Kunststoffe für den 3D-Druck: Welche Arten von Kunststoffen werden im 3D-Druck verwendet?

3D Druckmaterialien Sie bieten Designern die Flexibilität, digitale Modelle in funktionale Bauteile umzusetzen. Sie finden Anwendung in Bereichen von medizinischen Implantaten bis hin zu Automobilkomponenten, wo unterschiedliche Materialien zur Erfüllung spezifischer Leistungsanforderungen ausgewählt werden.

Wenn es um die benutzerdefinierter 3D-Druck, Kreativität, Genauigkeit und Präzision im Arbeitsablauf sind von größter Bedeutung. Kunststoffdesigns, die mit dieser Methode erstellt werden, steigern die Attraktivität und Kosteneffizienz des Verfahrens. Die Wahl des 3D-Druckmaterials mag Ihnen zunächst schwierig erscheinen, aber keine Sorge: Dieser Artikel hilft Ihnen, das optimale Material für Ihre individuellen Bedürfnisse zu finden. Kunststoffe sind für ihre besonderen Eigenschaften bekannt und ihre Anwendungen reichen von der Automobilindustrie bis zur Luft- und Raumfahrt. Sie haben verschiedene Möglichkeiten, auch nachhaltig PLA, ABS und PETG Kunststoffe.

3D-Drucker produzieren oft Teile, die aufgrund des minderwertigen Kunststoffmaterials zerbrechlich und bruchanfällig sein können. Durch die Wahl geeigneter Kunststoffe können 3D-Drucker jedoch haltbarere, qualitativ hochwertigere und belastbarere 3D-Drucke für eine Vielzahl von Anwendungen herstellen.

Ziel dieses Artikels ist es, wesentliche Details zu den geeigneten Kunststofftypen bereitzustellen 3D Druckund kompatible Technologien. Darüber hinaus werden wir die damit verbundenen Herausforderungen untersuchen 3D-Druck von Kunststoffmaterialien mit ihren jeweiligen Lösungen.

Arten von 3D-Druck-Kunststoffen

Zunächst ist es wichtig, den Unterschied zwischen Pellets und Filamenten zu verstehen, bevor Sie den geeigneten Kunststoffrohstoff für den 3D-Druck auswählen.

Zwei gängige Formen von Kunststoffrohstoffen, die im 3D-Druck verwendet werden, sind: Pellets und Filamente. 

1- 3D-Druckpellets

Pellets sind kleine, körnige Stücke wie Kunststoffharz. Sie werden typischerweise in großen Mengen hergestellt und sind die Rohstoffe, die bei der Herstellung von Kunststoffprodukten durch verschiedene Prozesse verwendet werden, darunter Kompression, Spritzgießenund Extrusion.

Pellets für den 3D-Druck

• Im Zusammenhang mit dem 3D-Druck (additive Fertigung) werden Pellets in bestimmten Arten von 3D-Druckern verwendet, die als Pellet-Extrusions- oder Granulat-Extrusionsdrucker bezeichnet werden. Diese Drucker schmelzen die Pellets in einen geschmolzenen Zustand und extrudieren sie durch eine Düse, um Schicht für Schicht das gewünschte Objekt zu erzeugen. 
• Der pelletbasierte 3D-Druck ist weniger verbreitet als der filamentbasierte Druck, bietet jedoch Vorteile wie die Möglichkeit, eine größere Auswahl an Materialien zu verwenden und möglicherweise niedrigere Materialkosten.

2- 3D-Druckfilamente

Aufgrund ihrer einfachen Handhabung und Kompatibilität mit FDM-Druckern (Fused Deposition Modeling) werden Filamente häufiger in Desktop-3D-Druckern verwendet.

3D-Druck von Kunststofffilamenten

• Filamente sind lange, dünne Stränge aus Kunststoffmaterial, die auf eine Spule gewickelt sind. Sie werden speziell für den Einsatz in filamentbasierten 3D-Druckern hergestellt.
• Filamente gibt es in verschiedenen Arten von thermoplastischen Materialien wie PLA, ABS, PETG und TPU, die jeweils ihre exklusiven Eigenschaften bieten. Sie werden durch eine beheizte Düse in den 3D-Drucker eingespeist, wo sie geschmolzen und in der Bauplattform extrudiert werden, um Schicht für Schicht das gedruckte Objekt zu erzeugen.
• Der Filament-basierte 3D-Druck ist aufgrund seiner Benutzerfreundlichkeit, der breiten Materialverfügbarkeit und der Kompatibilität mit einer Reihe von Desktop-3D-Druckern beliebt.

Beliebte 3D-Druck-Kunststoffmaterialien

Zahlreiche Polymertypen weisen eine Vielzahl nützlicher und gewünschter Eigenschaften auf. Dies macht es etwas schwierig, den Typ auszuwählen, der Ihren Anforderungen am besten entspricht. Daher werden wir uns verschiedene Arten von Kunststoffen ansehen, die für den 3D-Druck zur Verfügung stehen, und ihre jeweilige Eignung für bestimmte Anwendungen diskutieren.

1. Polymilchsäure (PLA) im 3D-Druck

PLA ist ein technisches thermoplastisches Polymer und aufgrund seiner Erschwinglichkeit und ungewöhnlichen Funktionalität die bevorzugte Wahl unter Produktdesignern für den 3D-Druck. PLA-Kunststoffe erfordern relativ niedrigere Temperaturen als andere Kunststoffe. PLA druckt im Temperaturbereich zwischen 180 ° C ° C bis 220. 

Darüber hinaus bietet es eine gute Festigkeit und Zähigkeit, die durch Glühprozesse weiter verstärkt werden kann. Profis bevorzugen PLA wegen seiner Gemeinsamkeit, Benutzerfreundlichkeit und Erschwinglichkeit. Viele Experten suchen jedoch häufig nach vielseitigeren, robusteren und langlebigeren Materialien. 

2. Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) im 3D-Druck

Dann kommt ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol). ABS ist aufgrund seiner Flexibilität und außergewöhnlichen Schlagfestigkeit das funktionalste Polymer im 3D-Druck. Es findet breite Anwendung in der Herstellung von Alltagsgegenständen, von Legosteinen bis hin zu Autoteilen. Darüber hinaus bietet es ein gutes Gleichgewicht zwischen Zähigkeit und Steifigkeit. Es ist die bevorzugte Wahl für Teile, die einer hohen Belastung ausgesetzt waren. 

Die Betriebstemperaturen von ABS liegen typischerweise im Bereich von 210 °C bis 250 °C, zusammen mit einem beheizten Bett im Bereich von 80 °C bis 110 °C. ABS hat schnelle Schmelz- und Fließeigenschaften, was zu einem schnelleren Drucken führt. Deshalb ist es ein allgegenwärtiges Material, das beim Spritzgießen verwendet wird. 

ABS kann jedoch anfällig für Verformungen sein. Außerdem werden beim Drucken schädliche Gase freigesetzt. Daher ist ein geschlossener Drucker eine geeignetere Option für ABS. Wenn Sie sich also für ABS entscheiden, stellen Sie sicher, dass Sie ausreichend Zugang zu einer geschlossenen Umgebung haben. 

3. PETG (Polyethylenterephthalat-Glykol) im 3D-Druck

PETG ähnelt PET (Polyethylenterephthalat), unterscheidet sich jedoch durch die Zugabe von Glykol. Es wird häufig in durchscheinenden Kunststoffflaschen verwendet. Es bietet eine ähnliche Kombination aus Festigkeit und Flexibilität wie PET. ABS und PLADie Betriebstemperaturen sind höher und liegen typischerweise im Bereich von 225 °C bis 260 °C, wobei das Heizbett zwischen 60 °C und 70 °C schwankt. 

PETG weist eine Beständigkeit gegen Verziehen und Adhäsion auf. Außerdem nimmt dieser 3D-Drucker-Kunststoff Feuchtigkeit aus der Luft auf. Um eine längere Haltbarkeit zu gewährleisten, lagern Sie PETG daher aufgrund seiner hygroskopischen Natur in einer trockenen Umgebung. 

PETG bietet eine höhere Festigkeit und Haltbarkeit als PLA. Darüber hinaus ist es beständig gegen höhere Außentemperaturen, ohne dass die Gefahr einer Verklebung oder Verformung des Bettes besteht.

4. Nylon oder Polyamid im 3D-Druck

Kunststoffbälle oder Polyamid bietet außergewöhnliche Festigkeit, Flexibilität und Haltbarkeit. Es ist jedoch feuchtigkeitsempfindlich und muss daher in einer trockenen Umgebung gelagert werden, um eine Zersetzung zu verhindern. Das 3D-Drucker aus Kunststoff erfordert eine sehr hohe Temperatur im Bereich von 240 °C bis 260 °C und eine Betttemperatur von 70 °C bis 100 °C. 

3D-gedruckte Nylonteile können schrumpfen und sich verziehen. Daher benötigen Sie geschlossene Drucker, um die besten Ergebnisse beim Nylon-3D-Druck zu erzielen. Darüber hinaus verfügt Nylon über eine hohe Zugfestigkeit und Haltbarkeit, was es zu einer perfekten Option für Anwendungen in Werkzeugen und funktionalen mechanischen Teilen macht.

5. PC (Polycarbonat) im 3D-Druck

PC oder Polycarbonat ist für seine Transparenz und Haltbarkeit bekannt, was es zur idealen Wahl für die Herstellung von Bildschirmen und sogar kugelsicheren Gläsern macht. 

Polycarbonat (PC) erfordert eine besonders hohe Temperatur, die zwischen 270 °C und 310 °C liegt. Daher ist es aufgrund seines minimalen Wärmebedarfs möglicherweise nicht mit Standarddruckern kompatibel. Wie andere besprochene Materialien ist Polycarbonat hygroskopisch und muss in einer trockenen Umgebung gelagert werden, um eine Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern.

6. PE (Polyethylen) im 3D-Druck

Polyethylen bietet neben anderen Kunststoffen Vielseitigkeit und außergewöhnliche Haltbarkeit bei hoher chemischer Beständigkeit. PE gilt als das am einfachsten zu verarbeitende Polymer. Darüber hinaus bietet es drei Klassen; Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) und lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE).

PE zeichnet sich durch herausragende Eigenschaften wie Feuchtigkeits-, Chemikalien- und Schlagfestigkeit aus. Unter seinen Typen wird HDPE aufgrund seiner starren Beschaffenheit am häufigsten in 3D-Druckanwendungen verwendet, während LDPE flexibler und belastbarer ist. Es produziert starke und zuverlässige Druckteile. 

PE hat einen niedrigen Schmelzpunkt und neigt zum Verziehen. Durch die Verwendung geschlossener Drucker mit beheizten Betten kann ein Verziehen vermieden werden. Je nach Typ weist PE einen typischen Drucktemperaturbereich von 115 °C bis 260 °C auf, zusammen mit einer Betttemperatur von 50 °C bis 100 °C. Dieser 3D-Drucker-Kunststoff wird in einer Vielzahl von Anwendungen für Verpackungsmaterialien wie Plastikflaschen und sogar medizinische Implantate und Prothesen verwendet. 

7. PP (Polypropylen) im 3D-Druck

PP ist ein vielseitiger Thermoplast, ähnlich wie PE. Die Flexibilität, Zähigkeit und chemische Beständigkeit von Polypropylen machen es zu einer idealen Option. Im Vergleich zu anderen Kunststoffen für 3D-Drucker weist es eine relativ geringe Dichte auf, was zu leichten gedruckten Teilen führt. 

PP hat einen hohen Drucktemperaturbereich von 220 °C bis 270 °C und eine Druckbetttemperatur von bis zu 100 °C. Im Allgemeinen werden funktionale Prototypen, Lagerbehälter und Automobilteile hergestellt. 

Kompatible Technologien mit Kunststoff-3D-Druck

Drei faszinierende Technologien lassen sich optimal in 3D-Druckverfahren für Kunststoffe integrieren, z.

1. Fused Deposition Modeling (FDM)

Fused Deposition Modeling (FDM) oder Fused Filament Fabrication (FFF) sind die am weitesten verbreiteten 3D-Drucktechnologien für Kunststoffe. Bei FDM wird thermoplastisches Filament geschmolzen und durch eine beheizte Düse extrudiert. Die Düse bewegt sich entlang einer vorgegebenen Bahn und trägt das geschmolzene Material Schicht für Schicht auf einer Bauplattform ab. Während jede Schicht aufgetragen wird, verfestigt sie sich und verbindet sich mit der vorherigen Schicht, um das gewünschte Objekt zu bilden.

FDM 3D-Druck

FDM ist für seine Einfachheit, Vielseitigkeit und Erschwinglichkeit bekannt. Aufgrund seiner Fähigkeit, funktionale Prototypen, kundenspezifische Teile und Endprodukte schnell und kostengünstig herzustellen, wird es in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, dem Gesundheitswesen und den Konsumgütern häufig eingesetzt. Zusätzlich, FDM bietet der Industrie vielseitige Anwendungen für Rapid-Prototyping-, Werkzeuge, Vorrichtungen und Vorrichtungen sowie die Produktion von Endverbrauchsteilen. 

Darüber hinaus findet es Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt (für Leichtbaukomponenten), im Automobilbereich (für kundenspezifische Teile und Werkzeuge), im Gesundheitswesen (für medizinische Geräte und Prothesen) und bei Konsumgütern für kundenspezifische Produkte und Kleinserienfertigung.

2. Stereolithographie (SLA)

Stereolithographie (Bei SLA wird ein Behälter mit flüssigem Photopolymerharz verwendet, das durch UV-Licht ausgehärtet wird, um Objekte Schicht für Schicht zu erstellen. Eine Bauplattform wird in den Harztank abgesenkt und ein UV-Laser verfestigt das Harz selektiv entsprechend dem Design, was zu hochauflösenden Teilen mit glatter Oberfläche führt Oberflächenveredelung.

SLA 3D-Polymerdruck

SLA ist für seine hohe Auflösung, glatte Oberflächenbeschaffenheit und Genauigkeit bekannt und eignet sich daher ideal für die Herstellung detaillierter Prototypen, komplizierter Teile und Feingussmuster. Es wird häufig in Branchen wie der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Medizin- und Unterhaltungselektronik zur Konzeptmodellierung, Funktionsprüfung und Urmodellen für Formen und Guss eingesetzt.

Lesen Sie mehr: SLA vs. FDM: Welche 3D-Methode bietet die beste Lösung für Sie?

3. Selektives Lasersintern (SLS)

SLS funktioniert durch selektives Sintern von Pulver Thermoplaste mit einem Hochleistungslaser. Eine dünne Pulverschicht wird auf einer Bauplattform verteilt und der Laser verschmilzt die Partikel zu einer festen Schicht, die der Form des zu druckenden Objekts entspricht. Der Vorgang wiederholt sich, wobei jede Pulverschicht verteilt und gesintert wird, bis das Objekt fertig ist.

SLS 3D-Kunststoffdruck

SLS ist bekannt für seine Fähigkeit, Teile mit hoher Festigkeit, Haltbarkeit und komplexen Geometrien herzustellen, ohne dass Stützstrukturen erforderlich sind. Darüber hinaus gilt SLS als hervorragende Lösung für das Rapid Prototyping funktioneller Polymere, da es eine außergewöhnliche Genauigkeit bietet. 

Klicke hier zum herunterladen: Die besten PLA-Materialien für den 3D-Druck 

Welche Herausforderungen sind mit dem 3D-Druck von Kunststoffmaterialien verbunden?

3D-Druck aus Kunststoff 

Der 3D-Druck bringt für Produktdesigner oft eine Reihe von Herausforderungen mit sich. Lassen Sie uns die Komplikationen aufschlüsseln, mit denen Designer während des 3D-Druckprozesses konfrontiert sind, und praktische Lösungen zu deren Überwindung bereitstellen. 

Tabelle: Herausforderungen im Zusammenhang mit dem 3D-Druck von Kunststoffen und ihre jeweiligen Lösungen.

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Summieren

Kunststoff 3D-Druck ist zu einem häufig kostengünstigen und kreativen Ansatz für die Gestaltung anspruchsvoller Geometrien geworden. Es bietet Vielseitigkeit bei der Materialauswahl für die Erstellung funktionaler Prototypen für Endbenutzerprodukte. 

Ihnen steht eine große Auswahl an Kunststoffen mit ihren einzigartigen Eigenschaften zur Verfügung. Allerdings kann es schwierig werden, das richtige Material auszuwählen. Durch diesen Artikel erhalten Sie jedoch wertvolle Einblicke und Erkenntnisse darüber, welcher Prozess für Ihre Anforderungen geeignet ist.

Unabhängig davon, ob es sich um Fused Deposition Modeling (FDM), Stereolithographie (SLA) oder Selective Laser Sintering (SLS) 3D-Druck handelt, ist es entscheidend, zu verstehen, wie diese Prozesse mit verschiedenen Kunststoffen interagieren, um optimale Ergebnisse zu erzielen

Weiterlesen: Was ist Kunststoffverarbeitung? Wie funktioniert sie? Arten und Vorteile

Häufig gestellte Fragen

Was ist Kunststoff-3D-Druck?

Beim Kunststoff-3D-Druck, auch Additive Fertigung genannt, handelt es sich um einen Prozess zur Herstellung dreidimensionaler Objekte durch das Aufbringen aufeinanderfolgender Schichten aus Kunststoffmaterial, um die gewünschte Form aufzubauen.

In welchen Kunststoffen kann verwendet werden? generative Fertigungs?

Für die additive Fertigung (3D-Druck) können verschiedene Arten von Kunststoffen verwendet werden, z. B. Polymilchsäure (PLA), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyethylenterephthalat-Glykol (PETG), Nylon (Polyamid), Polycarbonat (PC), Polypropylen (PP). , Polyethylen (PE).

Kann ich überschüssige oder fehlerhafte Drucke aus 3D-Drucker-Kunststoffen wiederverwenden?

Ja, Sie können überschüssiges Plastik oder fehlerhafte Plastikdrucke verwenden. Dies erfordert jedoch einige zusätzliche Arbeiten. Zunächst müssen Sie den Kunststoff schmelzen, um ihn wieder für neue Drucke verwenden zu können. Dieser recycelte Kunststoff ist möglicherweise nicht so gut wie der Originalkunststoff. 

Wie kann ich beim 3D-Druck Probleme mit Verzug und Druckbetthaftung verhindern?

Durch die Verwendung eines beheizten Bettes und einer geschlossenen Druckumgebung können Sie Probleme durch Verziehen und Anhaften am Druckbett verhindern. 

Mit welchen Nachbearbeitungstechniken kann die Oberflächenbeschaffenheit von 3D-gedruckten Kunststoffteilen verbessert werden?

Nachbearbeitungstechniken wie Schleifen, Polieren, Lackieren und Glühen können die Oberflächenbeschaffenheit, die mechanischen Eigenschaften und die Ästhetik von 3D-gedruckten Kunststoffteilen verbessern.

Ressourcen

1- Swetham, T., Reddy, KMM, Huggi, A. & Kumar, MN (2017). Eine kritische Überprüfung der 3D-Druckmaterialien und Details der im FDM verwendeten Materialien. Abteilung für Maschinenbau, Vidya Jyothi Institute of Technology, Hyderabad, Indien. Abgerufen von https://www.academia.edu/33109418/A_Critical_Review_on_of_3D_Printing_Materials_and_Details_of_Materials_used_in_FDM 

2- Jandyal, A., Chaturvedi, I., Wazir, I., Raina, A. & Ul Haq, MI (2021). 3d Drucken - Ein Überblick über Prozesse, Materialien und Anwendungen in der Industrie 4.0. School of Mechanical Engineering, Shri Mata Vaishno Devi University, Katra, Jammu und Kashmir 182320, Indien. Von https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666412721000441.