, da es extrem klebrig ist, was allerdings auch eine gute Schichthaftung bedeutet. PETG ist außerdem hygroskopischer als PLA, d.h. es neigt sowohl zu starkem Stringing also auch zur Aufnahme von Feuchtigkeit, wenn es in Kontakt mit Luft kommt. Wenn Sie unterm Strich jedoch ein vielseitig einsetzbares, hochfestes Material benötigen, das nicht so schwierig zu drucken ist wie ABS, dann stellt PETG eine ausgezeichnete Alternative dar.
Es gibt bei den Filamenten noch auch weitere PET-Varianten als die bekannte mit Glykol-Zusatz. Für zusätzliche Festigkeit findet man auch recyceltes und das eine oder andere mit Carbonfaser verstärkte PETG.
Tipps für den Druck mit PETG:
TPU, TPE, TPC: Flexibel
TPEs (thermoplastische Elastomere) gehören zu einer Materialklasse, die aus einer Kunststoff-Gummi-Mischung bestehen, darunter TPU (thermoplastisches Polyurethan), TPC (thermoplastisches Copolyester) u.a.
Diese Kunststoffe sind sehr weich und zeichnen sich durch ihre hohe Flexibilität aus. Sie werden immer häufiger in der additiven Fertigung für die Produktion von Teilen eingesetzt, die man verbiegen oder strecken kann, ohne dass es dabei zu Verformungen kommt. Im Vergleich zu TPE-Filament sind TPUs in der Regel haltbarer, abriebfester und beständiger gegen Öl, Chemikalien sowie gegen hohe und niedrige Temperaturen. TPC punktet mit sehr guter Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und UV-Licht. Es wird sehr gern in biomedizinischen Anwendungen und bei tragbaren und medizintechnischen Geräten eingesetzt. TPEs werden auch als Pulver und Resin angeboten.
Es ist jedoch nicht so einfach zu drucken und man muss den Druckvorgang gut unter Kontrolle haben. Der Einsatz von trockenem Filament sowie die richtige Einstellung beim beheizten Druckbett, der Extruderdüsen-Temperatur und der Druckgeschwindigkeiten sind die Garanten für einen erfolgreichen Druck mit diesem vielseitigen Material.
Tipps für den Druck mit TPU:
Nylon: Zäh & langlebig
Polyamid (PA), auch gemeinhin als Nylon bekannt, ist ein zähes und langlebiges Material mit einem sehr großen Anwendungsbereich. Das Material zeichnet sich durch seine Zähigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber hohen Temperaturen und Stößen aus. Es bietet eine gute Zugfestigkeit und eine hohe mechanische Festigkeit.
PA wird üblicherweise mit Carbonfaser, Glas und Kevlar-Fasern oder mit Endlos-Carbonfasern verstärkt, um eine zusätzliche Festigkeit zu erzielen. Es wird in der Spitzentechnologie, wie z.B. bei Zahnrädern, Großwerkzeugen, Vorrichtungen und Werkzeugsystemen, eingesetzt und ist auch als Pulver erhältlich.
Man kann nicht davon ausgehen, dass sich PA so leicht wie PLA oder PETG drucken lässt, doch dies sollte Sie nicht abschrecken. Allerdings benötigen Sie eventuell eine Hochtemperaturdüse, da für die Verarbeitung von einigen Mischungen eine Temperatur von bis zu 300° C erforderlich ist. Für Nylon ist die richtige Lagerung ebenfalls entscheidend, da es Wasser bindet, wenn es in Kontakt mit Luft kommt. Die Feuchtigkeit zersetzt das Material und hat dann schlechte Druckqualität und fehlende Festigkeit zur Folge.
ASA: UV-beständig
Beim Zungenbrecher Acrylnitril-Styrol-Acrylat (ASA) handelt es sich um ein Material, das sich durch seine Chemikalienbeständigkeit und seine hohe Schlagfestigkeit auszeichnet. Es ist außerdem UV-beständig, behält seine Materialeigenschaften und sein Erscheinungsbild, selbst wenn es Sonnenlicht ausgesetzt wurde – und ist damit das ideale Material für den Außengebrauch.
ASA ist mit ABS vergleichbar, doch ist es einfacher zu drucken. Dafür sind aber hohe Extruder- und Druckbett-Temperaturen und ein Druckergehäuse erforderlich, damit es nicht zu Warping, Rissbildung und Materialschrumpfung kommt. Somit ist es sicherlich nicht für jeden x-beliebigen Drucker geeignet, doch leistungsstärkere Desktop-Maschinen und natürlich industrielle FDM-Drucker sind sehr wohl in der Lage, das Material zu verarbeiten.
Tipps für den Druck mit ASA:
PVB: Glatt & transparent
PVB steht als Abkürzung für Polyvinylbutyral und ist ein Spezialfilament, das vor allem dafür bekannt ist, dass sich seine Oberfläche mit Isopropylalkohol glätten lässt. Im Vergleich zu ABS ist es damit die sicherere Alternative, denn bei ABS ist für die Schichtglättung Aceton erforderlich. Um glatte Oberflächen zu erzielen, bietet z.B. Polymaker mit dem Polysher einen Alkohol-Vernebler für eine Vielzahl von verschiedenen PVB-Filament-Farben an. Außerdem handelt es sich bei PVB um ein transparentes Material, sodass auch durchscheinende und durchsichtige Drucke möglich sind.
PVB hat vergleichbare Materialeigenschaften wie PLA, außer dass die Schichthaftung schlechter ist. Damit sind die mechanischen Eigenschaften von PVB schlechter, was definitiv einen Nachteil darstellt. Darüber hinaus bindet es im Vergleich mehr Wasser aus der Umgebungsluft. Stellen Sie also sicher, dass das Filament trocken gelagert wird. Wenn Ihre Drucke also eine glatte Oberfläche haben sollen, weil Sie sie auf einem Regal präsentieren möchten, um ihre Besucher zu beeindrucken, dann könnte PVB das Material Ihrer Wahl sein.
HIPS: Hohe Schlagfestigkeit
Hochschlagfestes Polystyrol (HIPS, engl. für „high impact polystyrene“) ist eine Materialmischung aus Polystyrol-Kunststoff und Polybutadien-Kautschuk. Die Mischung dieser Polymere ergibt ein Material, das sowohl robust als auch flexibel ist.
HIPS ist ABS sehr ähnlich, kann aber, wie der englische Begriff schon sagt, viel stärkeren Stößen standhalten. Es ist leicht zu lackieren, maschinell bearbeitbar und lässt sich mit einer Vielzahl von Klebstoffen verarbeiten. Außerdem ist es lebensmittelecht, da es als FDA-konform für Anwendungen in der Lebensmittelverarbeitung zertifiziert wurde.
In der Welt des 3D-Drucks wird HIPS meist als Trägermaterial verwendet, da es in D-Limonene aufgelöst werden kann. Dadurch entfällt die Notwendigkeit der Entfernung von Rückständen durch Schleifmittel, Schneidewerkzeuge o.Ä., das das Druckergebnis beeinträchtigen kann. Auf die Weise man auch HIPS glätten und glänzende Oberflächen erzielen, was bei PLA normalerweise ein schweres Unterfangen ist. D-Limone ist eine Lösung, die aus Zitronenschalen hergestellt wird und leicht erhältlich ist. Doch diese Lösung kann neben ABS potenziell noch weitere 3D-Drucker-Materialien beschädigen.
PVA: Wasserlöslich
Polyvinylalkohol (PVA) ist wasserlöslich, und genau das wird sich bei kommerziellen Anwendungen zunutze gemacht. Genau wie HIPS wurde PVA für den 3D-Druck als lösliches Trägermaterial entwickelt. Es wird vor allem in Kombination mit einem weiteren 3D-Drucker-Filament mit einem Doppelextruder-3D-Drucker eingesetzt. Der Vorteil von PVA gegenüber HIPS liegt darin, dass man es mit mehr Materialien als nur ABS als Trägermaterial einsetzen kann.
Der Nachteil ist, dass das 3D-Drucker-Filament etwas schwieriger zu handhaben ist. Auch bei der Lagerung muss man vorsichtig sein, da die Luftfeuchtigkeit das Filament beschädigen kann, bevor es zum Druck kommt. Trockenkästen und Silica-Beutel sind ein Muss, wenn Sie vorhaben, eine Spule PVA für einen längeren Zeitraum zu verwenden.
Elektrisch leitfähig & ESD-sicher
Leitfähiges Filament für 3D-Drucker macht genau das, was sein Name aussagt: Elektrizität leiten. Durch die Zugabe von leitfähigen Kohlenstoffpartikeln, vor allem Graphen, zu Basismaterialien wie PLA oder ABS können Sie ganz einfach elektronische Schaltkreise mit niedriger Spannung drucken und so Hobbyprojekte in die Tat umsetzen. Verbinden Sie einfach ein leitfähiges 3D-Drucker Filament mit gewöhnlichem PLA oder ABS in einem Doppelextruder-3D-Drucker.
Dieses äußerst praktische Material kann für die Herstellung von Berührungssensoren verwendet werden, die in Anwendungen eingesetzt werden, für die eine menschliche Schnittstelle erforderlich ist, wie z.B. in Spielkonsolen und MIDI-Geräten. In anderen Maker-Projekten finden sich Leiterbahnen, die in tragbaren elektronischen Geräten verbaut sind und die Schnittstellen zwischen Computern, Arduino-Boards und anderen Komponenten schaffen, mit denen aufwendige DIY-Projekte gebaut werden können. Es ist jedoch kein Ersatz für eine normale Leiterplatte.
Wenn Sie Ihre Elektronik vor elektrischer Entladung schützen wollen, benötigen Sie ESD (engl. für: electrostatical discharge, deutsch: elektrostatische Entladung) -sicheres Material. Das 3D-Drucken mit ESD-sicherem Filament, Resin oder Pulver kann Ihre Gehäuse, Vorrichtungen und Werkzeuge vor elektrostatischer Entladung schützen. Mit diesen Materialien können Sie Leiterplattengehäuse, Werkzeuge und Vorrichtungen drucken, wie sie bei Elektronikprüfungen eingesetzt werden, und auch andere Teile und Komponenten, die Ihre elektronischen Geräte vor elektrostatischer Auf- und Entladung bewahren.
Holzverbundwerkstoff
3D-Filament aus Holz ist ein weiteres Verbundmaterial, bei dem es sich typischerweise um mit Holzfasern angereichertes PLA handelt. Heutzutage gibt es viele 3D-Drucker-Filamente aus Holz-PLA auf dem Markt. Dazu gehören die üblichen Holzarten wie Kiefer, Birke, Zeder, Ebenhölzer und Weide, doch auch weniger verbreitete Arten wie Bambus, Kirsche, Kokosnuss, Korkbaum und Olive sind im Angebot.
Genauso wie bei den anderen 3D-Drucker-Filamenttypen muss man auch bei Holz-Filament einen Nachteil in Kauf nehmen. In diesem Fall gehen die Ästhetik und die Haptik auf Kosten einer geringeren Flexibilität und Festigkeit. Mit Holz angereichertes Filament kann auch den Verschleiß der Extruderdüse Ihres 3D-Druckers beschleunigen. Das sollten Sie vor dem Einsatz des Materials berücksichtigen.
Seien Sie vorsichtig mit der Temperatur, bei der Sie das Holz drucken, denn zu viel Hitze kann dazu führen, dass der Druck wie verbrannt oder karamellisiert aussieht. Auf der anderen Seite kann das grundlegende Erscheinungsbild Ihrer Holzkreationen mit einer kleinen Nachbearbeitung erheblich verbessert werden! Sie können ihre Kreationen schneiden, schleifen und bemalen.
Metallverbundstoff
Es gibt zwei Arten von Metall-Filamenten: Die eine wird für dekorative Teile eingesetzt, die wie Metall aussehen, die andere für Teile, die tatsächlich aus massivem Metall bestehen.
Um ein metallisches Aussehen zu erreichen, wird das Filament, meistens PLA, mit gerade mal so viel Metall angereichert, dass das Teil im polierten Zustand so aussieht, als wäre es aus Metall.Sogar das Gewicht ist mit Metall zu vergleichen, da die Mischungen meist um ein Vielfaches dichter sind als reines Kunststoff-Filament. Allerdings weist Metall-Filament nicht die gleiche Funktionalität wie Metall auf.
Drucke aus Metallverbundstoffen können sehr ästhetisch sein, insbesondere wenn es um Figuren, Modelle, Spielzeuge und Spielmarken geht. Sie eignen sich hervorragend für die Nachbearbeitung: Sie können geschliffen und poliert werden, man kann sie anlaufen lassen oder ihnen ein verwittertes Aussehen verpassen. Wenn Sie mit Metallverbundstoffen drucken, sollten Sie mit einem erhöhten Verschleiß der Extruderdüsen rechnen. Es ist daher empfehlenswert, Ihre Messingdüse gegen eine aus Edelstahl oder aus einer anderen gehärteten Legierung auszutauschen, da Messingdüsen durch den Partikelabrieb viel schneller verschleißen.
Sie können Ganzmetallteile mit Filament drucken, was immer beliebter geworden ist, denn es handelt sich hier um eine kostengünstige Möglichkeit, alles – von kleinen Ersatzteilen bis hin zu Prototypen – selbst herzustellen.
Eine ganze Reihe von 3D-Drucker-Herstellern, darunter Ultimaker, BCN3D, Anycubic und MakerBot, haben Druckerprofile für den 3D-Druck mit Metall-Filament für ihre Drucker eingeführt. Metall-Filamente für Metallteile müssen einen hohen Prozentsatz an Metallpulver (ca. 80 %) enthalten. Es sind verschiedene Schritte der Nachbearbeitung erforderlich, um die Kunststoffanteile zu entfernen, damit das Metallteil verdichtet werden kann.
Der wichtigste Vorteil von Metall-Filament besteht darin, dass es ganz einfach mit einem normalen 3D-Drucker gedruckt werden kann. Aber bitte beachten Sie, dass wir mit „normal“ alle FDM-Drucker mit einem beheizten Druckbett und einer Extruderdüse aus gehärtetem Stahl meinen, die die erforderlichen Temperaturen von mindestens 180º C bis 220º C erreichen kann. Theoretisch heißt das, dass Sie keine teure Maschine brauchen. Sie können Metall-Filament mit Druckern unter 200 € drucken, wie z.B. dem Ender 3 oder dem Anet A8.
Tipps für den Metall-3D-Druck
PC: Hitzebeständig
Polycarbonat (PC) ist ein Material mit hoher Festigkeit, das sich durch drei wichtige Eigenschaften auszeichnet: Transparenz, Hitzebeständigkeit und extrem hohe Schlagfestigkeit. Beim 3D-Druck wird es industrieübergreifend eingesetzt – von Autoscheinwerfern und Lampenschirmen bis hin zu transparenten Gehäusen für elektrische Komponenten.
- Hochtransparent und glasähnlich
- Hohe Zähigkeit bis max. -20 °C
- Gute Beibehaltung der mechanischen Eigenschaften bis max. 140 °C
- Von Natur aus schwer entflammbar
- Gute elektrische Isolationseigenschaften unabhängig von Wasser- und Temperatureinflüssen.
- Verfügt über gute Abriebfestigkeit
- Hält wiederholter Dampfsterilisation stand
Preis: Filament (750 g) ab 45 €
PEI: Gutes Verhältnis von Gewicht zu Festigkeit
Polyetherimide (PEI) wurden zum ersten Mal 1982 von der General Electric Company (heutzutage als SABIC bekannt) unter dem Namen Ultem entwickelt, der auch heute noch geläufig ist. Dieser Hochleistungskunststoff zeichnet sich durch seine hervorragenden thermischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften aus. PEI bietet Herstellern ein gutes Verhältnis von Gewicht zu Festigkeit und stellt so eine kostengünstige Alternative zu Metall dar, da das Material so fest ist, dass es in einigen Anwendungen Stahl ersetzen kann und gleichzeitig leicht genug ist, um für Aluminium eingesetzt zu werden, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt. PEI kommt noch in anderen Bereichen zum Einsatz, wie z.B. bei Zahnradkomponenten, Ventilgehäusen, Sensoren, Thermostatgehäusen, anspruchsvollen elektrischen Anwendungen, gedruckten Leiterplatten und Verteilerschächten. Es gibt viele Ultem-Klassen, wobei Ultem 100 die gängigste ist. Bei Ultem 1010 handelt es sich um ein Resin, Ultem 2300 ist mit 30 % glasfaserverstärkt.
- Sehr gute Beibehaltung der mechanischen Eigenschaften bei extrem hohen Temperaturen
- Hervorragende spezifische Festigkeit, Steifigkeit, Flexibilität und Formbeständigkeit
- Gute elektrische Eigenschaften
- Gute UV- und Witterungsbeständigkeit
- Von Natur aus nicht entflammbar
- Beständig gegen Alkohole, Säuren und Kohlenwasserstofflösungsmittel, jedoch teilweise Auflösung in halogenierten Lösungsmitteln
- PEI weist zudem eine hohe Hydrolysestabilität auf
- Besonders geeignet, wenn heißer Luft oder Wasser ausgesetzt
- Die meisten PEI-Klassen sind lebensmittelkonform
Preis: Filament (500 g) ab 135 €
PEEK: Geringes Gewicht, als Metallersatz
PEEK gehört zur Polymer-Familie der Polyaryletherketone (PAEK) und erfreut sich wachsender Beliebtheit für Anwendungen in den Bereichen Militär, Pharmaindustrie, Petrochemie und Lebensmittelverpackung.
Es ist jedoch teuer und schwierig zu verarbeiten, weshalb sich sein Einsatz auf den industriellen Bereich beschränkt, wo mit speziellen Druckern gearbeitet wird. Das Gewicht von PEEK beträgt weniger als die Hälfte von Aluminium und ein Sechstel von Stahl. So stellt es einen hervorragenden Metallersatz für alle Teile dar, die in der Öl- und Gasindustrie und in der Luft- und Raumfahrt benötigt werden. Die Eigenschaften von PEEK können noch weiter verbessert werden, indem man es mit Verbundmaterialien kombiniert, z.B. mit Glas, Fasern, Graphit oder Carbonfasern verstärkt, um Schrumpfen entgegenzuwirken. PEEK wird auch für medizinische Implantate eingesetzt (da es vollständig biokompatibel und röntgenopak ist). Aber es gibt einen gewaltigen Unterschied zwischen industriell eingesetztem und implantierbarem PEEK. Evonik ist zurzeit der einzige Hersteller, der medizinisch zugelassenes PEEK-Filament anbietet (zu einem Preis von ca. 4.500 €/kg).
- Hohe Beständigkeit gegen extreme Temperaturen von bis zu 260° C.
- Beständigkeit gegen korrosive Flüssigkeiten, Gase und Hochdruck
- Hohe Beständigkeit gegen Hochdruckwasser oder -dampf
- Gute selbstschmierende Eigenschaften, reibungsarm
- Hervorragende Kriechbeständigkeit
- Gute Formbeständigkeit
- Niedrige Entflammbarkeit und geringe Rauchentwicklung bei Verbrennung
- Außergewöhnlich gute Isolationseigenschaften
- Hervorragende Sterilisationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen
- Vollständig biokompatibel
Preis: Filament (250 g) ab 210 €
PEKK: Steif & fest
Auch PEKK ist ein Polymer, das zur Familie der Polyaryletherketone (PAEK) gehört und das weltweit zu den leistungsfähigsten Polymeren überhaupt zählt. PEKK zeichnet sich durch außergewöhnlich gute mechanische, thermische und chemische Materialeigenschaften aus, gilt im Vergleich zu PEEK aber als leichter druckbar. Tatsächlich kann PEKK bei niedrigeren Temperaturen 3D-gedruckt werden als PEEK-basierte Filamente und benötigt keinen perfekt beheizten Bauraum (wie PEEK). Darüber hinaus punktet es mit ausgezeichneter Schichthaftung, was eine außergewöhnlich hohe Maßgenauigkeit und Z-Festigkeit zur Folge hat. Es handelt sich bei PEKK um ein weiteres Hochleistungspolymer für den 3D-Druck, das Metall- und Verbundteile in den unterschiedlichsten Branchen ersetzen kann – von der Luft- und Raumfahrt bis hin zur Automobilindustrie, Medizin- und Marinetechnik. Das Material ist beständig gegen Kohlenwasserstoffe und Lösungen
Mit PEKK gedruckte Teile können nach dem Druck hitzebehandelt werden (geglüht), um die maximal möglichen mechanischen, thermischen und chemischen Materialeigenschaften zu erzielen. Die Farbe der gedruckten Teile ist transparent Gold und wird nach dem Glühen zu einem opaken Hellbraun.
- Beständigkeit gegen hohe Temperaturen von 255º C und darüber hinaus
- Sehr hohe Steifigkeit, Druck- und Zugfestigkeit, Schlagzähigkeit
- Einfach zu drucken
- Flammwidrig, geringes Ausgasen
- Sehr geringer Materialverzug
- Beständigkeit gegen quasi alle organischen und nicht organischen Chemikalien
Preis: Filament (250 g) ab 250 €
PVDF: Beständig gegen Extrembedingungen
PVDF (Polyvinylidenfluorid) ist ein weiteres Polymer, das aufgrund seines einzigartigen Eigenschaftsprofils in immer mehr Anwendungen im Bereich additiver Fertigung eingesetzt wird. PVDF kommt in vielen Hightech-Anwendungen zum Einsatz, wie z.B. beim chemischen Apparatebau, bei Halbleitern, Lithium-Ionen-Akkus und bei anderen elektrischen, elektronischen und energiebezogenen Anwendungen. Beim 3D-Druck zeigt sich PVDF fast verzugsfrei und ist gegen die meisten Extrembedingungen beständig, sogar gegen radioaktive Strahlung. Panels aus PVDF werden in Weltraumsonden und Satelliten eingesetzt.
- Gute thermische Eigenschaften bis zu 150 °C.
- Sehr geringer Materialverzug
- Hervorragende Beständigkeit gegen die meisten Chemikalien, darunter vollständig halogenierte Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Säuren und Basen.
- Nicht hygroskopisch, nimmt keine Feuchtigkeit auf
- Langfristige Hydrolysestabilität
- Beständig gegen radioaktive Strahlung
- Sehr gute Abriebfestigkeit
Preis: Filament (1 kg) ab 200 €
PPSU: Transparent bei extrem hohen Temperaturen
Sulfon-Polymere (PPSU, PESU, PSU) gehören zu einer weiteren Familie von Hochleistungskunststoffen, bei denen hervorragende thermische Stabilität, hohe Festigkeit und Härte, exzellente hydrolytische Stabilität, Transparenz und gute Beständigkeit gegen umgebungsbedingte Spannungsrissbildung vereint werden. Im Unterschied zur PEAK-Materialklasse weisen Sulfon-Polymere eine besonders hohe Wärmeformbeständigkeit auf (vergleichbar mit PEI). Auch handelt es sich bei ihnen um die einzigen thermoplastischen Kunststoffe, die transparent bleiben, selbst wenn sie für einen langen Zeitraum extrem hohen Temperaturen (204º C) ausgesetzt sind. PPSUs können lange heißem Wasser und Heißdampf standhalten – sogar unter Druck. Deshalb ersetzen sie oft Teile aus Messing für Anwendungen, wo Heißwasser und Druck zum Einsatz kommen. Sie können als leichtere Alternative für Metall bei Sterilisierbehältern und Instrumentenschalen, bei Implantaten, Griffen von chirurgischen Instrumenten und vielen weiteren Medizin- und Dentalgeräten eingesetzt werden. PPSU findet auch bei Anwendungen im Bereich Nahrungsmittel-Dienstleistungen und in Kabineninnenräumen von Flugzeugen einen breiten Einsatz.
- Ausgezeichnete Kriechbeständigkeit bei Temperaturen bis zu 150º C.
- Einfach zu bearbeiten
- Hervorragende Abriebfestigkeit unter andauernder Hochtemperaturbelastung
- Beständig gegen Säuren, Alkalien, Öle, Fette und aliphatische Kohlenwasserstoffe und Alkohole.
- Gute optische Transparenz
- Sehr hohe hydrolytische und Sterilisationsbeständigkeit
- Biokompatibilität
- Hervorragende Isolationseigenschaften
- Ausgezeichnete Steifigkeit selbst bei hohen Temperaturen
- Geringe Beständigkeit gegen UV-Licht
Preis: Filament (500 g) ab 140 €
Biokompatible Filamente
Viele Polymere, wie z.B. PLA, PEEK und Nylon, sind von Natur aus biokompatibel, was jedoch nicht heißt, dass alle PLA-, PEEK- und Nylon-3D-Drucker-Filamente auch tatsächlich biokompatibel sind. Oft werden den Polymer-Filamenten noch Farbstoffe oder Zusatzstoffe beigemischt, um die 3D-Druck-Fähigkeiten zu verbessern. Um biokompatible Produkte herzustellen, müssen Sie zuallererst mit einem zertifiziert biokompatiblen Filament beginnen. Es gibt nur eine Reihe von Herstellern, darunter Solvay, Evonik, DSM und Stratasys, die dafür infrage kommen.
Außerdem muss bei Ihrer Polymer-Auswahl geklärt werden, inwieweit eine Beständigkeit gegen Sterilisierung und chemische Desinfektionsmittel vorliegt. Einige chemische Reinigungsmittel, die für Polymere eingesetzt werden, können das Material anfänglich schädigen. Die meisten Hersteller von biokompatiblen Filamenten stellen detaillierte technische Spezifikationen zur Verfügung, in denen erläutert wird, ob die mit ihrem Material 3D-gedruckten Teile spezifischen chemischen Stoffen und Sterilisierungsmethoden standhalten können.
Resin
Resin ist ein generischer Begriff für ein Photopolymer, das wiederum eine Art flüssiger Kunststoff ist, der aushärtet, sobald er mit UV-Licht in Berührung kommt. Es gibt verschiedene 3D-Druck-Technologien, bei denen Resin eingesetzt wird, darunter die drei Arten der „Vat“-Polymerisation – das Stereolithografie (SLA)-, das Digital-Light-Processing (DLP)- und das Liquid-Crystal-Display (LCD)-Verfahren – sowie Material-Jetting-Technologien, darunter das PolyJet-Verfahren.
Resins sind eine großartige Materialwahl, wenn man Modelle mit hoher Detailgenauigkeit herstellen möchte. Manche Resins sind sogar fest genug, dass sie nach dem Aushärten mit der Maschine bearbeitet werden können. Hochtemperatur-Resins haben ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis und bieten sich für die Herstellung von Spritzgussformen für Prototypen in Kleinserie an.
Anders als Kunststoff-Filamente tragen die chemischen Verbindungen von Resins keinen spezifischen Namen. Die meisten Resins sind proprietäre Mischungen, die allgemein als Standard-Resins bezeichnet werden.
Standard-Resin
Wenn Sie SLA-, DLP- oder MSLA-Drucker einsetzen, werden Sie irgendeinen Resin benötigen. Ein Resin kann alle möglichen unterschiedlichen Eigenschaften aufweisen, aber wenn Sie nach etwas Unkompliziertem suchen, ist ein Standard-Resin die richtige Wahl.
Er eignet sich perfekt für Anwendungen wie die Erstellung von konzeptionellen Modellen, Funktionsmodellen, Prototypen, Miniaturen und visueller Kunst.
Standard-Resins sind in unterschiedlichen Farben erhältlich und können, wie alle anderen Resins auch, ziemlich unangenehm riechen. Daher sollten sie nur in gut belüfteten Räumen verwendet werden.
Rapid-Resin
Ein Resin, der schnell aushärtet, hat verschiedene Vorteile, die über eine schnelle Turnaround-Zeit hinaus gehen. Der verkürzte Zeitrahmen verhindert das Schrumpfen und die Verformung von noch weichen Teilen, die gerade aus dem Bad geholt wurden. Verwenden Sie dieses Resin, wenn Präzision gefordert ist, z.B. bei der Herstellung von Werkzeugen oder Komponenten – und wenn Abwarten nicht gerade Ihre Stärke ist.
Rapid-Resin wird je nach Hersteller manchmal auch als „Raft Resin“ bezeichnet.
Robuste Resin
ABS-ähnliche „robuste Resins“, die unter vielen verschiedenen Namen vermarktet werden, weisen eine hohe Schlagfestigkeit auf.
Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) ist ein Kunststoff, der häufig bei der Herstellung von Spielzeug, persönlicher Schutzausrüstung wie Schutzhelmen und Helmen und anderen Anwendungen, bei denen das Objekt einer Belastung ausgesetzt ist, verwendet wird. Bei ABS-ähnlichen Resins handelt es sich nicht wirklich um ABS, sondern es wird versucht, die hervorragenden physikalischen und mechanischen Eigenschaften von ABS zu kopieren.
Robuste Resin ist ideal für konzeptionelle Modelle, Funktionsteile und Prototypen.
Wasserabwaschbare Resin
Wenn man Resins einsetzt, die mit Wasser abwaschbar sind, hat man mit weniger Dreck und Gestank zu tun, eben weil sie sich mit Wasser abwaschen lassen.
Das bedeutet, dass Sie Ihre Teile statt mit Alkohol mit Wasser reinigen können. Diese Alternative ist sicherer und sauberer, wenn der Umgang mit Resin noch Neuland für Sie ist, wenn Sie ein Material suchen, das einfacher zu verarbeiten ist, wenn Sie die Gerüche, die beim Resin-Druck entstehen, widerlich finden oder wenn Sie ganz einfach etwas Geld sparen möchten.
Flexible Resin
Manchmal ist auch Flexibilität angesagt. FDM-Drucker verwenden thermoplastisches Polyurethan (TPU), ein gummiartiges Material, das bei fallsicheren Handyhüllen Verwendung findet.
Doch wenn Sie auf der Suche nach einem TPU-ähnlichem Resin sind, läuft dies oft unter der Bezeichnung „Flex“ und kann für Gegenstände, wie z.B. Reifen, verwendet werden, für die sowohl hohe Elastizität als auch Vibrationsdämpfung erforderlich sind.
Pflanzenbasiertes Resin
Durch den Einsatz von Sojabohnen und ähnlichen Pflanzen anstelle von herkömmlichen Komponenten als Bindemittel wird der 3D-Druck mit Resins auf pflanzlicher Basis peu à peu weniger toxisch und sauberer.
Es ist wichtig, dass Sie das Sicherheitsdatenblatt für jedes pflanzenbasierte Resin, das Sie kaufen, gut durchlesen – gehen Sie nicht davon aus, dass Sie es immer automatisch abwaschen oder einfach in den Müll werfen können.
Resin zum Gießen & Wachs-Resin
Ein großer Vorteil vom 3D-Druck ist, dass man schnell und einfach Prototypen herstellen kann – und der Einsatz von gießbarem Resin in Kombination mit dem Wachsausschmelzverfahren ist ein Paradebeispiel dafür. Ein Wachsmodell wird mit einer gipsähnlichen Masse umhüllt, die aushärtet und dann erhitzt wird, sodass das Wachsmodell schmilzt und eine Form hinterlässt, die dann mit flüssigem Edelmetall gefüllt wird.
Auf diese Weise können Juweliere ein Modell drucken, damit eine Form aus Zement erstellen und das Resin in einem Ofen wegbrennen, damit das flüssige Metall an seine Stelle gegossen werden kann. Ein einziger 3D-gedruckter Ring oder eine Brosche aus diesem gießbaren Resin kann die Gussform für Dutzende von Ringen aus Gold, Silber oder anderen Metallen bilden.
Mit gießbarem 3D-Resin ist es möglich, ein Master-Wachsmodell mit den kleinsten Details zu erstellen.
Transparente/klare Resin
Transparenz ist so etwas wie der Heilige Gral, wenn es um den Resin-3D-Druck geht. Zwar gibt es eine wachsende Anzahl von Resins auf dem Markt, die Transparenz versprechen, doch in Wahrheit bedarf es oft noch weitere Nachbearbeitungsschritte wie Lackieren mit Klarlack, Nass- und Trockenschliff und Polieren, um glasklare Ergebnisse zu erzielen.
Es hängt also von der Geometrie des Modells und den eingesetzten Methoden ab, ob erstklassige Hingucker entstehen können. Klares Resin ist beim Prototypen- und Modellbau sehr beliebt, doch einen wahrhaft glänzenden Auftritt kann es bei medizinischen Anwendungen, dazu zählen auch Zahnspangen und Brillengläser, hinlegen. Dies ist jedoch nicht mit Einsatz von Druckern möglich, die mit „Vat“-Polymerisationstechnologie arbeiten.
Leucht-Resin
Ganz gleich, ob Sie Sicherheitsreflektoren für Ihre nächtlichen Läufe oder gruselige Figuren für Ihr Tisch-Rollenspiel herstellen, Leuchteffekte sind cool.
FDM-Drucker können oft nur schwer mit den Zusätzen umgehen, die das Filament zum Leuchten bringen, da sie Schläuche und Hotends kaputt machen können. Doch Resin-Drucker haben mit diesem Material kein Problem.
Biokompatible Resins & Resins für den Dentalbereich
Professionelle Mediziner und Zahnmediziner benötigen spezielle Resins, die für den Patientenkontakt zertifiziert sind, sei es für schnelle Abdrücke, für permanente Implantate oder Produkte wie Hörgeräte oder orthopädische Schienen. Deshalb ist der Markt für biokompatibles Resin riesig groß und voll von Materialherstellern, die zumeist nichts anderes produzieren als diesen Resintyp.
Wenn Sie einen eigenen Resin-3D-Drucker besitzen, der speziell für Zahnärzte entwickelt wurde, wie der Spintray Pro S oder der Rapid Shape D20+, wird dieser mit einer Liste von kompatiblen Resins für den Dentalbereich geliefert. Aber oft ist es auch möglich, Resins von Drittanbietern einzusetzen. Sie benötigen jedoch keinen speziellen Resin-Drucker bzw. keine biokompatiblen Materialien.
Beachten Sie, dass sich die Vorschriften für Biokompatibilität weltweit – von den USA über Europa bis hin zu Asien und Indien – unterscheiden. Wenn Sie den 3D-Druck einsetzen möchten, um ein medizinisches Gerät herzustellen oder auf den Markt zu bringen, wie z.B. orthopädische Schienen oder ein medizinisches Modell, gehen Sie weiter unten auf unseren verlinkten Leitfaden zu biokompatiblen Materialien.
Metalle
Einer der Hauptvorteile beim Metall-3D-Druck liegt darin, dass man mit jedem Metall Teile mit internen Kanälen und anderen Besonderheiten herstellen kann, was anders so nicht möglich wäre. Sie können mehrteilige Baugruppen als eine Einheit drucken und damit die Herstellungskosten und die Montagezeit drastisch reduzieren, sodass das Teil insgesamt wirtschaftlicher produziert werden kann.
Auch fällt beim 3D-Druck mit Metall wenig Abfall an. Im Gegensatz zur CNC-Bearbeitung – hier handelt es sich um ein subtraktives Fertigungsverfahren. Wenn Sie mit teuren Rohstoffen arbeiten, ist jegliche Reduzierung von Materialabfall, ein enormes Plus. Dies ist besonders für die Luft- und Raumfahrtindustrie interessant, wo ständig versucht wird, die Buy-to-Fly-Ratio zu verbessern, dem Verhältnis von eingesetztem Material zu Endgewicht des im Flugzeug verbauten Teils.
Metallguss oder Metallbearbeitung gehen oft mit höheren Herstellungskosten einher und es werden bei der Produktion mehr Energiekosten verbraucht. Zudem kommen noch zusätzliche Kosten für die Anschaffung von Werkzeugen und Formen hinzu. Im Vergleich zu additiven Fertigungsverfahren kann Aluminium eingesetzt werden, mit dem hochkomplexe geometrische Formen hergestellt werden können, was mit allen anderen Fertigungsverfahren nicht möglich wäre.
Weiter unten führen wir die wichtigsten Metalle für den 3D-Druck auf. Im Prinzip ist aber buchstäblich jedes Metall dafür geeignet. So hat beispielsweise der schwedische Schmuckhersteller Arlid Links mit dem 3D-Drucker-Hersteller Digital Metal ein Druckverfahren entwickelt, bei dem Schmuck aus einem Metall namens Humanium hergestellt wird, das aus recyceltem Metallpulver besteht, das aus illegalen Waffen stammt.
Stahl & Edelstahl
Stahl ist sehr beständig gegen Korrosion und Hitze. Außerdem handelt es sich um ein leichtes und kostengünstiges Metall, was es zum perfekten Material für den 3D-Druck macht. Heutzutage wird 3D-gedruckter Edelstahl für eine große Vielzahl von Industrieteilen, wie z.B. Flügelräder, verwendet, und auch im Design, in der Architektur und im künstlerischen Bereich kommt er zum Einsatz. Warum? Weil er oft schneller, billiger und effizienter verarbeitet werden kann als mit herkömmlichen Fertigungsverfahren.
Sie können Stahl und Edelstahl für nahezu jedes 3D-Druck-Verfahren einsetzen: von günstigen Filamenten für Desktop-FDM-Drucker bis hin zu Pulvern für Drucker mit Binder-Jetting-Technologie und Laser-Pulverbettfusions-Verfahren – und sogar Resins sind möglich.
Häufig eingesetzte Stähle für den 3D-Druck
- Edelstähle (316L, 304L , 17-4 PH, 15-5PH, 420, 254, PH1, GP1, 630, 410)
- Werkzeugstähle (D2, M2, H13, H11, MS1, 1.2709)
- Niedrig legierte Stähle (4140)
- Einsatzstahl (20MnCr5)
Es gibt eine so große Palette an Stahlmaterialien, die 3D-gedruckt werden können, dass wir einen kompletten Leitfaden für Stahl zusammengestellt haben. Den Link dazu finden Sie weiter unten.
Titan
Bei Titan, das hart wie Stahl ist, aber nur halb so schwer, handelt es sich um ein Metall, das sehr komplex in der Verarbeitung ist – doch es ist quasi wie für den 3D-Druck gemacht.
In der letzten Zeit wurde Titan zum am meisten eingesetzten Metall in der additiven Fertigung. So wird es in der Luft- und Raumfahrt, bei künstlichen Gelenken und chirurgischen Instrumenten, Rennwagen und Fahrradrahmen, Elektronik und anderen Hochleistungsprodukten breit eingesetzt.
Titan und Titan-basierte Legierungen bieten eine hohe mechanische Festigkeit, ein gutes Verhältnis von Gewicht zu Festigkeit sowie eine bessere Korrosionsbeständigkeit als Edelstahl. Es reduziert das Gewicht von Raketen und Flugzeugen, was zu Kraftstoffeinsparungen führt und die Ladekapazität erhöht. In der Luft- und Raumfahrt werden zurzeit eine Reihe von Titan-basierten Teilen im kommerziellen und militärischen Bereich eingesetzt, die von der US-amerikanischen FAA (Abk. für: Federal Aviation Administration; deutsche Übersetzung: Föderale Luftfahrtverwaltung) genehmigt wurden. 3D-gedrucktes Titan wird für seine niedrige Buy-to-Fly-Ratio geschätzt.
In der Medizin wurden bereits erfolgreich 3D-gedruckte Titan-Implantate für Anwendungen im Bereich Wirbelsäule, Hüfte, Knie und Extremitäten eingesetzt. Es wird sich hier der inhärenten Biokompatibilität des Metalls und seiner guten mechanischen Eigenschaften zunutze gemacht. Und da ein 3D-Drucker zudem in der Lage ist, poröse Strukturen herzustellen, wird so eine Knochenintegration und individuelle Massenproduktion möglich, um ein besseres Patientenergebnis erzielen zu können.
Es gibt eine so große Palette an Titanmaterialien, die 3D-gedruckt werden können, dass wir einen kompletten Leitfaden für Titan zusammengestellt haben. Den Link dazu finden Sie weiter unten.
Aluminium
Die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie und andere industrielle Branchen setzen Aluminiumteile wegen des geringen Gewichts und der chemischen Beständigkeit ein – und die Designfreiheit und Kosteneffizienz des 3D-Drucks macht den Einsatz von Aluminium noch attraktiver. Aluminium und Aluminiumlegierungen sind beim 3D-Druck im Kommen, da das Material kostengünstig und einfach 3D-gedruckt werden kann.
Wie die meisten anderen Metalle auch ist Aluminium als Filament, Pulver oder Draht erhältlich und kann für verschiedene 3D-Druck-Verfahren eingesetzt werden.
Aluminiumlegierungen zeichnen sich durch eine gute chemische Beständigkeit aus, sie sind sehr leicht und ihr Verhältnis von Gewicht zu Festigkeit ist eines der besten im Vergleich zu allen anderen Metallen. In Kombination mit Silikon und Magnesium wird es vielfach in der Luft- und Raumfahrt und der Automobilindustrie aufgrund seiner Beständigkeit gegen widrige Bedingungen eingesetzt.
Zurzeit bieten beim FDM-Druck nur zwei Unternehmen ein Aluminium-Metall-Filament (The Virtual Foundry und Zetamix) an. Damit ein Metallanteil von mehr als 90 % erreicht werden kann, ist eine Nachbearbeitung erforderlich. Das Filament wird in den allermeisten Fällen für Metallteile im Prototypenbau und weniger für funktionelle Teile eingesetzt.
Es gibt eine so große Palette an Aluminiummaterialien, die 3D-gedruckt werden können, dass wir einen kompletten Leitfaden für Aluminium zusammengestellt haben. Den Link dazu finden Sie weiter unten.
Kupfer
Das 3D-Drucken mit reinem Kupfer oder Kupferlegierungen für den Einsatz im Weltraum ist mit sehr vielen Metall-3D-Druckern und -Dienstleistern möglich. Sie können mithilfe eines FDM-3D-Druckers ganz schnell Kupfer-Prototypen mit Kupfer-Filament herstellen und mithilfe eines Laser-Pulverbettfusion-3D-Druckers große kupferne Raketentriebwerke mit Kupferlegierungen. Es werden auch Kupferdraht und Kupfer-Resin angeboten, die für den Mikro-3D-Druck eingesetzt werden.
Tatsächlich spielt Kupfer eine wichtige Rolle bei den globalen Nachhaltigkeitszielen, da es einen wichtigen Bestandteil bei Elektromotoren, bei der Ladeinfrastruktur, Solarenergie und bei Batterien bildet. Ein chilenisches Unternehmen namens Copper3D stellt ein mit Kupfer angereichertes Filament her, mit dem keine Metallteile produziert werden, sondern Teile, die über die antibakteriellen und antimikrobiellen Eigenschaften von Kupfer verfügen.
Es gibt eine so große Palette an Kupfermaterialien, die 3D-gedruckt werden können, dass wir einen kompletten Leitfaden für Kupfer zusammengestellt haben. Den Link dazu finden Sie weiter unten.
Edelmetalle
Gold, Silber, Platin und Bronze sind 3D-druckbare Metalle, die in Pulverform erhältlich sind und die mit Laser-Pulverbettfusion-3D-Druckern verarbeitet werden können, was allerdings noch nicht so weit verbreitet ist. Obgleich der Materialabfall beim Metall-3D-Druck sehr gering ausfällt, so ist doch eine Pulverbett-Schicht mit Gold sehr kostspielig, weshalb sich der Einsatz von Goldpulver auf dem Schmuckmarkt noch nicht weitläufig durchgesetzt hat.
Der 3D-Druck von Silber ist ein bisschen häufiger zu finden. Mit ihm können Schmuckhersteller individualisierte Stücke anbieten, ohne dass zuvor eine Gussform hergestellt werden muss.
Wenn vom 3D-Druck im Schmuckbereich die Rede ist, meint man in der Regel den 3D-Druck von Wachsmodellen, die als Form für ein Schmuckstück dienen, und nicht den 3D-Druck des eigentlichen Schmuckstücks.
Lebensmittel
Es können im Prinzip alle diejenigen Lebensmittel 3D-gedruckt werden, die extrudierbar sind, da die Herstellung mit dem Einsatz eines Spritzbeutels vergleichbar ist. Lebensmittel-3D-Drucker extrudieren Materialien wie Püree, Schaum oder andere dickflüssige Esswaren wie Schokoladenglasur.Denken Sie nur an all die Teig-, Mus-, Käse- und Glasurkombinationen – oder gar die verschiedenen Mischungen von rohem Fleisch.
Lebensmittel-3D-Drucker können individualisierte dreidimensionale Designs schneller und genauer produzieren als menschliche Hände. Außerdem ist es mit ihnen möglich, außergewöhnlich gestaltete Esswaren nach Kundenvorstellung herzustellen, sodass Restaurants ihren eigenen exklusiven Stempel aufdrücken können.
Die Druckgeschwindigkeit, -temperatur und die Größe der Extruderdüse bestimmen, welches Material gedruckt werden kann. Bei manchen 3D-Druckern ist es sogar erforderlich, proprietäres Material zu kaufen.
3D-gedrucktes Fleisch und Fleischersatz ist ein wachsender Markt. Die entsprechenden Drucker sind jedoch nicht im Handel erhältlich. 3D-gedrucktes Laborfleisch ist vergleichbar mit Bio-Druck – werfen Sie also einen Blick auf die unten aufgeführte Liste mit Biomaterialien.
Silikon
Die meisten Dichtungen, Verbindungen, tragbaren Elektronikgeräte, Robotergreifsysteme u.ä. aus Silikon werden heutzutage im Spritzguss- oder Pressverfahren hergestellt. Bei diesem Verfahren wird ein Modell benötigt, von dem eine Form hergestellt wird, in das anschließend Silikon gespritzt wird.
Beim Silikon-3D-Druck werden die Schritte mit dem Modell und der Form gänzlich ausgelassen und es wird nur das fertige Teil gedruckt. Damit spart man natürlich enorm viel Geld und Zeit, denn es ist laut dem 3D-Drucker-Hersteller 3D Systems bis zu 90 % schneller als das Spritzgussverfahren.
Doch der Silikon-3D-Druck bringt Herausforderungen mit sich. Ganz anders als bei festen Polymerfilamenten wie z.B. PLA oder TPU, die sich bei Hitze verformen lassen und wieder fest werden, sobald sie abgekühlt sind, bleiben Silikone, wenn sie einmal in einem festen Zustand sind, fest und lassen sich danach nicht mehr wieder verformen. Silikone verhalten sich auch anders als Photopolymer-Resins, denn sie sind hochgradig UV-beständig und können in ihrem Ausgangszustand nicht gehärtet werden. Silikone müssen mit einem Zusatzstoff angereichert werden, damit sie auf Licht oder Hitze reagieren können – zwei Bedingungen, die im 3D-Druck erfüllt sein müssen, um eine Polymerisationsreaktion im Material auslösen zu können (d.h. um das Material fest zu machen).
Diese Materialbesonderheiten führen dazu, dass für die Verarbeitung von Silikon spezielle 3D-Drucker erforderlich sind. Es werden jedoch heutzutage auch eine Vielzahl von Silikon-basierten Materialien (die nicht aus 100 % Silikon bestehen) angeboten, die mit vielen marktüblichen Resin-3D-Druckern funktionieren. Wenn Silikone mit Resin-3D-Druckern, wie z.B. von Herstellern wie Carbon oder B9 Creations, eingesetzt werden, wird das Silikonmaterial mit anderen Polymer-Resins vermischt. Dabei verlieren die Silikone ein paar ihrer typischen Eingenschaften, können aber trotzdem perfekt für eine große Bandbreite von Anwendungen genutzt werden.
Es gibt so viele Informationen über Silikon und eine so große Palette an Silikon-ähnlichen Materialien, dass wir einen kompletten Leitfaden für Silikon zusammengestellt haben. Den Link dazu finden Sie weiter unten.
Technische Keramiken
Obgleich es unzählige Metalle und Kunststoffe gibt, die 3D-gedruckt werden können, verfügen Keramikmaterialien über einzigartige Eigenschaften, die in der Hightechproduktion von größtem Nutzen sind – von der Halbleiterherstellung über Knochenimplantate bis hin zu Raketenmotoren und Schneidewerkzeugen.
Anders als das Keramikmaterial, das beim Töpfern eingesetzt wird, haben technische Keramiken (sie werden auch Industrie- oder Ingenieurkeramiken genannt) rein gar nichts mit Tonerde zu tun. Sie sind mit unterschiedlichsten Eigenschaften erhältlich: hart, wie das härteste Metall, so hitzebeständig, dass sie auch Weltraum eingesetzt werden können, porös, dass sie Zellwachstum in menschlichen Implantaten ermöglichen, verschleißfest für anspruchsvolle Anwendungen in der Öl- und Gasindustrie, komplett transparent wie Glas, aber härter und fester, und elektrisch isolierend.
- Extrem hohe Hitzebeständigkeit
- Verschleiß- und abriebbeständig
- Niedrige thermische Expansion
- Chemisch inert (keine Korrosion)
- Elektrisch isolierend
- Gute Formbeständigkeit
- Bioinert und teilweise bioresorbierbar
Technische Keramikmaterialien werden in Pulvern, viskosen Aufschlämmungen und Resins und in Form von Filamenten angeboten. Sie gehören definitiv zu den teureren 3D-Druck-Materialien, aber ihre besonderen Eigenschaften sind unschlagbar. Trotz der derzeitigen Preise könnten bald preisgünstigere technische Keramiken auf den Markt kommen, da neue keramische Resins und Filamente das Angebot für diesen einzigartigen Materialtyp erweitern.
Häufig eingesetzte technische Keramikwerkstoffe für den 3D-Druck
- Aluminiumoxid
- Mit Zirkonoxid gehärtetes Aluminiumoxid
- Zirkonia
- Tricalciumphosphat
- Blei-Zirkonat-Titanat
- Wolframcarbid-Cobalt
- Hydroxylapatit
- Siliziumnitride
Es gibt so viele Informationen über technische Keramiken, dass wir einen kompletten Leitfaden für Keramik zusammengestellt haben. Den Link dazu finden Sie weiter unten.
Keramik & Ton
Die meisten Tonmaterialien, die heutzutage beim Töpfern eingesetzt werden, können von vielen Keramik-3D-Druckern verarbeitet werden. Diese Maschinen extrudieren den Ton auf die gleiche Art und Weise, wie ein FDM-Drucker Kunststoff extrudiert. Dafür werden keine speziellen oder proprietären Materialien benötigt. Es gibt Desktop-Keramik-3D-Drucker als auch Keramik-3D-Drucker mit langen Roboterarmen. Bei beiden wird vorgeschrieben, welche Materialtypen bzw. welche Materialkonsistenz fürs Extrudieren geeignet sind.
Beton & Baumaterialien
Beton-3D-Druck-Technologie wird heutzutage für Wohnhäuser, architektonische Elemente und Bauprojekte eingesetzt – von Luftschächten bis hin zu Mauern. Anhänger dieser Technologie sind der Auffassung, dass sie das Potenzial hat, die gesamte Bauindustrie auf den Kopf zu stellen, wenn erst ein paar Hürden genommen werden.
In den meisten Fällen ist der 3D-druckbare Beton tatsächlich eine Zement-basierte Mischung aus verschiedenen Materialien, darunter Weichmacher, die für schnelleres Trocknen das Wasser aus dem Mix ziehen, sowie Faserstoffe für erhöhte Festigkeit.Diese Materialien ähneln eher Mörtel. Die Mischungen bieten eine vergleichbare Funktionalität wie Beton, können aber besser gedruckt werden und teilweise besitzen sie auch bessere physikalische Eigenschaften. Die Zusammensetzung variiert je nach Einsatzzweck, z.B. für den Druck von Hauswänden oder für dekorative architektonische Elemente.
Die meisten Hersteller stellen proprietäre Materialmischungen her, die für ihre eigenen 3D-Drucker optimiert werden (oder für die ihrer unmittelbaren Partner). Zu den propretären Materialmischungen gehören Lavacrete von Icon und CyBe Mortar von CyBe.
Im Moment sind diese Mörtel üblicherweise noch teurer als Standard-Bauzement, aber das könnte sich bald ändern. Das mexikanische Zement-Unternehmen Cemex und die German University of Technology in Oman haben in Zusammenarbeit mit dem Druckerhersteller COBOD kürzlich ein Testgebäude 3D-gedruckt und dabei Standardbeton eingesetzt.
Es gibt eine so große Palette an Baumaterialien, die 3D-gedruckt werden können, dass wir einen kompletten Leitfaden dafür zusammengestellt haben. Den Link dazu finden Sie weiter unten.
Biomaterialien
Obwohl man noch weit davon entfernt ist, mit 3D-Druckern funktionierende menschliche Organe herzustellen, gibt es praktische Anwendungen für den 3D-Druck mit lebenden Zellen und anderen Biomaterialien. Biodruck ist ein 3D-Druck-Typ, mit dem man potenziell alles drucken kann – von Knochengewebe und Blutgefäßen bis hin zu lebendem Gewebe für verschiedenste medizinische Anwendungen, darunter auch Tissue Engineering sowie Arzneimitteltests und -entwicklung.
Die heutigen Biodrucker setzen ein Material ein, das als Biotinte bezeichnet wird, um (künstlich entwickeltes) lebendes Gewebe mithilfe von 3D-Druck-Technologie herzustellen. Das Material kann ausschließlich aus Zellen bestehen, aber in den meisten Fällen wird noch ein zusätzliches Trägermaterial eingesetzt, das sich wie eine Hülle um die Zellen legt. Dieses Trägermaterial ist üblicherweise ein Biopolymer-Gel, das als molekulares 3D-Gerüst dient. Die Zellen heften sich an dieses Gel und können sich so ausbreiten, wachsen und sich vermehren.
Ganz wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass das Gel auch als Schutz für die Zellen während des Druckvorgangs fungieren kann. Das Gel ist von so großer Bedeutung, dass der Begriff „Biotinte“ oft gemeinhin benutzt wird, um nur das Trägermaterial zu bezeichnen, unabhängig von den Zellen, die möglicherweise darauf wachsen.
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