Leitfaden für 3D-Druckfilamente: Flexible Filamente

Was sind flexible Filamente für den 3D-Druck?

Flexible Filamente sind eine besondere Klasse von 3D-Druckmaterialien, die für ihre Flexibilität und Elastizität bekannt sind. Sie gehören zur Familie der thermoplastischen Elastomere (TPE), Polymere, die die Eigenschaften von Gummi mit den Verarbeitbarkeitsmöglichkeiten von Thermoplasten vereinen. Dank dieser Hybridstruktur lassen sie sich dehnen und biegen, ohne ihre strukturelle Integrität zu verlieren.

Das am häufigsten verwendete flexible Filament ist thermoplastisches Polyurethan (TPU). TPU ist bekannt für seine Flexibilität, Haltbarkeit und Beständigkeit gegenüber Ölen und Fetten und eignet sich daher ideal für ein breites Anwendungsspektrum, von Industrieteilen bis hin zu Konsumgütern.

Gemeinsame Merkmale flexibler Filamente

● Elastizität: Sie lassen sich stark dehnen, ohne zu reißen, und ahmen in einigen Fällen das Verhalten von Gummibändern nach.

● Stärke: Trotz ihrer Flexibilität können sie überraschend stark und stoßfest sein.

● Chemische Beständigkeit: Viele flexible Filamente sind beständig gegen Chemikalien, Öle und Fette.

● Temperaturtoleranz: Sie können über einen breiten Temperaturbereich hinweg effektiv arbeiten.

Arten von flexiblen Filamenten

1. TPU-Filament

Beispiel: MH PRO Series TPU

Bildquelle: MatterHacker

Mechanische Eigenschaften

TPU-Filament zeichnet sich durch seine hervorragende Flexibilität, Reißfestigkeit und Dehnbarkeit aus. Es besitzt eine höhere Glasübergangstemperatur als PLA (ca. 80 °C), wodurch es auch bei niedrigen Temperaturen stabil bleibt und nicht spröde wird. Dank seiner Elastizität lässt sich TPU dehnen und biegen und ist somit ideal für Bauteile, die Belastungen standhalten müssen, ohne ihre Form zu verlieren.

Druckereinstellungen

● Drucktemperatur: 220-250 °C

● Betttemperatur: 40-60 °C

● Druckgeschwindigkeit: 15-30 mm/s

● Schichthöhe: 0,1–0,3 mm

● Rückzug: Minimal oder deaktiviert, um Verstopfungen aufgrund der Flexibilität des Materials zu vermeiden.

2. TPE-Filament

Beispiel: Gembird TPE-Filament

Bildquelle: Gembird

Mechanische Eigenschaften

TPE-Filament wird aufgrund seiner außergewöhnlichen Dehnbarkeit und Schlagfestigkeit sehr geschätzt. Es lässt sich stark dehnen, ohne sich dauerhaft zu verformen, wodurch es sich ideal für Bauteile eignet, die sich biegen oder Stöße abfangen müssen. Der hohe Reibungskoeffizient von TPE sorgt zudem für eine rutschfeste, gummiartige Oberfläche der Drucke.

Druckereinstellungen

● Drucktemperatur: 210-230 °C

● Betttemperatur: 30-50 °C

● Druckgeschwindigkeit: 15-30 mm/s

● Schichthöhe: 0,1–0,3 mm

● Rückzug: Minimal oder deaktiviert, um Verstopfungen zu vermeiden.

3. TPC-Filament

Beispiel: Formfutura FlexiFil TPC Filament

Bildquelle: Formfutura

Mechanische Eigenschaften

TPC-Filament zeichnet sich durch eine einzigartige Kombination aus Flexibilität, Haltbarkeit und Festigkeit aus. Es besitzt eine hervorragende Bruchdehnung, d. h. es lässt sich ohne Beschädigung stark dehnen und kehrt anschließend in seine ursprüngliche Form zurück. Dieses Filament behält seine mechanischen Eigenschaften auch bei niedrigen Temperaturen bei, mit einer Glasübergangstemperatur von ca. -35 °C und einem Schmelzpunkt von 158 °C. Seine Elastizität und die Fähigkeit, dynamischen Belastungen standzuhalten, machen es ideal für Bauteile, die regelmäßig Biege-, Dreh- oder Druckkräften ausgesetzt sind.

Druckereinstellungen

● Extrudertemperatur: 220-260 °C

● Betttemperatur: 90-110 °C

● Druckgeschwindigkeit: 5-30 mm/s Diese Einstellungen helfen dabei, die Flexibilität des TPC zu nutzen und qualitativ hochwertige Ausdrucke zu gewährleisten.

4. TPA-Filament

Beispiel: Taulman Natural PCTPE

Bildquelle: MatterHackers

Mechanische Eigenschaften

TPA zeichnet sich durch seine hervorragende Ermüdungsbeständigkeit und Schwingungsdämpfungseigenschaften aus und eignet sich daher für mechanische Teile, die regelmäßigen Stößen ausgesetzt sind1. Es verfügt außerdem über ausgezeichnete elektrische Eigenschaften sowie Beständigkeit gegenüber Chemikalien und Witterungseinflüssen, was sein Anwendungsspektrum erheblich erweitert.

Druckereinstellungen

● Druckgeschwindigkeit: 30-55 mm/s, abhängig vom Drucker

● Drucktemperatur: Typischerweise um die 220-250 °C

● Betttemperatur: Normalerweise zwischen 60 und 80 °C eingestellt. Diese Einstellungen helfen, die Flexibilität des TPA zu steuern und Probleme wie Verstopfungen oder Fadenbildung während des Druckvorgangs zu vermeiden.

5. TPS-Filament

Beispiel: BASF Ultrafuse® TPS 90A

Bildquelle: BASF

Mechanische Eigenschaften

TPS-Filament, insbesondere Ultrafuse TPS 90A, ist ein SEBS-basiertes Elastomer, das sich im Vergleich zu anderen flexiblen Materialien weich anfühlt und eine gummiartige Haptik bietet. Es weist eine Shore-A-Härte von 89 auf, was auf eine hohe Flexibilität hinweist. Das Material zeichnet sich durch hervorragende Abriebfestigkeit, Langlebigkeit und Dehnbarkeit aus.

Druckereinstellungen

● Düsentemperatur: 260-280 °C

● Betttemperatur: 70-90°C

● Druckgeschwindigkeit: 10-30 mm/s

● Düsendurchmesser: ≥ 0,4 mm Diese Einstellungen helfen, die Flexibilität des Materials zu steuern und einen reibungslosen Druckprozess zu gewährleisten.

6. PEBA-Filament

Beispiel: Fillamentum Flexfill PEBA 90A

Bildquelle: Fillamentum

Mechanische Eigenschaften

PEBA-Filament ist bekannt für seine hervorragenden mechanischen Eigenschaften, darunter hohe Flexibilität, reversible Verformung und Elastizität bis zu -60 °C. Es besitzt eine gute Zugfestigkeit, bemerkenswerte Dehnbarkeit und ist reißfest unter Belastung.

Druckereinstellungen

● Druckgeschwindigkeit: 20-60 mm/s

● Drucktemperatur: 210-260 °C

● Betttemperatur: 70-90°C Diese Einstellungen helfen, die Flexibilität des Materials zu steuern und einen reibungslosen Druckprozess zu gewährleisten.

7. Weiches PLA-Filament

Beispiel: Ataraxia Art Flexible PLA Plus

Bildquelle: Ataraxia Art

Mechanische Eigenschaften

Weiches PLA ist bekannt für seine gummiartige Flexibilität und gute Zugfestigkeit. Es weist eine Shore-Härte von etwa 92A auf, was auf eine hohe, gummiartige Flexibilität hinweist. Weiche PLA-Filamente sind formstabil und können sich nach dem Loslassen des Drucks zusammenziehen und in ihre ursprüngliche Form zurückspringen.

Druckereinstellungen

● Extrudertemperatur: 210-225 °C

● Betttemperatur: Nicht erforderlich, aber falls verwendet, sollte sie bei etwa 45-60 °C gehalten werden.

● Druckgeschwindigkeit: Etwas langsamer als normales PLA, etwa 30-50 mm/s

● Rückzug: Minimal oder deaktiviert, um Verstopfungen aufgrund der Flexibilität des Materials zu vermeiden.

Häufige Anwendungen von flexiblen Filamenten

1. Funktionale Prototypenerstellung und Passformprüfung

Designer und Ingenieure verwenden flexible Filamente häufig, um Prototypen zu erstellen, die die Eigenschaften des Endprodukts simulieren. Dies ist besonders nützlich für Gegenstände, die eng anliegen oder andere Objekte umschließen müssen, wie beispielsweise Handyhüllen oder Dichtungen. Die naturgetreue Flexibilität ermöglicht präzise Tests und Anpassungen vor der Serienproduktion.

2. Kundenspezifische Werkzeuge

Flexible Filamente ermöglichen die Herstellung von Werkzeugen mit formbaren Elementen, was die Griffigkeit und den Benutzerkomfort verbessert. Griffe, Schlaufen und Werkzeugteile, die eine rutschfeste Oberfläche erfordern, profitieren erheblich von den Eigenschaften flexibler Filamente. Diese maßgefertigten Werkzeuge sind nicht nur ergonomisch, sondern steigern auch deren Effizienz.

3. Endverwendungsteile

Die Langlebigkeit und Stoßfestigkeit flexibler Filamente machen sie geeignet für Endprodukte in verschiedenen Branchen, darunter Automobilkomponenten, Medizingeräte und Konsumgüter, die eine gewisse Elastizität erfordern. Beispielsweise werden Schwingungsdämpfungskomponenten und weiche Kontakte aufgrund ihrer stoßdämpfenden Eigenschaften häufig aus flexiblen Filamenten hergestellt.

4. Tragbare Artikel

Die Weichheit und Flexibilität dieser Filamente eignen sich perfekt für die Herstellung tragbarer Produkte. Von modischen Accessoires bis hin zu funktionalen Wearables wie Armbändern und Schuhen bieten flexible Filamente Tragekomfort und Anpassungsfähigkeit. Sie werden auch in der neuesten Generation von 3D-gedruckten Schuhen eingesetzt, bei denen Dämpfung und Energierückgewinnung entscheidend sind.

5. Medizinische Anwendungen

In der Medizin werden flexible Filamente zur Herstellung von Prothesen, orthopädischen Hilfsmitteln und anderen Geräten verwendet, die sich dem menschlichen Körper anpassen müssen. Ihre Sterilisierbarkeit und die Möglichkeit der individuellen Anpassung an Patienten machen sie im Gesundheitswesen unverzichtbar.

6. Industrielle Anwendungen

Im industriellen Bereich werden flexible Filamente zur Herstellung von Bauteilen eingesetzt, die Verschleiß standhalten müssen, wie beispielsweise Dichtungen, Dichtungsringe und Schläuche. Ihre Beständigkeit gegenüber Chemikalien und Umwelteinflüssen macht sie ideal für raue Arbeitsbedingungen.

7. Konsumgüter

Alltagsgegenstände wie Handyhüllen, Kinderspielzeug und Haushaltsgeräte verwenden häufig flexible Fasern aufgrund ihrer Haltbarkeit und angenehmen Haptik. Die stoßdämpfende Wirkung des Materials macht es zu einer beliebten Wahl für Schutzausrüstung.

Tipps zur Auswahl der richtigen flexiblen Filamente

1. Ermitteln Sie den Flexibilitätsbedarf Ihres Projekts

Berücksichtigen Sie den für Ihren Druck erforderlichen Flexibilitätsgrad. Benötigen Sie ein hochelastisches Material, das sich stark dehnen lässt, wählen Sie Filamente mit einer niedrigeren Shore-Härte. Für weniger Flexibilität und höhere Stabilität empfiehlt sich ein Filament mit einer höheren Shore-Härte.

2. Festigkeit und Haltbarkeit beurteilen

Die Festigkeit des Filaments ist entscheidend, insbesondere für Funktionsteile, die Belastungen ausgesetzt sind. Prüfen Sie die Zugfestigkeit und Bruchdehnung, um sicherzustellen, dass das Filament den Anforderungen Ihrer Anwendung gerecht wird.

3. Temperaturtoleranz berücksichtigen

Verschiedene Filamente weisen unterschiedliche Temperaturbeständigkeiten auf. Wenn Ihr gedrucktes Teil hohen oder niedrigen Temperaturen ausgesetzt sein soll, stellen Sie sicher, dass das gewählte Filament diesen Bedingungen standhält, ohne sich zu verformen.

4. Schauen Sie sich den Flexibilitätsindex an.

Manche Hersteller bieten einen Flexibilitätsindex an, der einen Vergleich der Elastizität ihrer Filamente mit anderen ermöglicht. Er dient als schnelle Orientierungshilfe, um festzustellen, ob ein Filament Ihren Anforderungen entspricht.

5. Überprüfen Sie die Kompatibilität mit Ihrem Drucker.

Nicht alle 3D-Drucker sind für die Verarbeitung flexibler Filamente geeignet. Stellen Sie sicher, dass Ihr Drucker über die notwendige Hardware, wie beispielsweise einen Direktantriebsextruder, verfügt, um mit flexiblen Materialien drucken zu können.

6. Preisüberlegungen

Flexible Filamente können preislich stark variieren. Legen Sie Ihr Budget fest und finden Sie das beste Filament, das die benötigten Eigenschaften bietet, ohne Ihr Budget zu sprengen.

7. Lesen Sie Rezensionen und Empfehlungen

Suchen Sie nach Rezensionen von anderen Nutzern, die ähnliche Objekte gedruckt haben. Ihre Erfahrungen können wertvolle Einblicke in die Leistung und Zuverlässigkeit des Filaments liefern.

8. Probepackungen

Wenn Sie sich noch unsicher sind, sollten Sie den Kauf von Probepackungen verschiedener flexibler Filamente in Erwägung ziehen, mit denen Sie eine Vielzahl von Materialien testen können, ohne sich gleich auf eine ganze Spule festlegen zu müssen.

9. Anforderungen an die Nachbearbeitung

Manche flexible Filamente bieten mehr Nachbearbeitungsmöglichkeiten als andere. Wenn Sie Ihre Drucke nachbearbeiten oder anderweitig veredeln möchten, wählen Sie ein Filament, das diese Prozesse ermöglicht.

10. Umweltfaktoren

Berücksichtigen Sie die Umgebungsbedingungen, unter denen das gedruckte Teil eingesetzt werden soll. Falls es mit Chemikalien oder Ölen in Kontakt kommen kann, stellen Sie sicher, dass das Filament die erforderliche chemische Beständigkeit aufweist.