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Filament Ratgeber: Alternativen zu PLA für Bambu Lab P1P / P1S / X1-C
PLA ist streng genommen kein Kunststoff!
Wer Funktionsteile drucken möchte, braucht Hochleistungskunststoffe.
Eine der größten Stärken von PLA ist die geringe Verarbeitungstemperatur. Dies ist aber zugleich auch die größte Schwäche. Die Wärmeformstabilität schwankt je nach Blend zwischen 50 bis 60° Celsius. Das reicht nicht mal aus für eine Runde in der Spülmaschine!
Dieser Artikel fokussiert sich hauptsächlich auf Alternativen zu PLA für Bambu Lab 3D-Drucker.
Eine neue Testreihe von Fremdmarken-Filamenten für Bambu Lab Drucker und Vorstellung neuer Bambu Lab Filamente ist gerade im Aufbau.
Vorab gibt dieser Artikel auch Kaufempfehlungen für Third-party-PLA, die in vorherigen Testserien bestätigt wurden.
Für noch mehr Testberichte, Vergleiche und Praxis-Checks zu 3D-Druckern, Laser-Cuttern, 3D-Scannern und CNC-Maschinen lohnt sich ein Blick auf die Hauptseite von 3DHeaven – inklusive Bestenlisten für Resindrucker oder FDM-3D-Drucker sowie einem hilfreichen 3D-Drucker-Ratgeber!
Vorteile von PETG bis Nylon
✓ höhere Wärmeformbeständigkeit
✓ härtere Oberflächengüte
✓ stabiler und belastbarer
Gegenargumente von PETG bis Nylon
✗ schwieriger zu verarbeiten
✗ teuer
✗ Drucker-Tuning notwendig (hauptsächlich P1P und A1 Mini)
Praxistest mit 10 kg Zuggewicht (Auf dem Bild Fillamentum PC/ABS)
Warum kein PLA?
Schon die Wassertemperatur von 60° Celsius in Spülmaschinen reicht aus, um PLA 3D-Drucke zu verformen. Wer spülmaschinenfeste 3D-Drucke oder Funktionsteile mit erhöhter mechanischer Belastung herstellen möchte, braucht eine widerstandsfähige Alternative.
Hinzukommt, bei hohen mechanischen Belastungen spielt Oberflächenhärte bzw. Zähigkeit des Materials eine weitere Rolle. Um dauerhaft, starken Belastungen standzuhalten, müssen Kunststoffe zum einen eine harte Oberflächen gegen Außeneinwirkungen wie Zug, Druck und Abrieb aufweisen und zum anderen ein ausgewogenes Verhältnis von Materialhärte zu -flexibilität bieten.
Nun der 3D-Druck-Knackpunkt: Je besser ein Kunststoff Wärme und Last standhält, desto schwieriger ist dieser zu verarbeiten. Im Gegensatz zu PLA fordern die meisten Alternativen höhere Temperaturen von Druckdüse, -bett und -kammer, geschlossene Druckkammer und perfekt abgestimmte Slicer-Einstellungen.
Zusammenfassend sollten alle Vorteile und Nachteile des jeweiligen Kunststoffes abgewogen werden. Hier spielen nicht nur bessere Materialeigenschaften eine Rolle, sondern auch die gesundheitlichen Risiken und eine leichte Umsetzung im FDM-3D-Druckverfahren.
Alle hier gedruckten 3D-Modelle wurden auf einem Bambu Lab P1P 3D Drucker mit einer Einhausung von Comgrow 🛒 gedruckt. Die Druckkammertemperatur betrug circa 40° Celsius. (Perfekte Ergebnisse für alle vorgestellten Filamente wären eher 60 - 80° Celsius gewesen). Wer auch noch vor der Wahl des richtigen Druckers steht, findet in demRatgeber Ratgeber: Bambu Lab (Link) alle Informationen.
Weitere ausführliche Filament-Testberichte für Bambu Lab:
• P1P / P1S Original Bambu Lab Filamente (Testbericht)
• P1P / P1S Filamente PLA, PETG, ABS und TPU (Testbericht)
Extrudr Green-Tec
Fillamentum ABS
Fillamentum Nylon AF80
Polymaker PA6-CF
3DJake ab 44,99 €*
Fillamentum PC-ABS
Bildergalerie: Benchy und Two-way-Screw, letzteres zeigt die umgesetzte Maßhaltigkeit der 3D-Modelle
Zusammensetzung & Anforderungen
PLA+
Polylactide werden zum größten Teil aus Maisstärke gewonnen und sind dadurch biologisch abbaubar. PLA ist dennoch kein Fall für die Biotonne, da es nur in industriellen Kompostieranlagen abbaubar ist.
Damit PLA/PLA+ als PLA deklariert werden kann, muss es zu mindestens 60 % aus diesem bestehen. Der Rest sind Additive, Farbpigmente und Füllstoffe. Diese Zusätze verändern Farbe, Glanz, Fließverhalten, Wärmeformbeständigkeit und Belastbarkeit.
PETG
Einweg-Plastikflaschen sind aus PET. Wie jeder weiß, sind diese besonders zäh und widerstandsfähig.
PETG wird während der Polymerisation mit einem weiteren Glykol modifiziert und erhält so eine geringere Viskosität und höhere Transparenz. So ist PETG dem zähem PETG sehr ähnlich. Im Gegensatz zu PLA ist es wasser- und chemikalienbeständiger, haltbarer und weniger steif.
Green-Tec
Einer PLA-Basis werden laut Hersteller Extrudr weitere Copolyester und Additive hinzugefügt, das die technischen Eigenschaften verbessert. So erreicht Green-Tec PLA eine Wärmeformbeständigkeit von 115° Celsius und hält mechanischen Anforderungen deutlich stärker stand. Nachteile des Hochleistung-PLAs sind ein teurer Preis und matte Oberfläche.
ABS
Acryl-Butadien-Styrol, ein Produkt aus fossilen Brennstoffen und dadurch sehr preiswert. Der in der Industrie oft verwendete Kunststoff ist auch einer der ersten Kunststoffe für den 3D-Druck gewesen.
ABS riecht bei der Verarbeitung nach Plastik, ist deutlich widerstandsfähiger als PLA, aber zeigt erhöhte Rissbildung bei großen 3D-Modellen.
PC
Polycarbonat hat eine sehr hohe Oberflächenhärte und ist die erste Wahl bei dauerhaft beanspruchten Funktionsteilen wie etwa Zahnrädern.
PA6 / PA 12
Polyamide, eher bekannt unter Nylon ist hart und elastisch zugleich. Die Kombination dieser Eigenschaften ergeben einen Kunststoff mit extrem hohe Belastbarkeit. Bestes Beispiel dafür sind Kabelbinder, die mit bloßen Händen fast unzerstörbar sind.
GF/ CF Glasfaser/Carbonfaser als Verstärkungsfaser
Der zusätzliche Faseranteil verleiht den gedruckten Teilen eine höhere, widerstandsfähigere Oberflächenhärte und mehr Stabilität.
Gewöhnliche Carbonfaser-Verbundstoffe halten im Vergleich zu Glasfaserverbundstoffen bis zu fünfmal stärkeren Zugkräften stand, während Glasfaserverbundstoffe mehr Druck aushalten. (Verbundstoffe sind gewöhnlich aus Epoxidharz und Kohle- /Glasfaser)
Auf den 3D-Druck bezogen, ist der größte Unterschied eher die Farbgebung: Carbonfasern sind schwarz und können so nur für schwarze und dunkle Filamentfarben verwendet werden, während die durchsichtigen Glasfasern für alle Farbtöne sich eignen.
Bildergalerie mit Temptower, Box, Kathedrale und Gitter
Anforderungen an Druckbett und Druckkammer
Nachdem das verflüssigte, heiße Filament extrudiert ist, verfestigt es sich und härtet aus. Beim Verfestigen schrumpfen alle Kunststoffe in unterschiedlichem Maße. Idealerweise sollten alle Teile des gedruckten Modells während des Druckvorgangs gleichmäßig temperiert sein, damit keine Spannungen im Modell entstehen. Diese Spannungen können das Ablösen der ersten Schicht verursachen (Warping oder Risse in der Modellstruktur entstehen. Um dies zu vermeiden, setzen viele Hersteller auf geschlossene Druckkammern.
⊳ PLA
Die Druckplatte muss nur fett- und staubfrei sein, dann benötigt PLA keine Haftmittel. Zur Reinigung reicht gewöhnlicher Spiritus oder Desinfektionsmittel.
Für PLA sind geschlossene Druckkammern eher von Nachteil. Die Kombination von geringer Wärmeformstabilität von 50° bis 60° Celsius und einer hohen Druckkammer-Innentemperatur erschwert es dem Hotend-Lüfter den Schmelzpunkt des Filaments im Hotend durch Kühlung exakt zu definieren. Folge kann ein verstopftes Hotend sein, deswegen raten die Hersteller bei Verarbeitung von PLA dazu, die Druckkammer ein wenig zu öffnen.
⊳ PETG
PETG ist ein Sonderfall, der sehr stark haften, aber auch zu geringem Warping neigen kann. PETG erzeugt im heißen Zustand durch seine kaugummiartigen Zustand eine starke Haftung zum Druckbett. Durch seine höhere Glasübergangstemperatur von 60° bis 70° Celsius neigt es bei größeren Druckmodellen zu leichtem Warping. Dies fällt besonders bei Kanten und Ecken ins Gewicht.
Zu starke Haftung kann vor allem bei PC-Beschichtungen entstehen. Hier hilft es, entweder den Z-Offset zu erhöhen oder als Trennmittel gewöhnliches Haarspray zu verwenden.
Zu wenig Haftung entweder Z-Offset verringern oder Haftmittel verwenden. Vor allem bei größeren Bauteilen ist für PETG ein schwaches Haftmittel und geschlossene Einhausung sinnvoll.
(Für die Filamente Extrudr XPETG matt und 3DJake PCTG wurde kein Haftmittel verwendet.)
⊳ ABS / ASA / PMMA / Nylon / PC
Generell gilt bei all diesen Filamenten: Je höher die geforderte Druckbetttemperatur, desto stärker neigen die Filamente zu Warping.
PC-Beschichtung: Kleine Modelle können ohne Haftmittel oder Druckkammer umgesetzt werden. Größere Modelle benötigen zwingend Haftmittel und geschlossene Druckkammer.
PEI-Beschichtung: Schon kleine Modelle benötigen Haftmittel, aber keine Druckkammer. Größere Modelle benötigen Haftmittel und Druckkammer.
Vorsicht, Modelle mit großem Volumen und Oberflächen benötigen mindestens 60° Celsius Druckkammertemperatur.
(Bei allen Haftmitteln entstand bei den Filamenten Nylon AF80 Aramid und PC/ABS starkes Warping. Manche Filamente benötigen mindestens 60° Celsius Druckkammertemperatur)
Sonderfälle Blends
Filamente, wie Polymaker Polymide PA6-GF und Extrudr Green-Tec sind Mischungen aus verschiedenen Kunststoffsorten und Additiven. Diese hervorragend abgestimmten Kunststoffsysteme kommen mit niedrigen Druckplattentemperatur von 50° Celsius aus.
Bestenliste Haftmittel für PA/Nylon-Filamente:
Platz 1: 3DLAC Haftspray*
Platz 2: Magigoo PA Haftstift*
Platz 3: DimantFix Haftsprayu*
Platz 4 3DJake Haftmittel*
Materialeigenschaften verschiedener Filamente
Wenn PLA nicht ausreicht, geht es meistens um eine bessere Wärmeformstabilität. Hier gibt es zwei genormte Testverfahren nach denen die Widerstandskraft eines Kunststoffes ermittelt wird.
Bei beiden Verfahren wird die Temperatur des Kunststoffes kontinuierlich gesteigert, bis das Werkstück unter den geforderten Bedingungen nachgibt.
DIN-Messmethoden von Wärmeformbeständigkeit VICAT und HDT
VICAT-Verfahren
Eine Nadel mit 1 × 1 mm großem Kopf wird in das Material eingedrückt. Es wird gemessen, ab welcher Temperatur diese 1 mm tief in das Material eindringt.
HDT-Verfahren
Praxisnäher ist das Dreipunktbiegeverfahren. Hier wird das Material an beiden Enden fixiert und auf dessen Mitte Druck ausgeübt. Es wird gemessen, ab welcher Temperatur dieses um 0,2% Randdehnung nachgibt.
Vicat-Verfahren
Foto: Polymerservice-merseburg
Foto: Polymerservice-merseburg
HDT-Verfahren
Produktvergleich - Technische Daten
Tabelle
Anschauungsbeispiel Dreipunktbiegeverfahren (Quelle: Wikipedia)
Anforderungen an 3D-Druck Materialien
Neben den Materialeigenschaften, wie Wärmeformstabilität wurden auch die maßhaltige Umsetzung, gesundheitliche Exposition und Schwierigkeitsgrad der Umsetzung im FDM-3D-Druckverfahren bewertet.
Gesundheit
Biologisch abbaubare Polylactide klingen unverdächtig, doch ist auch PLA's süßlicher Geruch nicht unbedenklich. Es entstehen dabei gesundheitsschädliche Gase und Feinpartikel, die in der Lunge nur schwer abbaubar sind.
PCTG, ABS, ASA, CPE, PMMA und PC sind Kunststoffe, die während des Druckvorgangs deutlich mehr Gase und Feinpartikel freisetzen. All diese Kunststoffe riechen bei ihrer Verarbeitung nach verbranntem Plastik und sind für Wohnräume ohne Absaugung nur bedingt geeignet.
PA6 und PA12 - Nylon lässt sich von der Exposition, wie auch vom Geruch zwischen PLA und ABS einordnen. Der Geruch ist deutlich angenehmer als bei ABS & Co.
Im Gegensatz zu seinen Kollegen erzeugt PETG nur ein Fünftel der Menge an gemessenen Feinpartikeln und auch der Geruch ist deutlich angenehmer, bis fast nicht wahrnehmbar.
Belastungstest mit einem 10 kg Gewicht.
3DHeaven Druckempfehlungen
Generell gilt: Je höher die Temperatur für die Verarbeitung des Filaments, desto höhere Temperaturen hält der Kunststoff auch in seiner gedruckten Form aus. Doch je höher dieser erhitzt werden muss, desto mehr schrumpft er auch beim Abkühlen. Hier liegt zugleich ein verborgener Vorteil der faserverstärkten Filamente. Der Faseranteil stabilisiert den Kunststoff beim Abkühlen und lässt ihn weniger schrumpfen.
PLA, PLA+, Green-Tec und PETG können mit jedem Drucker verarbeitet werden. Selbst bei extrem großen Objekten (40 × 40 × 40 cm) gibt es keine Spannungsrisse mit offenen Drucksystemen.
• PLA/PLA+ ist günstig, leicht zu verarbeiten und liefert perfekte Druckergebnisse ab. Wenn es um die Umsetzung von rein ästhetischen 3D-Modellen geht, ist PLA der heilige Gral. Die Wärmeformstabilität liegt je nach Hersteller zwischen 50 - 60° Celsius.
⊳ Der Hersteller GST3D 🛒 bietet bei großen Mengen unschlagbare Preise und die Druckqualität ist hervorragend.
⊳ Der Hersteller ESUN bietet eine überdurchschnittlich gute Qualität an PLA für einen moderaten Preis an. Link zu dem Online-Händler 3DJake.
• Green-Tec Filament 🛒 ist ein PLA-Blend (Mischung) mit extrem hoher Wärmeformstabilität von 115° Celsius. Zudem garantiert der Hersteller Extrudr verbesserte Materialeigenschaften. Die Drucke haben ein mattes Finish.
• XPETG 🛒 hat eine hohe Wärmeformbeständigkeit von 85° Grad. PETG neigt zu deutlich stärkeren Stringing und Objekte mit großer Auflagefläche zeigen leichtes Warping.
⊳ 3DHeaven empfiehlt das Recreus PETG 🛒
• PCTG 🛒 ist schlagzäher und wärmeformstabiler und neigt zu weniger Warping als PETG.
Für ABS, ASA, CPE oder PMMA ist ein geschlossener Druckraum und Haftmittel erforderlich. Kleine, faustgroße Objekte können ohne geschlossene Druckkammer noch umgesetzt werden.
Für größere Modelle ist eine geschlossene, im besten Fall zusätzlich beheizte Druckkammer und Haftmittel zwingend notwendig.
Der Schrumpf kann bis zu 8 % betragen. Beim Druck können Risse, Warping, Verzug und Sprünge im Modell entstehen. Für erfolgreiche Drucke ist die Wahl des 3D-Modells, dessen Dichte, Anzahl von Konturlinien und Infill ausschlaggebend.
• ABS 🛒 ist auf Dauer nicht UV-stabil, das heißt es kann vergilben und verspröden. Dieser Prozess dauert aber mehrere Jahre. ABS war eins der ersten 3D-Druck-Materialien, da es aufgrund von Fließverhalten und schneller Abkühlung hervorragend für das FDM 3D Druckverfahren eignet.
• ASA ist UV-stabil und witterungsfest. Überhänge sind deutlich schwerer umzusetzen als ABS. Hier hilft ein wenig Bauteilkühlung. (Richtwert 20 %)
• PMMA (Polymethmethylacrylat) besser bekannt als Acrylglas ist UV-stabil und hochtransparent. Trotzdem ist es nicht witterungsfest und versprödet mit der Zeit. Dieses Filament benötigt circa 20 % Bauteilkühlung.
• CPE ist eine relativ unbekannte witterungsfeste Alternative zu ABS. Es ist einfacher zu drucken und hat weniger Warping. Vorsicht, das Material erzeugt extreme Spannungen auf unbeschichteten Glasdruckbetten und kann zu Absprüngen (Chips) führen.
• PA6/ PA 12 🛒 Die Materialeigenschaften von hoher Elastizität und gleichzeitiger Zähigkeit erzeugen erhebliche Probleme bei der Haftung auf Druckbetten. Nylon kann nur auf Druckbetten mit PC- oder PEI-Beschichtung in Verbindung mit speziellen Haftmittel wie Magigoo PA 🛒 oder 3DLac 🛒 verarbeitet werden.
• PC 🛒 Polycarbonate haben eine hohe Glasübergangstemperatur von 120° Grad. Polycarbonat ist durch seine extreme Oberflächenhärte ideal für Funktionsteile mit dauerhafter, mechanischer Belastung. Jedoch ist dieses Material im 3D-Druck nur schwer zu verarbeiten. Haftmittel und PC/PEI-Druckplatte sind zwingend notwendig. PC mag Druckkammertemperaturen von mindestens 60-80° Celsius. Alles über 60° Celsius ist nur mit externer Bauraumheizung umsetzbar ist. DIY-Variante: Heizung/Thermostat 🛒.
Bildergalerie mit Belastungstest mit einem 10 kg Zuggewicht
Preisvergleich
Die Filamente sind alle erhältlich bei den Herstellern, Amazon und dem europäischen Online-Händlern 3D-Jake.
Extrudr Green-Tec
Fillamentum ABS
Fillamentum Nylon AF80
Polymaker PA6-CF
3DJake ab 44,99 €*
Fillamentum PC-ABS
Fazit
Während PETG und PCTG günstig sind und zudem bessere Materialeigenschaften als PLA bieten, eignen sich diese Kunststoffe besonders für den Alltagsgebrauch.
Der Preis-Leistungssieger ist das Green-Tec von Extrudr 🛒. Hervorragendes Druckbild und eine extrem hohe Wärmeformbeständigkeit rechtfertigen auch den hohen Preis von 56 Euro pro 1,1 kg.
Polymaker Polymide PA6-GF 🛒 hat sich in Praxistest als das härteste Filament gezeigt. Das faserverstärkte Nylon-Filament benötigt lediglich 50° Druckbetttemperatur und zeigt dennoch keine Anzeichen von Warping. Einziger Nachteil ist die matt raue Oberfläche und der Preis von 44,99 Euro pro 0,5 kg.
Dennoch hat jedes Material besondere Stärken und Schwächen und somit sein spezielles Einsatzgebiet.
Viel Spass beim Drucken, 3DHeaven