Spezialfilamente: PVB, HIPS und leitfähige Materialien
Drei Materialien, die man nicht wegen ihrer mechanischen Werte kauft, sondern wegen einer besonderen Eigenschaft: PVB lässt sich chemisch glätten, HIPS lässt sich auflösen, und leitfähige Filamente leiten Strom ab.
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.
PVB -- Polyvinylbutyral
Chemie: Polyvinylbutyral kennt man als Zwischenschicht in Verbund-Sicherheitsglas (Windschutzscheiben) -- es hält die Glasscherben zusammen. PVB wird nicht direkt aus einem Monomer polymerisiert, sondern in drei Schritten hergestellt: Zuerst wird Vinylacetat per Kettenpolymerisation zu Polyvinylacetat verknüpft. Dann werden die Acetat-Gruppen hydrolysiert → Polyvinylalkohol (PVA). Schließlich reagiert PVA mit Butyraldehyd unter Säurekatalyse → die OH-Gruppen bilden zyklische Acetale, und es entsteht PVB.
Vinylacetat (Ausgangsmonomer)
Butyraldehyd (Acetalisierungsreagenz)
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Düsentemperatur | 195--225 °C |
| Betttemperatur | 70--80 °C |
| Glasübergang (Tg) | ~60 °C |
| Dichte | 1,10 g/cm³ |
| Zugfestigkeit | 40--50 MPa |
| Lüfter | 80--100% |
Eigenschaften: Druckt sich ähnlich einfach wie PLA, kaum Warping. Der Clou: PVB lässt sich mit Isopropanol (IPA) glätten -- Schichtlinien verschwinden, die Oberfläche wird glasklar. Funktioniert entweder als IPA-Dampfbad oder durch Bestreichen mit einem Pinsel. PLA lässt sich so nicht glätten, ABS braucht Aceton (giftiger). PVB ist daher ideal für dekorative Teile und Prototypen mit Hochglanzoptik.
Geeignet für: Vasen, Lampenschirme, transparente Abdeckungen, Prototypen wo Oberflächenqualität zählt, Modelle und Displays.
Nicht geeignet für: Funktionsteile mit thermischer Belastung (Tg nur ~60°C, wie PLA), mechanisch stark beanspruchte Teile.
Supportmaterial: PVA oder BVOH (wasserlöslich, wie bei PLA). Ohne zweiten Extruder: Breakaway-Support mit Z-Abstand.
Bezugsquelle: Prusament PVB -- speziell für IPA-Glätten optimiert, in transparent und Farben erhältlich.
HIPS -- High Impact Polystyrene
Chemie: Schlagzähes Polystyrol -- chemisch eng verwandt mit ABS, aber einfacher aufgebaut. Statt drei Monomeren (ABS: Acrylnitril + Butadien + Styrol) besteht HIPS nur aus Polystyrol mit eingebettetem Polybutadien-Kautschuk. Die Kautschuk-Partikel fangen Rissenergie ab und machen das sonst spröde Polystyrol schlagzäh.
Polymerisation: Wie bei ABS werden Styrol-Monomere in Gegenwart von Polybutadien-Kautschuk polymerisiert. Polystyrol-Ketten wachsen auf dem Kautschuk auf (Pfropfcopolymerisation). Die Monomere sind dieselben wie bei ABS -- nur ohne Acrylnitril.
Styrol
1,3-Butadien (Kautschuk-Komponente)
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Düsentemperatur | 220--250 °C |
| Betttemperatur | 90--110 °C |
| Glasübergang (Tg) | ~100 °C |
| Dichte | 1,04 g/cm³ |
| Zugfestigkeit | 25--35 MPa |
| E-Modul | 2,0 GPa |
| Lüfter | 0--20% (Gehäuse empfohlen) |
Eigenschaften: Druckt sich ähnlich wie ABS, mit etwas weniger Warping. Leicht, günstig, gute Oberflächenqualität. Weniger fest als ABS (kein Acrylnitril-Anteil für Härte). Löst sich in D-Limonen (Orangenöl-Extrakt) -- daher der Haupteinsatz als lösliches Supportmaterial für ABS und ASA. In einem Dual-Extruder-Setup druckt man die Stützen aus HIPS und löst sie danach im Limonene-Bad auf.
Geeignet für: Lösliche Supports für ABS/ASA (Hauptnutzen), leichte Verpackungs-Prototypen, Gehäuse ohne mechanische Belastung, günstige Testdrucke.
Nicht geeignet für: Mechanisch belastete Funktionsteile (schwächer als ABS), UV-belastete Außenteile (Butadien = UV-empfindlich wie ABS).
Supportmaterial: Wird selbst primär als lösliches Supportmaterial für ABS/ASA eingesetzt. Als Modellmaterial: Same-Material-Support.
Bezugsquelle: Fillamentum HIPS -- in mehreren Farben, als Supportmaterial für ABS oder eigenständig verwendbar.
Leitfähige Filamente
Kann man mit 3D-Druck elektrische Leiter herstellen? Kurze Antwort: Jein. Es gibt zwei Ansätze mit sehr unterschiedlicher Performance.
Carbon-Black-Filamente (statisch ableitend)
PLA, PETG oder TPU werden mit Ruß (Carbon Black) oder Carbon-Nanotubes gefüllt. Das bekannteste Produkt ist Proto-Pasta Conductive PLA mit einem Volumenwiderstand von ~15--30 Ω·cm. Zum Vergleich: Kupfer hat 0,000002 Ω·cm -- das ist ein Faktor von etwa 10 Millionen.
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Düsentemperatur | 215--230 °C |
| Betttemperatur | 50--60 °C |
| Volumenwiderstand | 15--30 Ω·cm |
| Lüfter | 100% |
"Leitfähig" ist hier relativ -- für eine LED braucht man schon ordentlich Querschnitt. Realistisch einsetzbar für:
- Kapazitive Touch-Sensoren -- funktioniert gut, weil nur Kapazitätsänderung gemessen wird, kein Strom fließt
- ESD-Schutz (Antistatik-Gehäuse für Elektronik)
- Widerstandsheizelemente mit genügend Querschnitt
- EMI-Abschirmung (bedingt)
Nicht einsetzbar als Ersatz für Leiterbahnen, Kabel oder Stromführung.
Durchgehende Kohlefaser (Continuous Carbon Fiber)
Ein ganz anderer Ansatz: Kohlefaser selbst ist elektrisch leitfähig (~0,003--0,005 Ω·cm) -- rund 5000x besser als Carbon-Black-Filamente. Die kurz geschnittenen Fasern in PA-CF oder PETG-CF bilden aber keinen durchgehenden Leitungspfad. Erst durchgehende (kontinuierliche) Fasern machen die Leitfähigkeit nutzbar.
Der FibreSeeker 3 ist einer der ersten Consumer-Drucker, der kontinuierliche Kohlefaser verarbeiten kann. Per Continuous Fibre Co-extrusion (CFC) wird die endlose Faser im Druckkopf mit Thermoplast ummantelt und direkt verdruckt. Die Teile erreichen Zugfestigkeiten bis 900 MPa -- vergleichbar mit Aluminium bei deutlich geringerem Gewicht.
Spannend für die Elektronik: Durchgehende Kohlefaserpfade könnten als Heizleiter, Sensorelemente oder Abschirmung direkt ins Bauteil integriert werden -- ohne nachträgliche Verkabelung. Das Feld ist noch jung, aber die Kombination aus mechanischer Festigkeit und elektrischer Leitfähigkeit eröffnet völlig neue Möglichkeiten für funktionale Druckteile.
Weiterführendes
- Filament-Übersicht -- alle Materialien, Vergleichstabelle und Grundlagen
- Supportmaterialien -- löslich, Breakaway und Kompatibilitätsmatrix
- ABS und ASA -- HIPS ist deren Supportmaterial der Wahl
- Polymerchemie für den 3D-Druck -- warum sich Wasseraufnahme, Verzug und Hitzebeständigkeit aus der Bindung im Rückgrat ergeben
- Strukturformeln lesen -- die Monomer-Bilder verstehen