3D-Drucker | Artikel | Reviews

3D-Drucker: Polymaker PLA, ABS, TPU95, CoPa und PA6-GF Review


Polymaker produziert und vertreibt qualitativ hochwertiges Filament für 3D-Drucker. Neben den Standard-Filamentsorten wie PLA, PETG und ABS bietet das Unternehmen auch Kunststoffe an, die üblicherweise für industrielle Anwendungen konzipiert worden sind. Zu den Hochleistungs-Filamenten zählen das Polymide PA6-GF, das PolyMax PC und das Polymide CoPa (Nylon). Diese Kunststoffe sind für den professionellen Einsatz entwickelt worden, eignen sich jedoch auch für 3D-Drucker mit FDM-Verfahren. Wie diese Materialien mit einem 3D-Drucker wie dem Prusa i3 MK3S verarbeitet werden können und welche Vorteile die Materialeigenschaften mit sich bringen, zeigen wir in dem folgenden Artikel.

3D-Drucker können verschiedene Kunststoffe verarbeiten, die in drei Säulen unterteilt werden können. Zum einen gibt es klassische Materialien wie PLA, PETG, ASA, ABS und HIPS für allgemeine Anwendungen und zum anderen Materialien wie PA/Nylon, PC, PC/ABS, PC/ASA und TPU, die insbesondere für anspruchsvolle Projekte im Engineering-Bereich entwickelt wurden. Diese Materialien eignen sich eher weniger für detaillierte Objekte und setzen auf reine Funktionalität. In der dritten Säule befinden sich die Hochleistungsmaterialien wie Ultem/PEI, PEEK und PSU. In diesem Artikel möchten wir uns vor allem mit Kunststoffen von Polymaker befassen, die im Engineering-Bereich angesiedelt sind und gerade so noch mit einem E3D V6 Vollmetall-Hotend verarbeitet werden können. Für die Hochleistungskunststoffe sind Hotendtemperaturen von 350-400°C notwending und bis zu 140°C für das Heizbett. Ein Prusa i3 MK3S erreicht maximal und unter ständiger Beobachtung eine Drucktemperatur von 300°C am Hotend und 125°C am Heizbett. 

Verpackung

Polymaker wurde 2012 gegründet und produziert Filamente mit höchsten Qualitätsstandards. Das Unternehmen erweitert seit der Gründung sein Portfolio an Filament und hebt sich durch innovative Eigenschaften des Materials deutlich von der Konkurrenz ab. Zudem setzt Polymaker mit seinen Qualitätsstandards ganz neue Maßstäbe, wobei die Nachhaltigkeit eine nicht ganz unwesentliche Rolle spielt. Polymaker hat sich zum Ziel gesetzt, Materialien für reale Anwendungen zu schaffen. Das beginnt bereits bei der Verpackung, die mit zahlreichen Informationen ausgestattet ist. Neben den wesentlichsten Druckparametern sind auf jedem Umkarton seitlich die materialspezifischen Eigenschaften aufgedruckt. Polymaker setzt dabei auf volle Transparents und zwar sowohl bei der Produktion als auch bei der Verpackung. Auf der Polymaker-Webseite finden Anwender weitere Informationen zu den Materialien. Auf der Rückseite jeder Verpackung sind außerdem die Produktfamilien von Polymaker aufgedruckt. Die meisten Filament-Hersteller veröffentlichen unvollständige oder lückenlose Datenblätter und beliefern ihre Kunden mit Verpackungen, aus denen lediglich das Material ersichtlich ist.

20190904_091553

Polymaker Verpackung

Polymaker liefert seine Filamentrollen alle in einem widerverschließbaren Vakuumbeutel mit einem Päckchen Silica-Gel aus. Je nach Material ist der Beutel sogar lichtundurchlässig. Polymaker legt aber auch auf die Filamentrolle einen besonderen Wert. Die Spulen besitzen 3 Paar Löcher, um das Filament vor dem Verpacken festzuklemmen. Eine Skala auf jeder transparenten Filamentrolle informiert den Anwender dabei über das verbleibende Gewicht und der verbleibenden Länge sowie über die Durchmessergenauigkeit. Zusätzlich sind hier auch noch einmal die wesentlichen Druckparameter vermerkt. Polymaker bewegt sich hier auf einem sehr hohen Niveau. Zusätzlich befindet sich in jeder Verpackung ein Produktinformationsblatt sowie ein toller Polymaker-Sticker mit dem Logo des Unternehmens.

Technlogie

Für das Verarbeiten der Materialien PolyMide CoPa und PolyMide PA6-GF bzw. PA6-CF ist kein geschlossener Bauraum erfoderlich, da diese Kunststoffe mit der Polymaker Warp-Free Technologie ausgestattet sind. Diese Technologie ermöglicht die Hersteller von PA-basierenden Materialien, die fast ohne jegliches Warping verarbeitet werden können. Um die innere Spannung vor dem Erstarren des Materials vollständig abzubauen, wird eine Feinsteuerung der Mikrostruktur und des Kristallisationsverfahrens von Nylon erreicht. 

Das PolyMax PC setzt auf Polymaker’s Technologie zur Nano-Verstärkung. Aus dem Herstellungsverfahren resultiert ein Filament mit ausgezeichneten mechanische Eigenschaften und sehr guten Druckeigenschaften. Durch die verbesserte Zähigkeit des Materials wird die Schlagfestigkeit enorm erhöht.

Voraussetzungen für den 3D-Druck

Für unseren 3D-Druck verwenden wir einen modifizierten Prusa i3 MK3S(PCPointer i3 MK3S). Bei dem Hotend setzen wir auf das E3D V6 Kit mit einer Nozzle X. Die Heizpatrone erreicht bei einer Leistung von 40W ihr Maximum bei etwa 300-350°C. In der Firmware ist aus Sicherheitsgründen eine Temperatur von 305°C definiert, die für die Polymaker-Filamente ausreichend ist. Auch der E3D-Thermistor kommt bei Temperaturen >300°C an seine Grenzen und liefert ab dieser Temperatur keine eindeutigen Messwerte mehr. In diesem Fall bietet sich das E3D PT100 Kit bestehend aus einem PT100-Sensor und einem Verstärker an. Damit können Werte bis 400°C gemessen werden. Auch ein Tausch des Aluminiumblocks am Hotend sollte in Betracht gezogen werden, da der Standard-Block lediglich für Temperaturen bis 350°C ausgelegt ist. Generell sollte man stets einen gewissen Puffer einplanen, um möglichst sicher zu drucken. Anspruchsvollen Anwendern empfehlen wir einen „V6 Plated Cooper Heater Block“, der bei Temperaturen bis 500°C sicher operieren kann. Auch sollte man bei abbrasiven Materialien eine „Hardened Steel Nozzles“ verwendet werden. Die E3D-Silicon-Socke kann ab 300°C natürlich nicht mehr verwendet werden. Um mit Temperaturen weit über 350°C drucken zu können, sind natürlich viele weitere Umbaumaßnahmen wie eine Heizpatrone mit mindestens 50W und ein Heizbett, das mit Temperaturen zwischen 120°C und 150°C umgehen kann, erforderlich. Dieses Vorhaben würde sich an echte Cracks richten, die mit Ultem, PEEK und anderen Hochleistungskunststoffen arbeiten.

20190830_141934

Polymaker Filament

Wärmeformbeständigkeit

Je nach Anwendungsgebiet spielt die Zuverlässigkeit von Kunststoffen eine wesentliche Rolle. Bei der Auswahl eines Materials ist insbesondere die Wärmeformbeständigkeit des jeweiligen Materials relevant. Darunter versteht man die Fähigkeit eines Prüfkörpers, seine Form unter bestimmten Belastungsbedingungen bis zu einer bestimmten Temperatur beizubehalten. Um die Wärmeformbeständigkeit von thermoplastischen Kunststoffen zu ermitteln, werden üblicherweise die Vicat-Erweichungstemperatur und die HDT (Heat Distorsion Temperature) herangezogen. 

Die Vicat-Erweichungstemperatur ist die Temperatur, bei der eine Eindringspitze mit einer Fläche von 1 mm² 1 mm tief in die Oberfläche des Prüfkörpers eindringt. Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur HDT wird nach der DIN EN ISO 75 ermittelt, indem der Prüfkörper nach dem Dreipunktbiegeprinzip belastet wird. Dafür gibt es drei verschiedene Verfahren mit maximalen Biegespannungen (1,80 MPa (Verfahren A), 0,45 MPa (Verfahren B) oder 8 MPa (Verfahren C)). Bei der HDT wird je nach Verfahren ermittelt, bei welcher Temperatur der Prüfkörper eine Randfaserdehnung von 0,2% erreicht. Man beachte hierbei, dass thermoplastische Kunststoffe keinen exakten Schmelzpunkt aufweisen und stattdessen mit zunehmender Temperatur langsam erweichen.

Welches Verfahren für die Bestimmung der Wärmeformbeständigkeit zum Einsatz kommt, ist Materialabhängig. PA6/Nylon wird beispielsweise auch in der Textilindustrie verwendet und ist daher eher Biegebelastungen ausgesetzt. In diesem Fall wird hier die HDT der Vicat-Methode vorgezogen. Deshalb findet sich beispielsweise für das Polymid PA6-GF auf der Polymaker-Webseite auch keine Angabe zur Vicat-Temperatur, sondern lediglich zur HDT.

Glasübergangstemperatur

Auch die Glasübergangstemperatur eines Materials ist bei der Auswahl eines geeigneten Filaments entscheidend. Polymere wie Nylon haben eine Glasübergangstemperatur von 60-70°C. Ab dieser Temperatur geht das Material in einen gummiartigen Zustand über, bleibt aber bis zu einer gewissen Temperatur (Vicat-Methode, HDT) formstabil. Viele Beschreibungen in Online-Shops enthalten Informationen wie „CoPA Nylon ist bis über 175°C Temperaturbeständig“. Ein genauer Blick ins Datenblatt verrät jedoch, dass damit Eigenschaften wie die Schmelztemperatur oder die Vicat-Erweichungstemperatur gemeint sind.

Für den 3D-Druck von Extruder-Teilen wird üblicherweise PETG oder besser ABS als Material verarbeitet. Beim PolyMaker ABS liegt die Glasübergangstemperatur bei 101°C und die Vicat-Erweichungstemperatur bei 104°C. Unter dieser Temperatur wird ABS nicht weich und bleibt gleichzeitig formstabil. Nylon wäre zwar formstabil bis weit über 100°C, würde aber aufgrund seiner Glasübergangstemperatur von ca. 70°C in einem gummiartigen Zustand übergehen und erweichen. Für Präzisionsteile, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, ist das Material daher eher ungeeignet.

Polyamide

In der Industrie (z.B. Automobiltechnik, Medizintechnik) findet eine ganz bestimmte Gruppe von Kunststoffen Anwendung: Polyamide. Sie gehören zu den Thermoplasten und lassen sich wunderbar mit einem 3D-Drucker verarbeiten. Ein beliebtes Polyamid ist das PA6, das aus Caprolactam hergestellt wird. Das PA6 und das PA6.6 (echtes Nylon) sind vom chemischen Aufbau her sehr ähnlich. Das PA6 ist ein sehr zähes Material mit hoher Zugfestigkeit und Elastizität. Es zeichnet sich außerdem durch eine hohe Abriebsfestigkeit aus und ist chemisch beständig gegen Säuren und Laugen. Es ist vielseitig einsetzbar und findet überwiegend in der Industrie Verwendung.

Verpackung 100%
Wicklung 98%
Rundheit 97%
Toleranz 97%
Verarbeitung 96%
Preis 94%
Fazit

Das Produktfolio von Polymaker umfasst unterschiedliche Filamentsorten, die sich sowohl an den erfahrenen professionellen Anwender wie auch an alle Einsteiger und Fortgeschrittene richten. Polymaker bietet darüber hinaus viele nützliche Informationen auf seiner Webseite. Die Datenblätter sind lückenlos und ein absolutes Muss bei der Auswahl des richten Filaments. Die qualitativ hochwertigen Materialien werden in einer schönen Verpackung geliefert und beinhalten alle empfohlenen Druckparameter für einen erfolgreichen 3D-Druck. Zusätzlich befindet sich auf jeder Spule eine Gewichts- und Längenskala. Die Polymaker-Filamente können wir alle ausnahmslos empfehlen.

Gesamtwertung 97%
Readers Rating
2 votes
88

1 Kommentar zu 3D-Drucker: Polymaker PLA, ABS, TPU95, CoPa und PA6-GF Review

  1. Tom

    Mir ist aufgefallen,dass ihr euch allmählich in Richtung 3D Druck bewegt.finde ich Klasse und der Artikel ist super.

    Die meisten Filament Reviews sind oberflächlich und kurz. das hier nenne ich Mal eine richtig gute review. Was ich aber schade finde ist, dass es kaum Materialien gibt, die bis 300 Grad druckbar sind und eine HDT von mehr als 120 Grad bieten.

    Lediglich 3DXTech hat mit dem CarbonX ein Material mit einem tg=143 Grad. Dann noch das Taulmann Alloy HDT not 120 grad. PEEK und Ultem kann ich leider nicht drucken.

Leave a Comment

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.