Protolabs, Kunststoff

Kunststoff-Pulver für das Selektive Lastersintern. - Bild: Protolabs

Auch wenn die Variantenvielfalt von Kunststoffen nicht größer sein kann, eines haben sie alle gemeinsam: Sie sind aus Makromolekülen synthetisch hergestellt. Große Vorteile aller Kunststoffe liegen vor allem in der Farbgebung sowie in der Optik und Haptik des Materials.

Im Gegensatz zu Metallen lassen sich mit Kunststoffen nahezu alle gewünschten Farben und optischen Eigenschaften -erzeugen. Zudem sind Kunststoffe, je nach ihrer Art, extrem witterungsbeständig, also nicht korrosionsanfällig und äußerst hygienisch. Auch hinsichtlich Festigkeit und Temperaturbeständigkeit holen diese synthetischen Werkstoffe gegenüber Metallen immer weiter auf.

Die wichtigsten Kunststoff-Arten

Grundsätzlich unterscheidet man die drei Typen

  • Elastomere,
  • Duroplaste und
  • Thermoplaste.

Elastomere zeichnen sich durch eine gummiartige Konsistenz aus. Schon bei Raumtemperatur sind sie verformbar. Bei einer Temperaturerhöhung werden sie nicht plastisch, da ihre Molekülketten ein weitmaschiges Netz bilden und teilweise verbunden sind. Beispiele sind etwa verschiedene Arten von Kautschuk, Ethylenvinylacetat oder Polyisobutylen.

Duroplaste hingegen sind oft extrem harte Kunststoffe. Durch nachträgliche Erwärmung können sie nicht mehr verformt werden. Sie müssen also vor der endgültigen Vernetzung in ihre Endform gebracht werden. Bei der Produktherstellung aus Duroplasten werden deshalb Reaktivharze verwendet. Die Formgebung und Vernetzung erfolgt dann erst in der endgültigen Form. Beispiele für Duroplaste sind etwa Harnstoff- und Melaminharze, Polyester, Silikone und die in der Industrie sehr wichtigen Polyurethane.

Möchte man Kunststoffe nachträglich mit Wärme verformen, so sind Thermoplaste bestens geeignet – auch für  3D-Druck-Verfahren.

Wichtige Thermoplaste sind etwa Polyethylen, Polypropylen, Polyamide, Polystyrol oder Polyethylenterephthalat.

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Ein Beispiel für einen Kunststoff der häufig für 3D-Druck-Verfahren verwendet wird ist etwa das Polyamid (PA). Dabei handelt es sich um lineare Polymere entlang einer Hauptkette mit sich wiederholenden, regelmäßigen Amidbindungen.

Bekannt sind Polyamide vor allem auch aus dem Textilbereich, zum Beispiel durch die Handelsnamen Nylon und Perlon. Technische Polyamide finden sich etwa in den folgenden Gegenständen: Gleitlager, Dübel oder Schrauben.

Drucke aus PA verfügen über eine sehr hohe Langzeitstabilität und sind zudem äußerst beständig gegenüber vielen Chemikalien. Eine Art der Verarbeitung von PA ist das Selektive Lasersintern. Hier wird zur Erzeugung der Bauteile ein CO2-Laser verwendet, durch den das vorgeheizte Bett aus polyamidbasiertem Pulver lokal aufgeschmolzen wird.

Nachdem man eine Schicht erzeugt hat, wird die Bauplattform abgesenkt und es wird neues Pulver aufgetragen und durch einen Rakel gleichmäßig verteilt. Der Prozess wird solange Schicht für Schicht wiederholt bis das komplette Bauteil erzeugt ist.

Ein weiterer Kunststoff, aus dem durch 3D-Druck Teile und Prototypen entstehen können, ist das Polypropylen (PP). PP ist ein Thermoplast, dass man durch Kettenpolymerisation von Propen gewinnt. Ebenso wie Polyethylen (PE) gehört es zur Gruppe der Polyolefine. Aber im Vergleich zu PE ist PP härter und wärmebeständiger. Polypropylen ist nach PE der am zweithäufigsten verwendete Kunststoff. Man findet ihn auch häufig in der Verpackungsindustrie.

Proto Labs
Dieses Teil wurde mittels Stereolithographie gefertigt und besteht aus ABS. - Bild: Protolabs

Auch wichtig im 3D-Druck – speziell der Stereolithographie – ist das Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS). ABS ist ein thermoplastisches Polymer, das durch Polymerisation von drei verschiedenen Monomeren (Acrylnitril, 1,3-Butadien und Styrol) erzeugt wird. Die Mengenverhältnisse der eingesetzten Monomere variieren von 15–35 % Acrylnitril, 5–30 % Butadien und 40–60 % Styrol. Mehr als die Hälfte der ABS-Produktion in der Europäischen Union von der Automobil- und Elektroindustrie verwendet.

Zudem eignet sich der Werkstoff bestens zum Beschichten mit Metallen. Auf ABS-Oberflächen ist es etwa möglich, eine Chromschicht zu erzeugen.

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