Hitzebeständigkeit von 3D-Druck-Filamenten
"Bis wieviel Grad hält mein Druck?" -- die Frage klingt einfach, aber die Antwort hängt davon ab, wie man misst. Ein PLA-Teil überlebt 60°C problemlos im Regal, verformt sich aber unter Last schon bei 50°C. Deshalb gibt es verschiedene Messverfahren, und deshalb weichen die Herstellerangaben je nach Methode stark voneinander ab.
Allgemeine Infos zu Filamenten (Druckparameter, Chemie, Supportmaterialien) findest du in unserer Filament-Übersicht.
Wichtig: Die Werte auf dieser Seite sind Richtwerte für die jeweiligen Materialklassen. Konkrete Filamente können je nach Hersteller, Additiven und Blendpartner erheblich abweichen. Vor dem Einsatz bei erhöhten Temperaturen immer das technische Datenblatt (TDS) und das Sicherheitsdatenblatt (SDS) des jeweiligen Herstellers beachten -- insbesondere bei Lebensmittelkontakt oder in der Nähe von Hitzequellen.
Messverfahren im Vergleich
Die folgenden vier Verfahren begegnen dir in Datenblättern am häufigsten. Sie messen jeweils etwas anderes -- und genau deshalb lohnt es sich, die Unterschiede zu kennen.
Glasübergangstemperatur (Tg)
Die Tg ist die Temperatur, bei der ein amorpher Kunststoff vom glasartigen in den gummiartigen Zustand übergeht. Unterhalb der Tg ist das Material hart und spröde, oberhalb wird es weich und verformbar.
- Was sie aussagt: Untere Grenze der Erweichung. Für amorphe Materialien (ABS, PC, PETG) ist die Tg die wichtigste Kenngröße für die Einsatztemperatur.
- Einschränkung: Bei teilkristallinen Materialien (Nylon, POM, PBT, PP) ist die Tg oft weit unter 0°C, trotzdem sind sie bei Raumtemperatur steif -- weil die kristallinen Bereiche das Material zusammenhalten, bis der Schmelzpunkt erreicht wird.
- Messung: DSC (Differential Scanning Calorimetry) oder DMA (Dynamic Mechanical Analysis).
HDT -- Heat Deflection Temperature
Die HDT (auch Wärmeformbeständigkeitstemperatur) misst, bei welcher Temperatur sich ein Prüfkörper unter definierter Last um einen bestimmten Betrag (meist 0,25 mm) durchbiegt. Genormt nach ISO 75 / ASTM D648.
Es gibt zwei Varianten, und die Unterschiede sind erheblich:
| Variante | Biegespannung | Typisch für |
|---|---|---|
| HDT-A (ISO 75, Method A) | 1,8 MPa (≈ 18 kg auf 1 cm²) | Konservativ -- näher an der Realität bei belasteten Teilen |
| HDT-B (ISO 75, Method B) | 0,45 MPa (≈ 4,5 kg auf 1 cm²) | Optimistisch -- oft in Datenblättern, weil die Werte höher ausfallen |
Achtung: Manche Hersteller geben nur HDT-B (0,45 MPa) an, weil die Zahlen besser aussehen. Ein Material mit "HDT 120°C" bei 0,45 MPa kann bei 1,8 MPa schon bei 80°C versagen. Beim Vergleich immer auf die Prüfbedingung achten!
- Was sie aussagt: Praxisnahe Einschätzung, bis wann ein belastetes Teil formstabil bleibt.
- Einschränkung: Nur ein Biegeversuch -- sagt nichts über Zugfestigkeit, Kriechverhalten oder Langzeitstabilität bei Temperatur.
Vicat-Erweichungstemperatur (VST)
Die VST nach ISO 306 misst, bei welcher Temperatur eine Prüfnadel (1 mm² Querschnitt) unter definierter Last 1 mm tief in die Oberfläche eindringt. Die Temperatur wird kontinuierlich erhöht.
Auch hier gibt es verschiedene Varianten:
| Variante | Last | Heizrate | Beschreibung |
|---|---|---|---|
| VST-A50 | 10 N (≈ 1 kg) | 50 °C/h | Standard, schnelle Heizrate |
| VST-A120 | 10 N (≈ 1 kg) | 120 °C/h | Schnelle Heizrate, Werte etwas höher |
| VST-B50 | 50 N (≈ 5 kg) | 50 °C/h | Höhere Last, konservativer |
| VST-B120 | 50 N (≈ 5 kg) | 120 °C/h | Höhere Last, schnelle Heizrate |
- Was sie aussagt: Wann die Oberfläche nachgibt -- relevant für Kontaktstellen, Lager, Passungen.
- Einschränkung: Nur ein Oberflächentest. Ein Teil kann seine Gesamtform behalten, auch wenn die VST überschritten ist.
Dauergebrauchstemperatur (UL 746B / RTI)
Die Dauergebrauchstemperatur gibt an, bei welcher Temperatur ein Material über Monate bis Jahre eingesetzt werden kann, ohne signifikant an mechanischen oder elektrischen Eigenschaften zu verlieren. Genormt nach UL 746B als RTI (Relative Thermal Index).
- Was sie aussagt: Langzeiteignung -- besonders relevant für Teile, die dauerhaft warm werden (Motorhalter, Elektronikgehäuse).
- Einschränkung: Deutlich niedriger als HDT oder VST, weil thermische Alterung (Oxidation, Kettenabbau) über Zeit wirkt.
Was nehme ich wann?
| Frage | Relevantes Messverfahren |
|---|---|
| "Wie warm darf mein Teil kurzzeitig werden?" | HDT-A (1,8 MPa) |
| "Überlebt das Teil im Auto hinter der Windschutzscheibe?" | HDT-B (0,45 MPa), da geringe Last |
| "Hält die Oberfläche einer heißen Schraube stand?" | VST-B50 |
| "Kann ich das Teil dauerhaft neben dem Motor montieren?" | Dauergebrauchstemperatur / RTI |
| "Ab wann wird das Material grundsätzlich weich?" | Tg (amorph) oder Tm (teilkristallin) |
Filamente für hohe Temperaturen (>100°C)
Für Anwendungen, die über 100°C formstabil bleiben müssen, kommen nur bestimmte Materialien in Frage. Die meisten davon brauchen eine Einhausung gegen Warping. Ein All-Metal-Hotend ist erst ab ~300°C Düsentemperatur nötig (PPA, PPS, PPSU, PEKK) -- ABS, ASA, Nylon oder PC lassen sich auch auf Druckern wie dem MK3S+ oder MK4S drucken.
| Material | Tg | HDT-A (1,8 MPa) | HDT-B (0,45 MPa) | VST-A50 (10 N) | Dauergebrauch | Druckbarkeit |
|---|---|---|---|---|---|---|
| HT-PLA (getempert) | 60°C | ~120°C† | ~140°C† | ~165°C† | 50°C | Einfach + Tempern |
| ABS | 105°C | ~90°C | ~100°C | ~105°C | 80°C | Mittel (Einhausung) |
| ASA | 105°C | ~90°C | ~100°C | ~105°C | 80°C | Mittel (Einhausung) |
| PA6 | ~50°C‡ | ~65°C | ~160°C | ~200°C | 100°C | Mittel (trocken!) |
| PA6-CF | ~50°C‡ | ~180°C | ~200°C | ~215°C | 120°C | Mittel--Schwer |
| PA6.6 (rein) | ~70°C‡ | ~75°C | ~200°C | ~230°C | 120°C | Schwer (270--290°C!) |
| PA6.6-CF | ~70°C‡ | ~250°C | ~270°C | ~260°C | 150°C | Schwer (trocken!) |
| PA11 | ~50°C‡ | ~150°C | ~185°C | ~195°C | 130°C | Mittel (Einhausung) |
| PA12 | ~40°C‡ | ~140°C | ~170°C | ~175°C | 110°C | Mittel (Einhausung) |
| PA12-CF | ~40°C‡ | ~170°C | ~180°C | ~180°C | 120°C | Mittel--Schwer |
| PET | ~80°C§ | ~80°C | ~200°C | ~240°C | 100°C | Mittel--Schwer |
| PC | 150°C | ~130°C | ~140°C | ~150°C | 120°C | Schwer |
| PBT-PC Blend | ~120°C | ~100°C | ~120°C | ~130°C | 100°C | Mittel--Schwer |
| PPA | 125°C | ~100°C | ~140°C | ~150°C | 120°C | Schwer |
| PPS | 90°C‡ | ~200°C | ~260°C | ~275°C | 220°C | Sehr schwer |
| PPSU | 220°C | ~180°C | ~200°C | ~220°C | 180°C | Sehr schwer |
| PEKK | 160°C | ~160°C | ~280°C | ~300°C | 260°C | Sehr schwer |
†HT-PLA: Im Rohzustand kaum besser als Standard-PLA. Die hohen HDT-Werte gelten nur nach Tempern (80--100°C, 1--2 h). Dabei kristallisiert das PLA nach, was die Formbeständigkeit drastisch erhöht -- aber die Teile schrumpfen und verziehen sich leicht. Maßhaltige Teile ggf. mit Aufmaß drucken. Die Dauergebrauchstemperatur bleibt niedrig, weil PLA auch getempert langfristig zu thermischem Abbau neigt.
§PET: Tg ähnlich wie PETG (~80°C), aber teilkristallin mit Schmelzpunkt 250°C. Die HDT-B und VST liegen deshalb weit über PETG. HDT-A unter Last ist durch die niedrige Tg begrenzt; Tempern nach dem Druck kann die Kristallinität und damit die Werte weiter steigern.
‡Nylon und PPS: Tg weit unter der Einsatzgrenze -- bei diesen teilkristallinen Materialien sorgt die Kristallinität für Formstabilität bis in die Nähe des Schmelzpunkts (PA6: 220°C, PA6.6: 260°C, PA11: 200°C, PA12: 178°C, PPS: 285°C). CF-Verstärkung (Kurzfaser) erhöht die Steifigkeit und HDT nochmals deutlich. PA11 (z.B. Prusament PA11, Polymaker PA11) ist biobasiert (aus Rizinusöl) und nimmt deutlich weniger Wasser auf als PA6 -- dadurch einfacher zu lagern und zu drucken. Achtung: Viele Nylon-Filamente (z.B. Sunlu Easy PA, eSun ePA) sind PA6-Copolymere oder modifizierte Blends mit niedrigerem Schmelzpunkt. Diese drucken bei 230--250°C, haben aber auch deutlich geringere Hitzebeständigkeit als reines PA6.6. Immer das Datenblatt des Herstellers prüfen -- die Werte oben gelten für reine, unverstärkte Typen.
Tipp: ABS und ASA sind der einfachste Einstieg für hitzebeständige Drucke. Wer zwischendurch mal >100°C braucht und kein Hotend-Upgrade will, kann HT-PLA tempern -- allerdings mit Einschränkungen bei Maßhaltigkeit und Langzeitstabilität. Für dauerhaft hohe Temperaturen unter Last sind PA6.6-CF oder PC die bessere Wahl. PPA, PPS, PPSU und PEKK sind Industriematerialien, die Spezial-Equipment erfordern.
Filamente für tiefe Temperaturen (<0°C)
Die meisten Filamente werden bei Kälte spröde. Einige teilkristalline Materialien behalten aber auch unter 0°C ihre Zähigkeit, weil ihre Tg weit im Minus liegt:
| Material | Tg | Einsatz bei Kälte | Anmerkung |
|---|---|---|---|
| PP | -10°C | Gut bis -10°C | Lebensmittelecht, chemisch beständig |
| PVDF | -35°C | Gut bis -30°C | Chemisch fast unzerstörbar |
| PA6 (Nylon) | ~50°C* | Bedingt | Wird unterhalb Tg spröder, aber Kristallinität hilft |
| POM | -60°C | Sehr gut bis -40°C | Ideal für Kälte: steif, zäh, gleitet gut |
| TPU | variabel | Gut | Bleibt elastisch bis ca. -30°C (Shore-abhängig) |
*Nylon: Tg bei ~50°C klingt hoch, aber die teilkristalline Struktur sorgt dafür, dass Nylon auch bei Kälte noch brauchbar ist -- allerdings spröder als bei Raumtemperatur.
Tipp: Für echte Kälteanwendungen (Outdoor-Robotik, Gefriertechnik, Wintersport) sind POM und TPU die beste Wahl. POM für steife Teile, TPU für flexible.