ABS und PLA für den 3D-Drucker: Welches Material eignet sich wofür?

Ein 3D-Drucker baut dreidimensionale Objekte. Das Material wird in dünnen Schichten aufgetragen. Das dreidimensionale Werkstück wächst langsam an, denn jede Schicht ist wie ein waagerechter Schnitt durch das gewünschte Objekt. Jede neue Schicht haftet auf der darunterliegenden, sodass das dreidimensionale Werkstück nach und nach wächst. Die Basis für den 3D-Druck bildet ein 3D-Modell, das einfach personalisiert, modifiziert und sofort gedruckt werden kann. Um die Werkstücke zu erstellen, werden Filamente eingesetzt. Zu den am meisten eingesetzten Kunststoffen zählen ABS und PLA.

Was ist ABS? Für welche Druckvorhaben eignet es sich besonders?

Das ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat)-Filament ist ein häufig verwendetes Material, das eingesetzt wird, um 3D-Drucker zu befüllen. Der Kunststoff wird auch als "Urform" der Filamente bezeichnet, weil es im 3D-Drucker vor PLA eingesetzt wurde. Der sehr feste und formstabile Kunststoff gehört zu den amorphen Thermoplasten. Der Kunststoff ist mit Lego-Bausteinen vergleichbar und zeichnet sich durch Zähigkeit, Formstabilität, Stoßfestigkeit, Biegsamkeit, Kerbschlagfestigkeit sowie Witterungsbeständigkeit aus. ABS wird auf Petroleumbasis hergestellt und ist daher schlagfester und härter. Das Filament lässt sich kleben, feilen oder schneiden. Mithilfe von Aceton ist es möglich, die Oberfläche glatt und glänzend zu machen. ABS ist im allgemeinen stabiler gegen Chemikalien und zeigt eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Sonnenlicht, Überhitzung und Feuchtigkeit. In der Regel erscheint ABS glänzend, kann aber auch stark variieren. Der 3D-Drucker muss mit einem beheizten Druckbrett arbeiten, weil es zu Verformungen kommen kann, wenn das Druckmaterial eingesetzt wird. Beim Extrudieren wird ein leichter Geruch freigesetzt, der verbranntem Kunststoff ähnelt. Wird im 3D-Drucker ABS eingesetzt, weisen die Druckteile eine Biegung auf, weswegen sie weniger spröde sind.

Das Filament wird aufgrund der hohen Oberflächenhärte bevorzugt für Druckobjekte verwendet, die hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Der Kunststoff ist alterungsbeständig und bietet eine hohe elektrische Durchschlagsfähigkeit (150 kV/mm), weswegen es für Armaturen gut geeignet ist. ABS eignet sich besonders für das FDM-Druckverfahren (Fused Deposition Modeling). Das Filament ist weicher, plastisch leichter verformbar sowie besser nachzubearbeiten.

Vor- und Nachteile von ABS

Vorteile Nachteile
  • schlagzäh
  • hohe Steifigkeit
  • nach dem Druck bis ca. 95 Grad formstabil
  • Oberflächenbeschaffenheit ist glatter und glänzender als PLA
  • schlagfester und härter
  • bessere Nachbearbeitung, da plastisch leichter verformbar
  • hohe elektrische Durchschlagsfähigkeit
  • Warping
  • unangenehmer Plastikgeruch beim Drucken
  • höherer Energieaufwand durch hohe Schmelztemperatur (ca. 220-250 Grad)
  • nur auf einem 3D-Drucker mit beheizbarer Bauplattform zu verarbeiten
  • biologisch nicht abbaubar
  • entflammbar

Was ist PLA? Für welche Druckvorhaben eignet es sich besonders?

Bei PLA (Polyactid) handelt es sich um einen Kunststoff, der aus regenerativer Stärke wie beispielsweise Zuckerrohr oder Mais besteht. Das Material ist biologisch abbaubar und erzeugt beim Extrudieren einen kaum wahrnehmbaren süßliche Geruch. Je nach Farbe und Ausführung schwankt die Temperatur beim Extrusionsverfahren zwischen 160 und 200 Grad. Wird im 3D-Drucker PLA eingesetzt, ist die Oberfläche des Objekts leicht glänzend. Objekte, die mit diesem Filament hergestellt wurden sind starrer als ABS-Teile. Im Vergleich zu ABS ist PLA während des Druckvorgangs klebriger und weniger verformungsanfällig. Der Beginn der Verformung (Formbeständigkeitspunkt) von PLA liegt bei 60 Grad.

PLA bietet eine Vielzahl an Lichtdurchlässigkeiten und Farben. Durch die glänzende Haptik ist das Material für den 3D-Drucker für den Haushaltsgebrauch und Darstellungszwecke beliebt. Das Filament erkaltet und haftet schneller, was einen 3D-Druck mit erhöhter Geschwindigkeit ermöglicht. Schulen und Bastler verwenden PLA, weil das Material geringere Schichthöhen, eine höhere Maximaldruckgeschwindigkeit und schärfer gedruckte Ecken ermöglicht. PLA ist ideal für Anwendungen im Möbelbereich, da es schwer entflammbar ist und eine hohe UV-Beständigkeit aufweist. Auch im Modellbau wird PLA bevorzugt, weil es eine geringe Dichte aufweist und sehr leicht ist. Zu den typischen Erzeugnissen zählen Dosen, Folien, Becher oder Schalen. Aceton hat keinen Einfluss auf das Filament, das jedoch im Allgemeinen glattere sowie glänzendere Drucke hervorbringt. Das Filament weist sehr gute physikalisch-mechanische Eigenschaften auf und stellt deshalb keine speziellen Anforderungen an das zu druckene Bauteil. Obwohl der Biokunststoff sich zersetzt, erfolgt die Zersetzung sehr langsam. Deshalb ist eine kommerzielle Kompostierung erforderlich, was einen zusätzlichen Aufwand für den Verbraucher darstellt.

Vor- und Nachteile von PLA

Vorteile Nachteile
  • einfacher zu drucken
  • glänzende und glattere Haptik
  • große Auswahl an Lichtdurchlässigkeit und Farben
  • pflanzlicher Ursprung
  • biologisch abbaubar
  • kaum wahrnehmbarer Geruch beim Extrudieren
  • weniger verformungsanfällig
  • erkaltet und haftet schnell
  • keine Verformungsgefahr der Werkteile bei hohen Temperaturen
  • gute Lichtbeständigkeit
  • nicht entflammbar
  • keine Heizbrett erforderlich
  • gute physikalisch-mechanische Eigenschaften
  • für Einsteiger geeignet
  • hartes Filament, aber spröder beim Biegen
  • anfälliger für Sonnenlicht und Feuchtigkeit
  • Gefahr der Überhitzung während der Verarbeitung
  • kann bei Überhitzung tropfen
  • muss kommerziell kompostiert werden

Fazit

Es stehen zwar weitaus mehr Filamente für den 3D-Drucker zur Auswahl, doch in der Regel fällt die Wahl auf ABS oder PLA. Für Einsteiger eignet sich PLA besser, denn es treten beim Druck kaum nennenswerte Probleme auf und das Material lässt sich einfacher drucken. Der 3D-Druck mit ABS gestaltet sich etwas schwieriger, denn es kann zu so genannten "Abbildungen" (Warp-Effekt) kommen. Dabei kommt es durch das Aufwölben eines Bauteils infolge unterschiedlicher Abkühltemperaturen der verschiedenen Schichten zu Einspannungen. Bei PLA treten keine Haftungsprobleme auf, während ABS schlechter auf der Bauplattform haftet. Aufgrund der guten Schlagzähigkeitseigenschaften von ABS ist die Nachbehandlung der Teile durch drehen, bohren oder beschichten besser als bei PLA. Beim 3D-Druck mit ABS sollten gewisse Erfahrungswerte vorhanden sein, weshalb sich dieses Filament eher für fortgeschrittene Anwender eignet.

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