Nylon (Polyamid) -- PA6, PA6.6, PA6.12, PA11 und PA12
Die Nylon-Typen unterscheiden sich in einer einzigen Größe, und aus der folgt alles andere: der Abstand zwischen den Amid-Gruppen.
Die Amid-Gruppen (--CO--NH--) bilden untereinander Wasserstoffbrücken -- das macht Nylon fest und zäh. Dieselben Gruppen binden aber auch Wasser aus der Luft. Je länger die CH₂-Ketten dazwischen, desto weniger Amid-Gruppen pro Kettenlänge: weniger Wasseraufnahme und weniger Verzug, aber auch weniger Festigkeit und Hitzebeständigkeit. PA6 und PA6.6 sitzen am festen Ende und sind die zickigsten beim Drucken; PA11 und PA12 kaufen Druckbarkeit mit Festigkeit. Einen Gewinner gibt es nicht -- nur die Frage, ob dir das fertige Teil wichtiger ist oder der Weg dorthin.
Hinweis zu den Druckparametern: Die 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.
Chemie: Polyamide sind Kondensationspolymere mit charakteristischen Amid-Bindungen (-CO-NH-) im Rückgrat. Die Nomenklatur verrät die Struktur: Die Zahl(en) geben die Anzahl der C-Atome in den Monomerbausteinen an. Eine Zahl (PA6, PA11, PA12) bedeutet ein einziges Monomer (Aminosäure oder Lactam). Zwei Zahlen (PA6.6, PA6.10, PA6.12) bedeuten Polykondensation aus Diamin + Disäure -- das sind trotzdem Homopolymere (eine Wiederholungseinheit aus dem Paar), keine Copolymere. Ein echtes Copolyamid wäre z.B. PA6/6.6, wo zwei verschiedene Wiederholungseinheiten in einer Kette gemischt werden.
ε-Caprolactam (PA6)
Hexamethylendiamin (PA6.6)
Adipinsäure (PA6.6)
- PA6 -- aus einem einzigen Monomer: ε-Caprolactam (C₆H₁₁NO), einem zyklischen Amid. Per ringöffnender Polymerisation bei ~250°C wird der Ring aufgebrochen und die lineare Kette entsteht. Entwickelt 1938 von Paul Schlack bei IG Farben als Perlon, als Alternative zu DuPonts Nylon 6.6.
- PA6.6 (das originale "Nylon") -- Polykondensation aus zwei Monomeren: Hexamethylendiamin (H₂N-(CH₂)₆-NH₂) und Adipinsäure (HOOC-(CH₂)₄-COOH). Je 6 C-Atome pro Baustein, daher "6.6". Etwas höherer Schmelzpunkt (260°C vs. 220°C) und steifer als PA6.
- PA11 -- aus 11-Aminoundecansäure, gewonnen aus Rizinusöl (bio-basiert). Weniger hygroskopisch als PA6/6.6, da die Amid-Gruppen weiter auseinander liegen und weniger Wasser eingelagert wird.
- PA12 -- aus Laurinlactam (12 C-Atome). Ähnlich PA11: geringe Wasseraufnahme, flexibler, chemisch sehr beständig. Teurer als PA6.
- PA6.12 -- Polykondensation aus Hexamethylendiamin (6C) + Dodecandisäure (12C). Ein langkettiges Polyamid: Die lange 12er-Disäure sorgt für geringe Wasseraufnahme (~1,3%) und gute Chemikalienbeständigkeit, ähnlich PA12, aber mit etwas höherer Steifigkeit durch die kürzere Diamin-Komponente. Liegt preislich und eigenschaftlich zwischen PA6.6 und PA12 -- ein Kompromiss aus Festigkeit und Feuchtigkeitsresistenz. Erhältlich u.a. als Polymaker Fiberon PA612-CF15 (mit 15% Carbonfaser) und Fiberon PA612-ESD (antistatisch, mit Carbonfaser + CNT).
Alle PA-Typen mit einer Zahl ≥10 in der Disäure-Komponente (PA6.10, PA6.12, PA11, PA12) werden als langkettige Polyamide bezeichnet. Die langen Kohlenstoffketten zwischen den Amid-Gruppen bedeuten weniger polare Stellen pro Kettenlänge → weniger Wasseraufnahme, bessere Dimensionsstabilität, einfacherer Druck. Der Nachteil: geringere Steifigkeit und Temperaturbeständigkeit als PA6 oder PA6.6.
Die Hygroskopie ist der zentrale Schwachpunkt beim Drucken: Die polaren Amid-Gruppen (-CO-NH-) bilden Wasserstoffbrücken mit Wasser aus der Luftfeuchtigkeit. PA6 nimmt bis zu 9,5% Wasser auf (Gleichgewicht bei 100% r.F.), PA12 nur ~1,5%. Beim Erhitzen auf Drucktemperatur verdampft eingelagertes Wasser schlagartig -- es bilden sich Blasen in der Schmelze, die zu porösen, schwachen Schichten führen.
| Parameter | PA6 | PA6.6 | PA6.12 | PA11 | PA12 |
|---|---|---|---|---|---|
| Düsentemperatur | 240--260 °C | 260--280 °C | 240--270 °C | 230--250 °C | 230--260 °C |
| Betttemperatur | 70--90 °C | 80--100 °C | 70--90 °C | 70--90 °C | 70--90 °C |
| Schmelzpunkt | 220 °C | 260 °C | 218 °C | 190 °C | 178 °C |
| Glasübergang (Tg) | ~50 °C | ~70 °C | ~50 °C | ~45 °C | ~40 °C |
| Dichte | 1,14 g/cm³ | 1,14 g/cm³ | 1,07 g/cm³ | 1,03 g/cm³ | 1,02 g/cm³ |
| Zugfestigkeit | 70--85 MPa | 80--90 MPa | 55--65 MPa | 50--60 MPa | 45--55 MPa |
| Wasseraufnahme | 2,5--9,5% | 2,5--8,5% | 1,0--1,6% | 0,9--1,9% | 0,7--1,5% |
| Lüfter | 0--30% | 0% | 0--30% | 0--30% | 0--30% |
Eigenschaften: Extrem zäh und abriebfest, hervorragende Ermüdungsfestigkeit (Living Hinges/Filmscharniere überleben hunderttausende Biegezyklen), selbstschmierend durch niedrigen Reibkoeffizienten. Das Selbstschmieren entsteht durch die glatte, kristalline Oberfläche -- Nylon gegen Nylon oder Nylon gegen Metall gleitet ohne Schmiermittel.
Verzug durch hohe Kristallinität und Schwindung (~1,5--2 %). Wie stark sich das auswirkt, hängt allerdings deutlich von der Variante ab, und die Praxis ist entspannter als der Ruf: Faserverstärktes Nylon (PA-CF, PA-GF) und die langkettigen Typen PA11 und PA12 lassen sich auf offenen Druckern gut verarbeiten. Die Fasern behindern die Schwindung mechanisch, und die langkettigen Polyamide schwinden von vornherein weniger. Eine Einhausung braucht vor allem ungefülltes PA6 und PA6.6 -- und auch dort wächst der Bedarf mit der Bauteilgröße, weil sich die Schwindung über die Länge aufsummiert.
Die dominierende Größe ist bei Nylon ohnehin nicht die Kammer, sondern die Trockenheit des Filaments. Feuchtes Nylon erkennt man am knisternden, zischenden Geräusch beim Extrudieren und an der rauen, blasigen Oberfläche -- das gleicht kein Bauraum der Welt aus.
Trocknung: Entscheidend für gute Druckergebnisse. Trocknungstemperaturen und -zeiten:
| Material | Temperatur | Dauer |
|---|---|---|
| PA6 / PA6.6 | 70--80 °C | 6--12h |
| PA6.12 | 60--70 °C | 4--6h |
| PA11 / PA12 | 60--70 °C | 4--6h |
| PA-CF / PA-GF | 70--80 °C | 6--8h |
Idealerweise direkt aus der Trockenbox drucken. Für Nylon braucht man einen Trockner, der mindestens 70--80°C erreicht -- günstige Modelle wie der Sunlu S2 (max. 70°C) reichen für PA6/PA6.6 kaum aus. Der Sunlu FilaDryer E2 schafft bis 110°C mit 500W PTC-Heizer und ist für Engineering-Filamente ausgelegt (taugt auch zum Annealing von HT-PLA). Offene Spule bei >40% r.F. nimmt innerhalb von Stunden genug Feuchtigkeit auf, um die Druckqualität merklich zu verschlechtern.
Geeignet für: Zahnräder, Lager, Buchsen, Scharniere, Clip-/Snap-Fit-Verbindungen, Gleitelemente, Kabelbinder, Abstandshalter, mechanisch hochbelastete Funktionsteile. Überall dort, wo Spritzguss-Nylon zum Einsatz kommt, kann FDM-Nylon ein funktionaler Prototyp oder Kleinserienteil sein.
Nicht geeignet für: Maßhaltige Teile ohne Nachbearbeitung (Wasseraufnahme verändert Dimensionen um 1--2%), enge Toleranzen in feuchter Umgebung, Einsteiger ohne Trocknungsmöglichkeit.
Supportmaterial: BVOH (wasserlöslich, Dual-Extruder nötig) -- besser als PVA wegen höherer Temperaturkompatibilität. Für anspruchsvolle Geometrien: Aquasys 120. Ohne zweiten Extruder: Breakaway-Support.
Drucktipps:
- Betthaftung: PVA-Klebestift auf Glasplatte oder Garolite/FR4-Platte (Nylon haftet hervorragend auf Garolite). PEI funktioniert schlecht -- Nylon haftet zu wenig oder zu fest und reißt die PEI-Beschichtung ab.
- Erste Schicht: Langsam (20--30 mm/s), breite erste Schicht (0,3 mm bei 0,4er Düse), Brim von 5--10 mm.
- Einhausung: 40--50 °C Bauraumtemperatur reduzieren Warping deutlich -- nötig vor allem bei ungefülltem PA6/PA6.6 und bei großflächigen Teilen. Für PA-CF, PA11 und PA12 genügt oft ein offener Drucker, solange kein Zug durch den Raum geht.
- Nachbearbeitung: Nylon lässt sich gut bohren, schleifen, gewindeschneiden. Einfärben mit Textilfarbe (Säurefarbstoff) möglich -- das Teil in heißer Farblösung baden.
- Annealing (Tempern): FDM-gedruckte Nylon-Teile profitieren stark vom Tempern. Beim Drucken kühlt das Material schnell ab und die Kristallinität bleibt unter dem theoretischen Maximum. Durch Tempern bei 120--150°C (zwischen Tg und Schmelzpunkt) für 2--6h können die Ketten nachkristallisieren. Das Ergebnis: +20--40% höhere Steifigkeit und Zugfestigkeit, deutlich bessere Temperaturbeständigkeit. Nachteil: Schrumpf von 1--3% in alle Richtungen (bei der Konstruktion einplanen). Besonders sinnvoll bei PA6 und PA6.6, wo die Kristallinität den größten Einfluss hat. PA-CF Teile profitieren weniger, da die Fasern den Schrumpf behindern und die Steifigkeit bereits hoch ist.
Varianten & Additive:
- PA-CF (Nylon + Carbonfaser-Kurzfasern, typisch 15--20%) -- deutlich steifer und maßhaltiger als reines Nylon, stark reduzierter Verzug. Braucht gehärtete Düse (Stahl, Rubin). Die Zugabe der Fasern erhöht den E-Modul von ~2,5 auf ~6--10 GPa. Beliebtestes Engineering-Filament für Funktionsteile. Nachteil: spröder als reines Nylon, Schichtbindung schwächer quer zur Druckrichtung.
- PA-GF (Nylon + Glasfaser, typisch 20--30%) -- ähnlich PA-CF aber günstiger, etwas weniger steif, weniger abrasiv zur Düse (trotzdem gehärtete Düse empfohlen).
- PA6-CF vs. PA12-CF -- PA6-CF ist steifer und hitzebeständiger, aber schwieriger zu drucken und hygroskopischer. PA12-CF ist der einfachere Einstieg: weniger Verzug, weniger feuchtigkeitsempfindlich, trotzdem sehr gute mechanische Werte.
- PA Copolymere -- z.B. PA6/6.6 Copolymer oder PA6/12. Durch die Mischung wird die Kristallinität gestört, was zu weniger Warping, niedrigerem Schmelzpunkt und einfacherem Druck führt -- bei etwas geringerer Festigkeit und Temperaturbeständigkeit.
Bezugsquellen:
- Prusament PA11 Carbon Fiber -- bio-basiertes PA11 mit Carbonfaser, guter Kompromiss aus Druckbarkeit und Performance.
- Polymaker PA6-CF -- klassisches PA6 mit Carbonfaser, hohe Steifigkeit.
- Polymaker PA6-GF -- Glasfaser-Variante, günstiger.
- Polymaker PA12-CF -- einsteigerfreundlicher, weniger hygroskopisch.
- Fillamentum Nylon FX256 -- reines PA6, günstig, guter Allrounder für reine Nylon-Erfahrung.
Weiterführendes
- Filament-Übersicht -- alle Materialien, Vergleichstabelle und Grundlagen
- Hochtemperatur-Filamente -- PPA ist Nylon mit aromatischem Rückgrat, Tg ~125 °C statt ~50 °C
- Supportmaterialien -- löslich, Breakaway und Kompatibilitätsmatrix
- Polymerchemie für den 3D-Druck -- warum sich Wasseraufnahme, Verzug und Hitzebeständigkeit aus der Bindung im Rückgrat ergeben
- Strukturformeln lesen -- die Monomer-Bilder verstehen