Kunststoffe für 3D-Drucker: Thermoplastische Kunststoffe im Vergleich

Um mit einem 3D Drucker Objekte zu erstellen, benötigt man Filamente. Diese werden als thermoplastische Kunststoffe bezeichnet und sind in verschiedenen Ausführungen zu haben. Eingesetzt wird flüssiger Kunststoff für den FDM-Druck (Fused Deposition Modelling), bei dem die Objekte mit den geschmolzenen Kunststoffen schichtweise aufgebaut werden.

Die Kunststofffasern werden in Rollen aufgewickelt gekauft und bieten bei Farbe, Länge und Durchmesser reichlich Spielraum. Welche Filamente eignen sich für 3D Drucker und wodurch zeichnen Sie sich aus?

Kurzer Überblick über die Kunststoffe

Während es inzwischen sogar möglich ist, Metalle für den 3D-Druck zu nutzen, arbeiten die meisten Drucker mit thermoplastischen Kunststoffen. Der Fachbegriff für den polymeren Werkstoff ist Thermoplast. Er zeichnet sich dadurch aus, dass er sich bei Hitzeeinwirkung verflüssigt und seine Form ändert. Diese Materialien kommen theoretisch infrage:

Als Alternative hierzu gibt es neue, experimentelle Filamente wie Laywood (Kunststoff mit Holzpartikeln) und Laybrick (Kunststoff mit Gips, erinnert an Sandstein) zu kaufen.

Die zwei beliebtesten Thermoplaste im Vergleich

Der Markt wird von zwei Werkstoffen für den 3D-Drucker beherrscht: ABS und PLA. Wie dieser Artikel vor Augen führt, der die beiden Spitzenreiter im direkten Vergleich betrachtet, eignet sich PLA-Filament besser für Einsteiger und ABS für Profis. Woran liegt das?

Das zeichnet PLA aus

Polymilchsäure (PLA) ist ein Biokunststoff, der aus erneuerbaren Ressourcen wie Zuckerrohr, Maisstärke oder Kartoffelstärke gewonnen wird und daher als umweltfreundlich gilt. Der Werkstoff ist problemlos entsorgbar und biologisch abbaubar, was man von den anderen Kunststoffarten auf der Basis von Erdöl nicht behaupten kann. Zudem wird der Thermoplast als sicher bzw. gesundheitlich unbedenklich eingestuft, da er auch im medizinischen Bereich (Implantate, Nahtmaterial) zum Einsatz kommt. Das robuste Kunststoff PLA besitzt eine Schmelztemperatur von 160 bis 220 Grad, welche niedriger ist als bei ABS. Somit muss man beim 3D-Druck nicht zwangsläufig eine erhitzbare Druckplatte einsetzen. Nicht nur das Heizbett, sondern auch das Klebeband kann man sich in der Regel sparen. PLA gilt als UV-beständig, robust, nicht entflammbar und leicht. Zu den weiteren Vorteilen von PLA-Filamenten gehört, dass es einfach zu drucken ist und schöne Ergebnisse liefert. Gerade, wer die ersten Schritte mit dem FDM-Druck wagt, ist hier gut aufgehoben. Mit PLA gedruckte Objekte können bemalt bzw. lackiert werden, wobei eine Grundierung vorteilhaft ist. Sie lassen sich abschmirgeln oder schleifen, aber nicht besonders leicht miteinander verkleben. Für technische Teile empfiehlt sich der Kunststoff, wobei seine geringe Temperaturbeständigkeit zu beachten ist.

Zu den Nachteilen von PLA zählen manche, dass die Objekte eine etwas spröde Oberfläche aufweisen und dass die Härte den Werkstoff ein wenig brüchig macht. Außerdem kühlt der Thermoplast nur langsam ab, sodass für schnelle Resultate ein Ventilator zum Einsatz kommen sollte. Man vernimmt darüber hinaus nach Erhitzung einen dezenten, süßlichen Geruch, der an den biologischen Rohstoff denken lässt. Um Gasemissionen braucht man sich jedoch keine Sorgen zu machen. Die geringe Hitzebeständigkeit kann sowohl ein Nachteil als auch ein Vorteil sein: Einerseits weichen die Objekte ab etwa 50 Grad auf, andererseits ermöglicht dies Verbesserungen durch nachträgliches Erhitzen.

Das spricht für ABS

ABS-Plastik ist in unserem Alltag fest verankert und wird beispielsweise zu Spielwaren (wie Legosteinen), Küchengeräten und Leitungsrohren verarbeitet. Der robuste und relativ hitzebeständige Werkstoff wird als langlebig geschätzt und besitzt eine hohe Oberflächenhärte. Der Thermoplast ist kratzfest, schlag- und stoßfest und leicht elastisch. Weitere Vorteile von ABS sind, dass man es gut nachbearbeiten kann, z.B. durch Abschmirgeln, Fräsen und Drehen. Das Bemalen sowie das Kleben mit ABS-Leim gestalten sich unkompliziert. Zahlreiche – eher matt wirkende – Farbtöne sind erhältlich. Für den Werkstoff spricht, dass Kunststoffdraht aus ABS günstiger ist als die Alternativen.

Nicht vergessen sollte man die Nachteile von ABS wie den hohen Schmelzpunkt, der Temperaturen von über 220 Grad voraussetzt. Der Drucker muss über ein Heizbett verfügen, um das Kunststoff zu schmelzen. Als Alternative hierzu oder zusätzlich bietet sich die Nutzung von Klebeband an. Der Werkstoff ist nicht biologisch abbaubar und haftet nicht besonders gut auf der Bauplattform. Des Weiteren lässt es sich beobachten, dass ABS zum sogenannten Warp-Effekt neigt. Darunter versteht man, dass die Bauteile sich am unteren Ende ein wenig nach oben wölben. Das liegt daran, dass Eigenspannungen entstehen, weil die einzelnen Kunststoffschichten andere Abkühltemperaturen aufweisen.

Ebenfalls denkbar: PVA

Bei Polyvinylalkohol handelt es sich um eine wasserlösliche Kunststoffsorte, die im Alltag beispielsweise als Papierklebstoff zum Tragen kommt. Verfügen Drucker über zwei Extruder oder mehr, verlässt man sich gern auf PVA, um komplexe Objekte zu drucken und Überhänge zu vermeiden. Der Werkstoff wird also als Tragestruktur genutzt, die sich einfach nach der Verwendung in Wasser auflösen lässt. Die Verarbeitungstemperatur liegt bei circa 190 Grad. PVA ist recht teuer, verträgt keine hohe Luftfeuchtigkeit und ist nur schwer zu finden. Die Investition lohnt sich nur, wenn man etwas Komplexes druckt und eine Tragestruktur vonnöten ist.

Fazit: PLA oder ABS?

Für beide Werkstoffe für den 3D-Druck sprechen verschiedene Gründe. Man sollte sich – vor allem als Fortgeschrittener – für ABS entscheiden, wenn das Objekt besonders fest und strapazierfähig sein soll und z.B. im Außenbereich verwendet wird. Auch der Kostenfaktor spricht für ABS (ABS Kunststoffdraht Spule ab ca. 40 € auf comtech.de). Zudem muss man nicht befürchten, dass das Filament zu schnell erweicht oder beschädigt wird. PLA ist die bessere Lösung für Anfänger, für den Hobbydruck und für umweltbewusste Menschen. Mit PLA spart man sich zudem etwas Aufwand. Letztendlich kommt es darauf an, ob man mehr auf eine einfache Verarbeitung oder auf Top-Ergebnisse achtet, und welchen Verwendungszweck man für die gedruckten Objekte anstrebt. Beide Kunststoff-Filamente sind insgesamt sehr gut geeignet.