Filamente für den 3D-Druck
Jedes FDM-Filament ist ein Kompromiss zwischen dem, was das fertige Teil können soll, und dem, was der Drucker dafür leisten muss. PLA ist einfach zu drucken und hält keine Hitze aus; Nylon hält fast alles aus und macht beim Drucken Ärger. Diese Übersicht ordnet die Materialien ein und führt zu den Detailseiten -- dort stehen Druckparameter, Eigenschaften und der chemische Hintergrund, aus dem sich beides erklärt.
Hinweis zu den Druckparametern: Die hier angegebenen Werte sind Richtwerte als erster Anhaltspunkt. Optimale Einstellungen hängen von deinem Drucker, der Düse, dem konkreten Filament und sogar der Raumtemperatur ab. Nutze immer die Empfehlungen des Filament-Herstellers als Startpunkt und taste dich in kleinen Schritten heran. Ein Temperaturturm ist dein bester Freund.
Wegweiser: welches Material?
Die Einsteiger und Alltagsmaterialien
- PLA -- Prototypen, Gehäuse, Deko. Einfachster Druck, aber weich ab ~60 °C.
- PETG -- der Allrounder: zäh, witterungsfest, chemisch beständig, fast so einfach wie PLA.
- PET, PETG und PCTG im Vergleich -- dieselbe Säure, drei Alkohole: warum PET hitzebeständiger, aber schwerer zu drucken ist.
Wenn es wärmer oder robuster werden muss
- ABS und ASA -- Tg um 105 °C, schlagzäh, glättbar. ASA hält zusätzlich UV aus.
- Nylon (PA6, PA6.6, PA11, PA12) -- Zahnräder, Lager, Scharniere. Extrem zäh und abriebfest, dafür hygroskopisch.
- Technische Filamente -- PC, POM, PBT, PVDF und PP für je eine ganz bestimmte Eigenschaft.
- Hochtemperatur-Filamente -- PPA, PEEK, PEKK, PPS und PPSU. Über 300 °C Düsentemperatur, beheizte Kammer Pflicht.
Spezialfälle
- TPU und PEBA -- die flexiblen: Shore 85A--95A, Bruchdehnung bis 600 %.
- PVB, HIPS und leitfähige Filamente -- glätten mit Isopropanol, auflösen in D-Limonen, Strom ableiten.
Rundherum
- Supportmaterialien -- löslich oder Breakaway, mit Kompatibilitätsmatrix.
- Polymerchemie für den 3D-Druck -- Veresterung, Polykondensation und was die Bindung im Rückgrat über das Material verrät.
- Strukturformeln lesen -- wie man die Monomer-Bilder in den Materialseiten liest.
Grundlagen: Thermoplaste und Polymerisation
Was sind Thermoplaste?
Alle FDM-Filamente sind Thermoplaste -- Kunststoffe, die beim Erhitzen weich werden und beim Abkühlen wieder fest. Das ist reversibel und funktioniert (theoretisch) beliebig oft. Genau das macht FDM-Druck möglich: Filament rein, im Hotend aufschmelzen, durch die Düse drücken, auf dem Bett erstarren lassen.
Das Gegenteil sind Duroplaste (z.B. Epoxidharz): Die vernetzen beim Aushärten chemisch irreversibel und lassen sich danach nicht mehr aufschmelzen.
Glasübergangstemperatur (Tg): Unter der Tg ist der Thermoplast hart und glasartig. Darüber wird er weich und gummiartig. Für gedruckte Teile bestimmt die Tg die maximale Einsatztemperatur -- ein PLA-Teil im Auto (60--80°C) verformt sich, weil die Tg nur bei ~60°C liegt.
Amorph vs. teilkristallin: Amorphe Thermoplaste (PETG, ABS, PC) haben keine geordnete Molekülstruktur -- sie erweichen graduell oberhalb Tg. Teilkristalline (PLA, Nylon) haben zusätzlich geordnete Bereiche (Kristallite), die erst am Schmelzpunkt aufbrechen. Teilkristalline Materialien schrumpfen stärker beim Abkühlen (Warping), sind dafür aber oft fester und chemisch beständiger.
Polymerisationsarten
Alle Filament-Kunststoffe entstehen durch Polymerisation -- kleine Moleküle (Monomere) werden zu langen Ketten (Polymere) verknüpft. Es gibt drei Haupttypen:
Kettenpolymerisation (Additionspolymerisation): Monomere mit Doppelbindungen (C=C) öffnen diese und verketten sich direkt -- es entsteht kein Nebenprodukt. Typisch für Vinyl-Monomere. Beispiele: PLA (via Ringöffnung des Lactids), Styrol → Polystyrol, Acrylnitril → Polyacrylnitril.
Polykondensation: Zwei verschiedene Monomere reagieren unter Abspaltung eines kleinen Moleküls (meist Wasser). Die Kette wächst schrittweise. Beispiele: PETG (Terephthalsäure + Glykol → Ester + H₂O), PA6.6 (Diamin + Disäure → Amid + H₂O), PC (Bisphenol A + Phosgen → Carbonat + HCl).
Polyaddition: Wie Polykondensation (zwei Reaktionspartner), aber ohne Abspaltung eines Nebenprodukts. Die Atome der Monomere gehen vollständig ins Polymer über. Beispiel: TPU (Diisocyanat + Polyol → Urethan-Bindung, kein Nebenprodukt).
Copolymere
Viele Filamente sind keine reinen Homopolymere, sondern Copolymere -- zwei oder mehr verschiedene Monomere in einer Kette:
- Statistisch/Random: Monomere zufällig verteilt (z.B. PETG/PCTG: Ethylenglykol + CHDM in unterschiedlichem Verhältnis)
- Block: Längere Blöcke gleicher Monomere wechseln sich ab (z.B. TPU: Hartsegment-Block -- Weichsegment-Block)
- Pfropf (Graft): Seitenketten eines anderen Monomers auf einem Hauptketten-Rückgrat (z.B. ABS: Polybutadien-Rückgrat mit aufgepfropftem Styrol-Acrylnitril)
Copolymer-Architekturen: statistisch, Block und Pfropf
Vergleichstabelle
| Material | Tg (°C) | Zugfestigkeit | Flexibilität | UV-Beständig | Druckschwierigkeit |
|---|---|---|---|---|---|
| PLA | 60 | Mittel | Spröde | Nein | Einfach |
| PET | 80* | Hoch | Steif | Bedingt | Mittel--Schwer |
| PETG | 80 | Mittel | Zäh | Bedingt | Einfach |
| PCTG | 90 | Mittel--Hoch | Zäh | Bedingt | Einfach--Mittel |
| PVB | 60 | Mittel | Zäh | Nein | Einfach |
| ABS | 105 | Mittel | Zäh | Nein | Mittel |
| TPU | -- | Niedrig | Elastisch | Bedingt | Mittel |
| PEBA | -- | Niedrig | Elastisch | Nein | Mittel |
| ASA | 105 | Mittel | Zäh | Ja | Mittel |
| HIPS | 100 | Niedrig | Zäh | Nein | Mittel |
| Nylon | 50* | Hoch | Sehr zäh | Bedingt | Schwer |
| PC | 150 | Hoch | Zäh | Bedingt | Schwer |
| PBT | 60** | Hoch | Steif | Nein | Mittel--Schwer |
| POM | -60** | Hoch | Steif | Bedingt | Sehr schwer |
| PVDF | -35*** | Mittel | Zäh | Ja | Schwer |
| PP | -10**** | Niedrig | Zäh | Bedingt | Schwer |
| PPA | 125 | Hoch | Zäh | Bedingt | Schwer |
| PPS | 90* | Hoch | Spröde | Ja | Sehr schwer |
| PPSU | 220 | Mittel | Zäh | Bedingt | Sehr schwer |
| PEKK | 160 | Sehr hoch | Zäh | Ja | Sehr schwer |
Nylon: Tg niedrig, aber Schmelzpunkt bei 220°C; Belastbarkeit kommt aus der Kristallinität. POM: Tg -60°C, aber Schmelzpunkt 175°C und hochkristallin; Steifigkeit kommt aus der Kristallinität. PVDF: Tg -35°C, aber Schmelzpunkt 170°C; chemisch fast unzerstörbar, piezoelektrisch. PP: Tg unter 0°C, aber Schmelzpunkt bei 165°C; Warping ist das Hauptproblem. PPS: Tg nur 90°C, aber teilkristallin mit Schmelzpunkt 285°C; Dauergebrauch bis 220°C. PBT: Tg 60°C, aber teilkristallin mit Schmelzpunkt 225°C; wird fast ausschließlich als Blend (PBT-PC) oder glasfaserverstärkt (PBT-GF) gedruckt. ****PET: Tg ähnlich wie PETG, aber teilkristallin mit Schmelzpunkt 250°C; deutlich hitzebeständiger, dafür schwieriger zu drucken (Schrumpf, Warping).
Lagerung
Hygroskopische Filamente (Nylon, PC, PETG, TPU) nehmen Luftfeuchtigkeit auf und drucken dann schlecht (Blasenbildung, Stringing, schwache Schichten). Empfehlung:
- Trockenbox mit Silicagel für die Lagerung
- Trocknen vor dem Druck: 4--6h bei 50--70°C (je nach Material)
- Vakuumbeutel mit Trockenmittel für Langzeitlagerung
- PLA ist weniger empfindlich, profitiert aber auch von trockener Lagerung
Weiterführendes
- Hitzebeständigkeit von Filamenten -- Tg, HDT und was davon in der Praxis zählt
- PA11 gegen PA12 im Praxistest -- zwei langkettige Polyamide direkt verglichen
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