Filament kaufen für 3D-Druck

ABS? PLA? PETG? 1.75mm? 3mm?.. Wer soll sich da noch auskennen? Beim Filament kaufen gibt es einige Dinge zu beachten, wenn man das richtige für seinen Drucker und den gewünschten Einsatzzweck ermitteln will. Wir wollen ihnen hier einen Leitfaden bieten, damit sie a) ein Filament auswählen, das Sie überhaupt mit ihrem 3D-Drucker verarbeiten können und b) damit Sie das richtige Material für den Druckjob wählen.

Physikalische Verarbeitbarkeit

Das allerwichtigste beim Filament kaufen ist, dass man das Filament mit dem eigenen Drucker überhaupt verarbeiten kann - denn sonst hat man nur eine Rolle völlig nutzloses Plastik, die man zurückschicken oder an jemanden weitergeben muss, der damit eher etwas anfangen kann.

Filament-Durchmesser ist wichtig

Das primär wichtige Kriterium ist dabei der Filament-Durchmesser: Wenn Sie einen Drucker für 2.85-mm-Filament (gerne auch als „3 mm“ vertrieben) haben, können Sie mit 1,75-mm-Filament nichts anfangen – und umgekehrt. Diese beiden Größen sind die mit Abstand gängigsten und decken nahezu 100% aller 3D-Drucker ab – wobei 1,75 mm den allergrößten Teil davon stellt.

Die Verarbeitungs-Temperaturen sind entscheidend

Das zweitwichtigste Kriterium sind die Temperaturen, die zum Verarbeiten des gewünschten Filaments notwendig sind. Dabei gibt es zwei Werte ihres Druckers, die relevant sind: Die maximale Hotend- und die maximale Heizbett-Temperatur. Nur bei teuren Hochleistungs-Kunststoffen wie PEEK oder PEI, die eine Klimakammer mit einer bestimmten Umgebungstemperatur erfordern, ist noch ein dritter Temperatur-Wert relevant. Diese Materialien haben allerdings einen derart hohen Schmelzpunkt (um die 400°C), dass sie generell nur in speziellen Druckern mit Hochtemperatur-Hotends, die explizit dafür entworfen wurden, druckbar sind – und solche Drucker haben eigentlich immer eine Klimakammer.

Heizbett-Temperatur

In Sachen Heizbett ist die primäre Frage, ob ihr Drucker überhaupt ein solches hat. Nicht wenige Drucker, sogar Drucker mit vierstelligem Preis, werden nämlich völlig ohne Heizbett ausgeliefert, und eignen sich infolgedessen auch nur zum Druck von Materialien, die ein solches nicht zwingend voraussetzen. Das heisst in der Regel PLA oder TPU – bzw. für Heizbett-losen Druck angepasste Spezialmischungen von PETG und ABS.

Die sekundäre Frage beim Heizbett ist, ob das in ihrem Drucker verbaute Heizbett die zum Druck des anvisierten Materials notwendige Temperatur auch erreicht. Reines Polycarbonat z.B., das je nach Hersteller gerne mal 150°C beim Heizbett benötigt, ist mit den meisten Druckern nicht zu drucken, da diese die Temperatur mit dem Heizbett gar nicht erreichen. Wenn ihr Hersteller keine Maximaltemperatur angibt, probieren Sie einfach aus, welche Maximaltemperatur ihr Heizbett erreicht – das kann jedoch je nach Drucker und Heizbett schon einige Minuten dauern. Nicht wenige Drucker, die mit Heizbett beworben werden, erreichen nämlich nicht einmal 100°C, und können damit einige Materialien gar nicht drucken.

Tipp: Nachträgliche thermische Isolierung des Heizbetts von unten, z.B. durch Baumwoll-Pads, Karton, Silikonmatten und/oder Alu-Klebeband beziehungsweise der Betrieb in einem abgeschlossenen Bauraum (entspricht einer Klimakammer) kann die maximal mögliche Heizbett-Temperatur erheblich steigern. Auch die Aufheiz-Geschwindigkeit kann dadurch beschleunigt werden. Bei manchen Druckern sollten Sie auch die Stromleitung zum Heizbett überprüfen (gibt es eine gute elektrische Verbindung zum Motherboard und genügend dicke Kabel?), damit die zum Heizen notwendigen erheblichen Ströme auch widerstands- und damit verlustlos geleitet werden können.

Hotend-Temperatur

Auch die Maximaltemperatur des Hotends spielt eine Rolle bei der Wahl des richtigen Filaments. Grundsätzlich gilt: Bei Druckern mit Teflon (PTFE)-Röhrchen im Hotend sind Materialien, die über 240°C zur Verarbeitung benötigen problematisch, denn ab dieser Temperatur wird üblicherweise Teflon weich und das Hotend kann infolgedessen Schaden nehmen, da das Teflon zusammen mit dem Filament extrudiert werden kann. Für Temperaturen jenseits der 240°C ist also ein Vollmetall-Hotend ohne Teflon zwingend nötig. Wie beim Heizbett gilt: Wenn ihr Hersteller die maximal mögliche Hotend-Temperatur nicht angibt, können Sie diese im Selbstversuch auch ermitteln – gehen Sie mit einem Teflon-Hotend allerdings nicht höher als 240°C, selbst wenn dies möglich ist – sofern nicht vom Hersteller explizit angegeben.

Bei normalen Druckern ist selbst mit Vollmetall-Hotend üblicherweise knapp unter 300°C Schluss. Denn Temperaturen jenseits davon, für teure Hochleistungs-Kunststoffe wie z.B. PEEK oder PEI, erfordern spezielle teure Heizelemente und Temperatursensoren – und eine Klimakammer.

Tipp: Auch beim Hotend kann die maximal mögliche Temperatur und die Aufheizgeschwindigkeit mittels thermischer Isolierung gesteigert werden. Z.B. mit einer „Silikon-Socke“ oder einem Baumwoll-Gewebe, das mit hitzestabilem Kapton-Band um den Alu-Block gewickelt wird. Bei Temperaturen um die 300°C sollten Sie allerdings sicher sein, dass es sich dabei um Material handelt, das diesen auch standhält!

Gewicht spielt eigentlich keine Rolle

Völlig unerheblich für die Verarbeitbarkeit ist hingegen das Gewicht: Falls sie nicht zufällig einen der wenigen 3D-Drucker haben, der auf proprietäre Filament-Cartridges setzt, können sie Filament-Rollen in beliebigen Gewichtsklassen einsetzen. Es gehen sogar lose Samples, wie sie von den Herstellern gerne zum Ausprobieren einer Bestellung beigelegt werden. Nur bei Riesen-Rollen sollten Sie etwas gesunden Menschenverstand walten lassen: Dass eine riesige 8kg-Rolle für einen winzigen M3D Micro (18,5 x 18,5 x 18,5 cm groß) arg überdimensioniert ist, sollte klar sein. Aber dennoch ist selbst das möglich: Falls ein mitgelieferter oder integrierter Filament-Halter zu klein ist, kann man die Filament-Rolle nämlich immer noch extern auf eine Stange (oder die allseits beliebten breitenverstellbaren Kugellager-Halterungen) stecken – oder sich einfach einen größeren Filament-Halter ausdrucken!

Das richtige Filament kaufen für den Druck-Job

Wenn Sie die obigen Kriterien beachtet haben, können Sie sicher sein, dass ihr Drucker das anvisierte Filament auch verarbeiten kann. Doch dann müssen Sie auch noch das richtige Filament für den geplanten Einsatz auswählen! Hierbei spielen – neben optischen Aspekten, die wir hier ausklammern wollen - die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der einzelnen Materialien eine Rolle. Wir geben im folgenden einen Abriss über diverse Attribute, die diesbezüglich eine Rolle spielen können und sagen, welche Materialien sich dafür jeweils besonders gut und besonders schlecht eignen.

Thermische Stabilität

Abgesehen von Hochleistungs-Kunststoffen wie PEEK oder PEI ist das temperaturstabilste Material, das man mit handelsüblichen 3D-Druckern drucken kann, reines Polycarbonat, das bis ca. 150-160 Grad stabil ist. Polycarbonat gibt es zur leichteren Verarbeitbarkeit auch als „Blend“, z.B. zusammen mit ABS. Dadurch sind geringere Temperaturen zum Druck erforderlich. Dies können zumeist auch noch die zahlreichen Drucker mit Teflon im Hotend verarbeiten. Die Temperaturstabilität sinkt dann jedoch ebenfalls etwas und liegt zwischen PC und ABS bei ca. 120°C.

Direkt danach kommt ABS und ASA, die je nach Mixtur von ca. 90-105 Grad temperaturstabil sind. PMMA ist ähnlich stabil, es wird ab ca. 100°C weich. Bei Nylon kommt es auf die genutzte Polyamid-Variante an: PA12 kann bis 145°C temperaturstabil sein, während PA6 mit 65°C nur knapp über PLA liegt. Darunter folgt PET bzw. PETG, das normalerweise ab ca. 70-90°C instabil wird, genau wie HIPS. Die temperatur-instabilsten Materialien sind auch die mit dem niedrigsten Schmelzpunkt: PLA, TPE und PVA, die normalerweise ab ca. 60 Grad weich werden. Aber auch hier gibt es „Blends“ und Spezial-Additive, welche die Temperaturstabilität anheben.

Relevant ist in Sachen thermische Stabilität primär die Wärmeformbeständigkeitstemperatur (Heat Distortion Temperature/HDT) bzw. Glasübergangstemperatur (Glass Transition Temperature). Ab dieser Temperatur kann ein Material bei physischer Krafteinwirkung seine Form verändern, d.h. ab da wird es weich (nicht flüssig!).

Elastizität

Flexibles Filament ist in der Regel TPE (mit all seinen Untergruppen: TPE-U, TPE-E, TPE-Z usw), auch „Flex-Filament“ genannt, z.B. das bekannte Ninjaflex. Was aber auch gerne vergessen wird ist, dass Nylon (Polyamid) durchaus auch biegsam und sogar dehnbar ist – und PVA, obwohl dessen Nutzungszweck im 3D-Druck eigentlich ausschließlich als wasserlösliches Stützmaterial ist. Auch Reinigungsfilament ist in der Regel elastisch – nur leider nicht zum 3D-Druck selbst geeignet.

PETG ist etwas biegsam und sogar dehnbar (denken Sie an PET-Flaschen), im Mittelfeld finden sich HIPS, ASA und ABS. Die unelastischsten Materialien sind karbonfaserverstärkte Filamente, PMMA (Acryl), Polycarbonat (Plexiglas) und PLA. Den Grad der Elastizität können Sie in Shore-Härte und Zugdehnung ablesen.

Härte

Härte ist das Antonym zu Elastizität, deshalb gilt hierbei weitgehend das Gegenteil des oben erwähnten.

UV-Stabilität/Wetterfestigkeit

Für den Außeneinsatz ist es wichtig, dass das Material bei Wind, Sonne, Regen und Frosttemperaturen weder die Farbe verliert noch brüchig oder spröde wird. Explizit dafür entwickelt wurde ASA, was als ABS für den Außeneinsatz gilt. Denn ABS wird unter UV-Licht längerfristig spröde und verliert seine Farbe. Aber auch PMMA und Polycarbonat sind farbstabil und haltbar im Freien. PLA versprödet im Freien eher nicht. Es ist aber aufgrund seines sehr niedrigen Schmelzpunkts wenig für den Außeneinsatz und direkte Sonneneinstrahlung geeignet – ebenso wie TPE.

PET(G) wird durch UV-Licht geschwächt, ist also nicht für den Dauer-Außeneinsatz geeignet. Sehr schlecht für den Außeneinsatz eignet sich ABS, das wie erwähnt spröde wird und die Farbe verliert. Nur HIPS ist noch schlechter geeignet, da sich der Kunststoff mit der Zeit unter UV-Licht zersetzt.

Tipp: Wenn sie kein ASA, PMMA oder Polycarbonat haben, hilft es, für Drucke im Außeneinsatz einfach vorrätiges schwarzes Material zu nutzen. Denn erstens kann dieses nicht seine Farbe verlieren und zweitens wird zur Schwärzung normalerweise Ruß verwendet. Das verhindert, dass das UV-Licht ins Druckobjekt eindringt und das Material längerfristig spröde macht. Bei schwarzem PLA ist jedoch zu beachten, dass dieses im Hochsommer in der prallen Sonne bei hoher Temperatur durchaus seine Formstabilität verlieren kann – eher als jede andere Farbe.

Lebensmittelechtheit

PETG bzw. PET, gerne für Plastikverpackungen genutzt, wird generell als lebensmittelecht bezeichnet, achten Sie allerdings auf die Hinweise diesbezüglich vom Hersteller. Dasselbe gilt für HIPS, was grundsätzlich antibakteriell ist. PMMA (auch als Acryl bekannt) ist ebenfalls für den Lebensmittelkontakt zugelassen. Auch einige Varianten des Bio-Kunststoffs PLA sind lebensmittelecht (wieder: Herstellerangaben beachten!), zumindest in der natürlichen ungefärbten Form ohne Zusätze. Auch Polypropylen (PP) ist Lebensmittelecht, ebenso PEEK (wie PLA gerne für Implantate genutzt) und Nylon (jedoch nur PA6 bzw. PA6.6-Nylon). Als nicht lebensmittelecht gelten –sofern nicht explizit vom Hersteller anders angegeben- ABS, ASA, Polycarbonat und Nylon bzw. PLA mit Additiven.

Grundsätzlich gilt, dass 3D-Drucke aufgrund ihres schichtweisen Aufbaus voller Ritzen, Mikro-Nischen und Hohlräumen eigentlich nur schlecht für den Nahrungsmitteleinsatz geeignet sind. Denn so können sich leicht Bakterien-Brutstätten bilden. Und wenn der Druck doch mit Essen oder Trinken in Kontakt kommt, sollten die Druckobjekte danach gut und gründlich abgewaschen werden. Am besten mit heißem Wasser, um mögliche Bakterienherde abzutöten. Und hier streicht das sehr temperatur-instabile PLA meist schon die Segel. Alternativ kann deshalb für PLA auch lauwarmes Wasser und antibakterielles Spülmittel verwendet werden. Grundsätzlich sollte man 3D-Drucke im Lebensmitteleinsatz direkt nach der Benutzung reinigen, damit verhindert man die Bildung von Bakterienherden.

Tipp: Sie können Drucke aus nicht lebensmittelechtem Filament durch nachträgliche Behandlung mit einer lebensmittelechten Schutzschicht (z.B. entsprechend beworbene Harze oder Lacke) lebensmittelecht machen. Dies versiegelt bei korrekter Anwendung dann auch die Ritzen und Mikro-Hohlräume, in denen sich die Bakterien vermehren können.

Lösungsmittelresistenz

Die Anzahl der Lösungsmittel, Säuren, Laugen und Öle, gegen die die jeweiligen Materialien resistent (oder anfällig) sind, ist zu umfangreich, um sie hier detailliert aufzuschlüsseln. Konsultieren Sie diesbezüglich die Herstellerangaben. Als sehr unanfällig gelten grundsätzlich PET(G), PMMA, PP und Polycarbonat, auch ABS und PLA sind recht widerstandsfähig.

Schlag-/Bruchfestigkeit

Bruch- und Schlagfestigkeit ist nicht mit Härte zu verwechseln. PLA z.B. ist relativ hart, bricht aber auch sehr leicht, insbesondere bei Schlagbelastung. Extrem schlagfest ist z.B. Polycarbonat, auch als Plexi- bzw. kugelsicheres Glas im Handel. Mit weitem Abstand, aber immer noch deutlich schlagfester als der Rest, folgt ABS, das nur noch ca. 1/5 so schlagfest wie Polycarbonat ist.

Danach folgen in der Härteskala verbesserte PLA-Varianten, HIPS, ASA, PMMA (Acryl). PETG und ganz am Ende PLA. Für flexible Materialien wie TPE und PVA gibt es keine Schlagfestigkeits-Werte. Bei Nylon kommt es wiederum auf die verwendete Polyamid-Variante an: Während PA12 knapp hinter PETG rangiert, ist PA6 sogar schlagfester als ABS.

Druckgeschwindigkeit

Für schnellen Druck muss nicht nur der Drucker selbst stabil und leistungsfähig sein, auch das verwendete Material muss sich dafür eignen. Abgesehen von speziell für den Hochgeschwindigkeits-Druck entwickelten Materialien (z.B. Extrudr Flax für bis zu 400 mm/s!) kann man die gängigen Materialien grob klassifizieren – obwohl es von fast allen auch teurere Spezialvarianten für schnelleren Druck gibt.

Grundsätzlich ist PET(G) mit ca. 60 mm/s am schnellsten druckbar. Im Mittelfeld finden sich PLA, ASA, PVA und ABS mit ca. 40 mm/s, dicht gefolgt von HIPS und Nylon (ca. 37 mm/s). Am langsamsten muss man grundsätzlich mit ca. 20 mm/s Flex-Filament/TPE drucken - auch wenn es hier ebenfalls für schnelleren Druck optimierte Varianten gibt, die in etwa in der Geschwindigkeit von HIPS und Nylon druckbar sind.

Tipp: Langsam drucken steigert die Druckqualität grundsätzlich massiv. Nur weil Drucker und Filament es mitmachen, muss man nicht immer am Limit drucken. Wenn es besonders schön werden soll und die Druckdauer nicht so wichtig ist (z.B. bei besonders kleinen und detaillierten Objekten), lohnt es sich insbesondere bei Druckern, die bei schnellem Druck zu Vibrationen neigen durchaus „ein paar Gänge herunterzuschalten“.

Das richtige Filament kaufen – ohne Risiko

Wir hoffen, dass wir Ihnen ausreichend Informationen liefern konnten, damit Sie das richtige Filament kaufen. Denn nur mit dem passenden Filament macht der 3D-Druck Spaß. Nichts frustriert mehr als die Erkenntnis, dass man gerade eine Kilo-Rolle Plastikdraht gekauft hat, mit der man gar nichts anfangen kann.