Früher dachten die meisten Menschen, 3D-gedruckte Modelle und Teile seien spröde und schwach. Seitdem hat sich jedoch in Bezug auf die Haltbarkeit viel getan. Heutzutage können Sie starke 3D-Druckerfilamente verwenden, die selbst den härtesten Bedingungen standhalten.
Allerdings ist das verwendete 3D-Filament mitentscheidend dafür, wie stabil Ihr 3D-Druckmodell oder -teil sein wird. In kritischen Belastungssituationen sollten Sie 3D-Druckerfilamente verwenden, die sich nicht verformen lassen.
Wenn Sie wissen, wie stark Ihr Filament ist, können Sie bessere Entscheidungen treffen, wenn es darum geht, die besten Materialien für Ihre Modellteile und das Gesamtdesign zu wählen, das Sie wählen sollten.
In diesem Artikel werden einige der stärksten auf dem Markt erhältlichen 3D-Drucker-Filamente kurz vorgestellt und es wird erläutert, warum sie als die stärksten gelten. Außerdem erfahren Sie ein paar Tipps, wie Sie die Filamente verwenden können, um starke und langlebige 3D-Druckmodelle herzustellen.
Bevor wir jedoch beginnen, sollten wir die Stärke in diesem Zusammenhang etwas besser verstehen.
Was bedeutet Festigkeit?
Es gibt viele Faktoren, die die Festigkeit eines 3D-Druckerfilaments bestimmen, aber dieser Artikel konzentriert sich hauptsächlich auf die Zugfestigkeit. Diese Messung wird normalerweise mit der Bruchdehnung in Verbindung gebracht.
Die Bruchdehnung gibt an, wie weit das Material gezogen und gedehnt werden kann, bevor es bricht, und kann auch zur Messung der Schlagfestigkeit des Bauteils verwendet werden.
Es ist jedoch wichtig zu bedenken, dass das verwendete Material nicht immer die Festigkeit der gedruckten Teile bestimmt. Auch die Druckeinstellungen, Nachbearbeitungsmethoden und die Art des Designs können sich auf die Festigkeit Ihres 3D-Modells auswirken.
Abgesehen davon sind Filamente auf Polycarbonatbasis in der Regel die stärksten von allen. Das liegt daran, dass Polycarbonat-Filamente eine einzigartige mechanische Struktur haben, die speziell auf ihre Widerstandsfähigkeit und Festigkeit getestet wurde. Aus diesem Grund ist Polycarbonat eine Komponente, die im technischen Bereich weit verbreitet ist.
Arten von Festigkeit
- Zugfestigkeit
Sie gibt an, wie viel Verformung das Material aushalten kann, wenn es gedehnt oder gezogen wird. Diese Angabe gibt dem Benutzer eine Vorstellung davon, wie stark er das Objekt belasten kann, bevor es bricht oder versagt. Kohlefaser-, Polycarbonat- und PEEK-Filamente weisen einige der besten Zugfestigkeitsbewertungen auf.
- Schlagzähigkeit
Hier wird die Fähigkeit des Filaments gemessen, Stöße zu verkraften, ohne zu brechen oder zu zerbrechen. Je höher die Schlagzähigkeit eines Filaments ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass es bei einer plötzlichen Belastung bricht oder zerbricht. Nylon und Polycarbonat sind Beispiele für Filamente mit außergewöhnlicher Schlagzähigkeit.
- Chemische Beständigkeit
Chemische Beständigkeit kommt ins Spiel, wenn Sie es mit rauen Umgebungen und chemischen Komponenten zu tun haben. PEEK-, Polycarbonat- und Nylon-Filamente weisen eine hohe chemische Beständigkeit auf und sind ideal für den Einsatz in rauen chemischen Umgebungen.
Die stärksten 3D-Drucker-Filamente
Da Sie nun einige der Stärken kennen, auf die wir eingehen werden, hier die Liste der stärksten 3D-Filamente auf dem Markt.
1. Polycarbonat-Filamente
Polycarbonat (PC)-Filamente sind bekannt für ihre Temperaturbeständigkeit, hohe Schlagfestigkeit und hervorragende Zähigkeit. Es ist ein starkes 3D-Filament, das leichte und transparente Eigenschaften hat. 3DXTECH sind einige der besten auf dem Markt.
VERFÜGBAR AUF MATTERHACKERS
Eine kürzlich durchgeführte Studie hat gezeigt, dass Polycarbonat-Filamente eine Zugfestigkeit von mehr als 5200 PSI haben, was sie zu einem der härtesten 3D-Drucker-Filamente macht.
Polycarbonat-Filamente haben eine hohe UV- und Chemikalienbeständigkeit und können Temperaturen von bis zu 140 Grad Celsius standhalten. Darüber hinaus können Sie Polycarbonat-Filamente als Additiv verwenden, um die Eigenschaften eines ABS-Filaments zu verbessern. Diese Eigenschaften zusammengenommen ermöglichen es Ihnen, funktionale Prototypen zu drucken.
Polycarbonat-Filamente haben eine viel höhere Glasübergangstemperatur als herkömmliche Kunststoff-Filamente, weshalb sie auch eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen. ABS-Filamente kommen den Polycarbonaten in Bezug auf die Festigkeit am nächsten, haben aber eine um 40 Grad Celsius niedrigere Temperaturbeständigkeit als Polycarbonate.
Sie können dünne Polycarbonatdrucke bei Raumtemperatur biegen, ohne sich Gedanken über Risse und Biegungen zu machen. Polycarbonat-Filamente haben eine Tragfähigkeit von etwa 865 Pfund und eine Festigkeit von 9800 PSI. Um richtig zu drucken, benötigen Sie ein auf 110 Grad Celsius beheiztes Bett.
2. ABS-Filamente
ABS-Filamente (Acrylnitril-Butadien-Styrol) gehören zu den ersten Thermoplasten für den 3D-Druck. Dennoch ist es aufgrund seines niedrigen Preises und seiner Vielseitigkeit immer noch ein relativ beliebtes Material.
Leider beginnen jedoch immer mehr Menschen, ASA- und PETG-Filamente aufgrund ihrer besseren Eigenschaften gegenüber ABS-Filamenten zu bevorzugen.
PREIS AUF MATTERHACKERS
Eine kürzlich durchgeführte Studie hat gezeigt, dass ABS-Komponenten eine Zugfestigkeit von über 4500 PSI haben, wodurch ABS-Filamente im Vergleich zu Polycarbonat-Filamenten eine geringere Zugfestigkeit aufweisen. Dennoch entscheiden sich einige für ABS anstelle von Polycarbonaten, weil es leicht zugänglich und relativ einfach im 3D-Druck ist.
Sie können ABS-Filamente für den Druck von Automobilkomponenten und Funktionsprototypen verwenden. Dies ist besonders wichtig, wenn das Endprodukt hohen Temperaturen standhalten muss, wie in einem Fahrzeug, das direktem Sonnenlicht ausgesetzt ist.
Sie können Ihr 3D-Druckmodell aus ABS-Filament auch mit Aceton nachbearbeiten. Dadurch erhält Ihr gedrucktes Modell eine glatte Oberfläche mit einem glänzenden Gesamtbild. Aus diesem Grund sollten Sie ABS-Filamente in Betracht ziehen, wenn Sie ästhetische Figuren und Modelle drucken möchten.
Wie die meisten anderen Hochtemperatur-Thermoplaste neigen ABS-Filamente jedoch dazu, sich leicht zu verziehen und zu verformen. Obwohl Sie diese Art von Filamenten auf vielen preisgünstigen 3D-Druckern verwenden können, ist es hilfreich, wenn Sie in einem 3D-Druckergehäuse drucken.
3. Nylon-Filamente
Nylon-Filamente sind bekannt für ihre geringe Reibung und ihre hervorragende mechanische Festigkeit. Nylonmaterial wird häufig im SLS-3D-Druck verwendet. Viele FDM-3D-Drucker aus Nylon können diese Filamente verarbeiten.
Nylon-Filamente haben eine Schlagzähigkeit von etwa 75 kJ/m2, die höher ist als die von PETG-, ABS- und PLA-Filamenten, was Nylon zu einem der besten Materialien für 3D-Druckanwendungen mit hoher Schlagzähigkeit macht. Darüber hinaus machen seine geringe Reibung und hohe Schlagfestigkeit es zu einem idealen Material für Maschinenteile, Zahnräder, Scharniere und Vorrichtungen.
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Das Problem mit Nylon-Filamenten ist, dass sie sich leicht verformen und hygroskopisch sind, also die gleichen Probleme wie Polycarbonat-Filamente haben. Wenn Sie also 3D-Drucke aus Nylon ohne Komplikationen drucken möchten, müssen Sie in einer fein kontrollierten und gut verwalteten Druckumgebung erstellen.
Nylon-Filamente haben eine unglaubliche Zugfestigkeit von ca. 7000 PSI, was weit über dem liegt, was Sie mit anderen Filamenten erreichen. Es ist äußerst hitze- und chemikalienbeständig und eignet sich daher perfekt für den Einsatz in großen Organisationen und Industrien.
Fachleute und Experten in der Nylonindustrie suchen nach Möglichkeiten, dieses Material durch die Beimischung von Glasfaser- und Kohlefaserpartikeln zu verbessern. Diese Zusätze können dazu beitragen, dieses Material stärker und widerstandsfähiger zu machen.
Hier finden Sie eine Übersicht über die besten Nylonfäden.
4. PEEK-Filamente
PEEK-Filamente sind eines der vertrauenswürdigsten und zuverlässigsten Materialien im Bereich des 3D-Drucks. PEEK, die Abkürzung für Polyetheretherketon, ist ein teilkristalliner Thermoplast. Er ist bekannt für seine hohe chemische Beständigkeit und seine ausgezeichnete Festigkeit.
Bei seiner Herstellung findet ein Prozess statt, der als Phasenpolymerisation bezeichnet wird und bei hohen Temperaturen abläuft. Dieser Prozess macht es sehr widerstandsfähig gegen chemischen, biologischen und organischen Abbau in fast allen Arten von Umgebungen mit Betriebstemperaturen von etwa 250 Grad Celsius.
VERFÜGBAR AUF MATTERHACKERS
Da PEEK-Filamente Sterilisationsprozesse vereinfachen und die Feuchtigkeitsaufnahme verringern, werden sie zunehmend von Unternehmen im medizinischen Bereich für ihre 3D-Druckanforderungen eingesetzt. Polyetherketon-Filamente haben eine Zugfestigkeit von ca. 7250 PSI, was sie zu einem idealen thermoplastischen Hochleistungsmaterial für High-End-Anwendungen macht.
PEEK-Filamente haben außerdem ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Sein Elastizitätsmodul ähnelt dem des menschlichen Knochens, was es zu einem idealen Material für medizinische Anwendungen macht. Seine Hochtemperaturbeständigkeit und sein geringes Gewicht machen es zu einem nützlichen Material für die Luft- und Raumfahrt.
Dieser Hochtemperatur-Thermoplast erfordert eine spezielle Druckumgebung, um gute Drucke zu erzeugen, und ist nicht nur schwer zugänglich, sondern auch wesentlich teurer als andere Thermoplaste. Daher ist er in der Regel für große industrielle Anwendungen reserviert. Mit der richtigen Ausrüstung und einem geeigneten 3D-Drucker, wie dem Creatbot F160, können Sie jedoch auch zu Hause großartige Ergebnisse mit dieser Art von Filament erzielen.
5. TPU (Thermoplastisches Polyurethan) Filamente
Obwohl es sich bei TPU-Filamenten im Allgemeinen um biegsame Filamente handelt, sind sie sehr stark, wenn es um Chemikalien- und Abriebfestigkeit, Schlagfestigkeit und Verschleißfestigkeit geht. Sie sind außerdem sehr langlebig und haben hervorragende Stoßdämpfungseigenschaften.
Die Flexibilität eines Thermoplastischen Polyurethan-Filaments hängt davon ab, welche Materialien zusammengemischt werden. Dies variiert in der Regel von Hersteller zu Hersteller, die entweder eine hohe Elastizität oder eine hohe Steifigkeit bieten können.
VERFÜGBAR AUF ESUN
Die meisten TPU-Filamente können unglaublich hohe Lasten und Belastungen aushalten, bevor sie brechen. Seine hohe Verschleißfestigkeit, seine hervorragenden Abriebeigenschaften und seine starke chemische Beständigkeit machen es perfekt für den Druck von Prothesen, Handyhüllen, Schutzkleidung und sogar Schuhen.
Das Gute an TPU-Filamenten ist, dass sie keine High-End-3D-Drucker erfordern und bei niedrigen Temperaturen verwendet werden können. Ihre flexible Beschaffenheit macht es jedoch schwierig, 3D-Modelle mit Bowden-Extrudern zu drucken.
Sie müssen den 3D-Druck mit sehr langsamen Geschwindigkeiten durchführen, wenn Sie ein Verklemmen des heißen Endes vermeiden wollen. Außerdem sollten Sie bedenken, dass die Einstellung höherer Füllwerte bei TPU-Komponenten zu steiferen 3D-Teilen führt und umgekehrt.
6. Kohlenstofffaser-Filamente
Kohlefaserfilamente sind dünne Fäden mit einer Kohlenstoffatomstruktur. Die erhöhte Festigkeit dieses Materials ist darauf zurückzuführen, dass die Kohlenstoffatome in einem kristallinen Format angeordnet sind. Das Ergebnis sind haltbare und starke Fäden, die sich perfekt für die Automobilindustrie und ähnliche Anwendungen eignen.
Das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht ist bei Kohlefaserfilamenten im Vergleich zu allen anderen in dieser Liste wohl am höchsten. Bei Biegefestigkeitstests an 3 Punkten zeigt Kohlefaser eine 20 Prozent höhere Streckgrenze als Aluminium und eine achtmal höhere als ABS-Filamente. Carbonfaser hat eine Biegefestigkeit von 540 MPA, ist also 16-mal steifer und fünfmal stärker als Nylonfilamente wie Onyx.
VERFÜGBAR AUF MATTERHACKERS
Die meisten 3D-Druck-Online-Shops verkaufen 2KG PETG Carbon Fiber für etwa $170 oder so. Okay, ja, es ist ein unglaublich hochwertiges 3D-Druckmaterial, aber Sie müssen das große Geld ausgeben, um dieses hochwertige Filament zu bekommen. Es ist resistent gegen chemische und korrosive Einflüsse und ist unglaublich leicht.
Dank seiner unglaublichen Festigkeit verfügt es außerdem über eine hervorragende Dimensionsstabilität, die das Risiko von Schrumpfung und Kollisionen verringert. All diese Eigenschaften machen sie zu einem idealen Material für die Automobil- und Luftfahrtindustrie.
Sie können Kohlefaser auch für andere 3D-Filamente wie Nylon, PETG und Polycarbonat verwenden. Das Material, das aus dieser Kombination entsteht, ist ein 3D-Filament mit kohlenstoffdurchzogenen kurzen Fasern. Dies erhöht die Abriebfestigkeit und Härte. Im Vergleich zu Modellen, die mit normalen 3D-Filamenten gedruckt werden, können Teile aus kohlefaserbasierten Filamenten außerdem viel steifer und leichter sein.
Da Kohlefaserfilamente so hart sind, benötigen Sie für den Druck eine Düse mit Rubinspitze oder aus Edelstahl. Standarddüsen aus Bronze sind nicht geeignet und nutzen sich schneller ab, als Sie blinzeln können. Und auch hier gilt: Achten Sie darauf, dass Sie mit langsamen Geschwindigkeiten drucken, wenn Sie ein gutes Endergebnis erzielen wollen. Der Druck bei diesen Geschwindigkeiten sorgt für eine gleichmäßigere Druckqualität und verringert das Risiko von Verstopfungsproblemen.
Fazit
Die in diesem Artikel vorgestellten Studien, Festigkeitswerte und Testergebnisse zeigen, dass Polycarbonat-Filamente die stärksten 3D-Filamente von allen sind. Sie sind nicht nur ideal für Hochleistungsanwendungen, sondern haben auch ein hervorragendes Verhältnis zwischen Gewicht und Festigkeit.
Die besten Alternativen zu Polycarbonat sind ABS-, Nylon- und Kohlefaser-Filamente, da sie wie PC ebenfalls sehr hohe Festigkeitswerte aufweisen.
Abgesehen davon sind alle Filamente auf dieser Liste hochwertige 3D-Filamente, mit denen Sie einige der stärksten 3D-Druckteile herstellen können. Der 3D-Druck hat einen langen Weg hinter sich, und das gilt auch für die Teile und das Zubehör, die für ein angenehmes und erfolgreiches Gesamterlebnis notwendig sind. Jetzt wissen Sie hoffentlich, wo die Stärken liegen.
