PLA vs. ABS-Filamente für den 3D-Druck: Was ist der Unterschied?

FDM oder Fused Deposition Modeling ist eine 3D-Drucktechnik, die erfolgreich vom kommerziellen zum 3D-Druckbereich für Verbraucher übergegangen ist. Die meisten FDM-3D-Heimdrucker können eine Vielzahl von thermoplastischen Polymeren schmelzen und zu funktionellen und kosmetischen Teilen extrudieren. Die überwiegende Mehrheit der 3D-Druck-Enthusiasten schwört jedoch auf PLA- und ABS-Polymere, die in praktischen Filamentspulen verkauft werden.

Aber was macht diese 3D-Druckfilamente so beliebt und welches davon ist die richtige Wahl für Sie?

Die Beantwortung dieser differenzierten Frage beinhaltet das Verständnis der physikalischen Eigenschaften dieser Materialien und deren Beziehung zu den 3D-gedruckten Teilen. Lassen Sie uns diese beliebten Filamente entmystifizieren, um herauszufinden, welches am besten zu Ihren 3D-Druckanforderungen passt.

Was ist ABS und warum ist es schwierig zu drucken?

ABS oder Acrylnitril-Butadien-Styrol ist eines der frühesten Materialien, die als Filamente für den 3D-Druck verwendet werden. Der Name stammt von den drei Hauptchemikalien, die bei der Herstellung des thermoplastischen Polymers verwendet werden. Die Zusammensetzung dieser chemischen Bestandteile kann variiert werden, um eine Vielzahl von ABS-Mischungen herzustellen, die unterschiedlichen technischen Anforderungen gerecht werden.

ABS wird in der Spritzgussindustrie häufig zur Herstellung gängiger Konsumgüter verwendet, von Tastenkappen und LEGO-Steinen bis hin zu Automobilkomponenten und Rohrverbindungsstücken. Die niedrigen Kosten und die leichte Verfügbarkeit von rohen ABS-Pellets in Kombination mit der Vertrautheit der Fertigungsindustrie mit dem Material sorgten für ihre Akzeptanz in der kommerziellen 3D-Druckindustrie.

Der kommerzielle Teil ist wichtig, da ABS dazu neigt, beim Abkühlen des Materials zu schrumpfen. Dies macht kommerzielle 3D-Drucker, die mit beheizten Druckkammern ausgestattet sind, für den Druck von ABS zwingend erforderlich. Das Aufrechterhalten erhöhter Kammertemperaturen verhindert, dass die ABS-Teile während des Druckens abkühlen und sich aufgrund der daraus resultierenden Schrumpfung verformen. Ansonsten ist es schwierig, ABS zuverlässig zu drucken, ohne den 3D-Drucker in eine beheizte Baukammer einzuschließen.

Der 3D-Druck-Pionier Stratasys hielt lange Zeit das Patent für beheizte und geschlossene Druckkammern. Dadurch waren 3D-Drucker für Verbraucher nicht mehr in der Lage, ABS zu drucken. Heimwerker-3D-Druck-Enthusiasten konnten jedoch Drucker mit beheizten Baukammern bauen, ohne von der Anwaltsarmee von Stratasys überfallen zu werden. Damit hatte die 3D-Druckindustrie für Verbraucher keine brauchbaren Mittel, um die Massen zu erreichen.

Es überrascht nicht, dass die Industrie schließlich ein neues Filament entwickelte, das gut mit billigen, nicht geschlossenen Druckern funktionieren könnte.

PLA: 3D-Druck mit Stützrädern

PLA oder Polymilchsäure ist ein „biologisch abbaubarer“ Thermoplast, der durch Verarbeitung natürlicher Materialien wie Zuckerrohr und Maisstärke hergestellt wird. Obwohl es seinen Anspruch, biologisch abbaubar zu sein, möglicherweise nicht erfüllt, gleicht PLA dies dennoch durch seine einfache Druckbarkeit aus. Während ABS einen 3D-Drucker benötigt, der mit einem Heizbett ausgestattet ist, das mindestens 200 °F erreichen kann, ist PLA auch auf unbeheizten Bauflächen perfekt druckbar.

Die meisten PLA-Filamente erfordern eine Düsentemperatur von nur 350 °F, aber ABS benötigt mindestens 450 °F für einen gleichmäßigen Filamentfluss und eine starke Zwischenschichthaftung. Die niedrigeren Drucktemperaturen verstärken nur die inhärente Verzugsfreiheit von PLA und machen es einfach, große PLA-Teile ohne Verzug und Delaminierung zu drucken. Dadurch kann das Material dank seiner inhärenten Beständigkeit gegen Luftzug und Temperaturschwankungen ohne Umhüllung bedruckt werden. Das Drucken großer ABS-Teile birgt jedoch das Risiko des Verziehens und der Delaminierung, selbst in geschlossenen Druckern, es sei denn, die Kammertemperaturen bleiben über 140 °F.

Die Benutzerfreundlichkeit von PLA erstreckt sich auch auf die Fähigkeit, viel steilere Überhänge zu bewältigen als jedes andere 3D-Druckfilament. Dadurch können selbst die billigsten 3D-Drucker anspruchsvolle 3D-Modelle ohne das Risiko einer Verformung drucken. Die niedrigeren Düsentemperaturen ermöglichen auch eine einfache Überbrückung von PLA, wodurch die Abhängigkeit von Stützstrukturen verringert wird – wodurch selbst Anfänger komplizierte 3D-Modelle relativ einfach drucken können.

Die extrem fehlerverzeihende Natur von PLA-Filamenten macht sie als Trainingsräder für Anfänger unverzichtbar. Das Drucken mit dem Material reduziert die mit dem 3D-Druck verbundene Frustration erheblich, was Anfänger dazu ermutigt, durchzuhalten und fortgeschrittene 3D-Drucktechniken in ihrem eigenen Tempo zu erlernen. Inzwischen diese 3D-Druck-Hacks könnte helfen, die Dinge etwas weiter zu beschleunigen.

PLA vs. ABS: Vergleich der physikalischen Eigenschaften

Es gibt kein kostenloses Mittagessen. Das Sprichwort gilt auch in der Welt des 3D-Drucks. Trotz seiner einfachen Bedruckbarkeit verblasst PLA im Vergleich zu ABS, wenn es um praktische technische Anwendungen geht. Zunächst einmal ist es deutlich härter als ABS, aber dadurch auch viel spröder. Lassen Sie ein in PLA gedrucktes Teil fallen, und es ist sehr wahrscheinlich, dass es in Stücke zerbricht.

Unterdessen weist ABS eine höhere Biege- und Streckgrenze auf, was es viel zäher macht. Dadurch kann es Vibrationen und Stöße sowie Scher- und Zugkräfte besser absorbieren als PLA. Interessanterweise erreicht ABS all dies, während es für die gleichen Teile, die mit ähnlicher volumetrischer Dichte gedruckt werden, leichter als PLA ist. Dies macht ABS zum Filament der Wahl für technische Anwendungen, bei denen Festigkeit und Haltbarkeit von größter Bedeutung sind.

Während die für ABS erforderlichen höheren Drucktemperaturen das Drucken erschweren, bietet es auch eine überlegene Temperaturbeständigkeit. Mit dem PLA-Filament gedruckte Teile verziehen sich, wenn sie einer Hitze von über 120 °F ausgesetzt werden, während ABS-Teile 200 °F standhalten können, bevor sie ihre strukturelle Integrität verlieren. Das macht ABS für Funktionsteile im Autoinnenraum und Motorraum unverzichtbar. Die meisten 3D-Druckerteile werden ebenfalls mit ABS gedruckt, insbesondere wenn sie in der Nähe von Wärmequellen eingesetzt werden.

Der größte Nachteil bei der Verwendung von PLA für funktionale Zwecke ist jedoch die unheimliche Neigung zum Kriechen. Darunter versteht man die plastische Verformung von PLA unter konstanter Druck- und Zugbelastung. Ziehen Sie eine Schraube in einem PLA-Teil fest, und die Druckkraft führt dazu, dass das Material mit der Zeit zerläuft. Infolgedessen müssen Sie die Schraube regelmäßig nachziehen, bis das Teil schließlich versagt. Das gleiche Phänomen führt auch dazu, dass lasttragende PLA-Teile im Laufe der Zeit allmählich nachgeben. Dies beschränkt das Material auf kosmetische Komponenten und macht es zu einer schlechten Wahl für funktionale und technische Anwendungen.

Warum ist ABS im 3D-Druck immer noch relevant?

Obwohl traditionelles ABS schwierig zu drucken sein könnte, drucken viele einfach zu druckende Varianten von ABS-Mischungen (wie ABS+ von eSun) erfolgreich sogar in billigen Druckern, die in einfachen Kartons eingeschlossen sind. Benötigen Sie mehr Steifigkeit in Ihren Teilen? Kohlefaserverstärkte ABS-Filamente bieten nicht nur eine bessere Steifigkeit und Zugfestigkeit, sondern reduzieren auch deutlich das Verziehen und verbessern die Bedruckbarkeit. Währenddessen verbessern glasfaserverstärkte ABS-Filamente die Steifigkeit und Bedruckbarkeit, ohne die Zähigkeit zu beeinträchtigen.

Während sowohl PLA als auch ABS problemlos Farbe aufnehmen können, ist letzteres besser für die fortgeschrittene Nachbearbeitung geeignet. ABS lässt sich leichter schleifen als PLA, was die Vorbereitung der Oberfläche für das Grundieren und Lackieren erleichtert. Die Neigung von ABS, sich in Aceton aufzulösen, fügt den Nachbearbeitungstechniken jedoch eine ganz neue Dimension hinzu. Das Verbinden von ABS-Teilen ist mit dem Acetonschweißen ein Kinderspiel, bei dem lediglich die Kontaktflächen Aceton ausgesetzt werden. Die Acetondampf-Glättungstechnik ist eine ziemlich einfache und zugängliche Methode, um Schichtlinien vollständig von ABS-Teilen zu entfernen, um eine glatte Oberfläche zu erzielen.

ABS ist auch ziemlich widerstandsfähig gegen Feuchtigkeitsaufnahme, ist normalerweise die billigste Filamentoption, und es tut all das, während es die Fähigkeit behält, extrem schnell gedruckt zu werden. Tatsächlich ist die Voron-Reihe von CoreXY-Druckern (mehr erfahren Sie in unserem Voron Anfängerleitfaden) sind relativ billige geschlossene Maschinen, die speziell für das Drucken von ABS mit extrem hohen Geschwindigkeiten entwickelt wurden. Um dies ins rechte Licht zu rücken: Der Voron 0.1-Drucker, den wir kürzlich gebaut haben, kann ABS mit atemberaubenden Geschwindigkeiten von 200 mm/s drucken und dabei eine hervorragende Druckqualität beibehalten.

PLA vs. ABS: Welche sollten Sie wählen?

Während PLA ein vergleichbares Maß an Feuchtigkeitsbeständigkeit, Kosteneffizienz und Druckgeschwindigkeit aufweist, ist es immer noch nicht für technische Anwendungen geeignet. Es ist jedoch immer noch deutlich sicherer als ABS, das beim Drucken dazu neigt, schädliche VOCs (flüchtige organische Verbindungen) auszugasen.

Daher ist PLA für Anfänger unverzichtbar, um sich schnell und ohne großen Frust in den 3D-Druck einzuarbeiten. Es ist auch eine praktikable Option für nicht geschlossene Drucker und für diejenigen, die nur kosmetische Teile drucken. Sobald Sie sich jedoch mit PLA vertraut gemacht haben, lohnt es sich, Zwischenfilamente wie PETG zu untersuchen die problemlos auf nicht geschlossenen Druckern drucken und gleichzeitig eine bessere Festigkeit und Hitzebeständigkeit im Vergleich zu bieten PLA.

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