3D-Drucker-Filament-Leitfaden: Flexible Filamente

Was sind flexible Filamente für den 3D-Druck?

Flexible Filamente sind eine einzigartige 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 Verarbeitungsmöglichkeiten von Thermoplasten vereinen. Diese hybride Beschaffenheit ermöglicht es ihnen, sich zu dehnen und zu biegen, ohne dass ihre strukturelle Integrität verloren geht.

Der am häufigsten verwendete flexible Filamenttyp ist thermoplastisches Polyurethan (TPU). TPU ist bekannt für seine Flexibilität, Haltbarkeit und Beständigkeit gegen Öle und Fette und ist daher ein ideales Material für eine Vielzahl von Anwendungen, von Industrieteilen bis hin zu Konsumgütern.

Gemeinsame Merkmale flexibler Filamente

● Elastizität: Sie können sich erheblich dehnen, ohne zu reißen, und ahmen in manchen Fällen das Verhalten von Gummibändern nach.

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

● Chemische Beständigkeit: Viele flexible Filamente sind beständig gegenüber Chemikalien, Ölen und Fetten.

● Temperaturtoleranz: Sie können in einem breiten Temperaturbereich effektiv arbeiten.

Arten von flexiblen Filamenten

1. TPU-Filament

Beispiel: TPU der MH PRO-Serie

Bildquelle: MatterHacker s

Mechanische Eigenschaften

TPU-Filament ist bekannt für seine herausragende Flexibilität, Reißfestigkeit und Dehnbarkeit. Es hat eine höhere Glasübergangstemperatur als PLA (ca. 80 °C), was bedeutet, dass es niedrige Temperaturen gut verträgt, ohne spröde zu werden. Die Elastizität von TPU ermöglicht es, sich zu dehnen und zu biegen, was es ideal für Teile macht, 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 ein Verstopfen aufgrund der Flexibilität des Materials zu verhindern.

2. TPE-Filament

Beispiel: Gembird TPE-Filament

Bildquelle: Gembird

Mechanische Eigenschaften

TPE-Filament wird aufgrund seiner außergewöhnlichen Dehnbarkeit und Schlagfestigkeit geschätzt. Es lässt sich ohne bleibende Verformung deutlich dehnen und eignet sich daher ideal für Teile, die gebogen werden oder Stöße absorbieren müssen. Der hohe Reibungskoeffizient von TPE sorgt zudem dafür, dass Drucke eine rutschfeste Oberfläche ähnlich wie Gummi erhalten.

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 verhindern.

3. TPC-Filament

Beispiel: Formfutura FlexiFil TPC Filament

Bildquelle: Formfutura

Mechanische Eigenschaften

TPC-Filament bietet eine einzigartige Kombination aus Flexibilität, Haltbarkeit und Festigkeit. Es weist eine hervorragende Bruchdehnung auf, d. h. es lässt sich ohne Beschädigung deutlich dehnen und nimmt seine ursprüngliche Form wieder an. Mit einer Glasübergangstemperatur von ca. -35 °C und einem Schmelzpunkt von 158 °C behält dieses Filament seine mechanische Leistung auch bei niedrigen Temperaturen. Seine Elastizität und seine Fähigkeit, dynamischen Belastungen standzuhalten, machen es für Teile geeignet, die regelmäßigen Biege-, Verdreh- oder Druckkräften ausgesetzt sind.

Druckereinstellungen

● Extrudertemperatur: 220–260 °C

● Betttemperatur: 90–110 °C

● Druckgeschwindigkeit: 5–30 mm/s. Diese Einstellungen helfen dabei, die Flexibilität von TPC zu verwalten und qualitativ hochwertige Drucke sicherzustellen.

4. TPA-Filament

Beispiel: Taulman Natural PCTPE

Bildquelle: MatterHackers

Mechanische Eigenschaften

TPA zeichnet sich durch seine hervorragende Ermüdungsbeständigkeit und seine schwingungsdämpfenden Eigenschaften aus und eignet sich daher für mechanische Teile, die regelmäßigen Stößen ausgesetzt sind.1 Darüber hinaus verfügt es über hervorragende elektrische Eigenschaften sowie Beständigkeit gegen Chemikalien und Witterungseinflüsse, was seinen Anwendungsbereich erheblich erweitert.

Druckereinstellungen

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

● Drucktemperatur: Typischerweise etwa 220–250 °C

● Betttemperatur: Normalerweise auf 60–80 °C eingestellt. Diese Einstellungen helfen dabei, die Flexibilität von TPA zu verwalten und Probleme wie Verstopfungen oder Fadenbildung während des Druckens zu verhindern.

5. TPS-Filament

Beispiel: BASF Ultrafuse® TPS 90A

Bildquelle: BASF

Mechanische Eigenschaften

TPS-Filament, insbesondere das Ultrafuse TPS 90A, ist ein SEBS-basiertes Elastomer, das im Vergleich zu anderen flexiblen Materialien eine weichere und gummiartigere Haptik bietet. Es hat eine Shore-A-Härte von 89, was auf ein hohes Maß an Flexibilität hindeutet. Das Material weist eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit, Haltbarkeit und Dehnbarkeit auf.

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 Druckvorgang sicherzustellen.

6. PEBA-Filament

Beispiel: Fillamentum Flexfill PEBA 90A

Bildquelle: Fillamentum

Mechanische Eigenschaften

PEBA-Filament ist für seine hervorragenden mechanischen Eigenschaften bekannt, darunter hohe Flexibilität, reversible Verformung und Elastizität bis -60 °C. Es verfügt über 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 verwalten und einen reibungslosen Druckvorgang sicherzustellen.

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 hat eine Shore-Härte von etwa 92A, was auf eine hohe Flexibilität ähnlich wie Gummi hindeutet. Weiche PLA-Filamente halten Formmanipulationen stand, ziehen sich zusammen und kehren nach Druckentlastung in ihre ursprüngliche Form zurück.

Druckereinstellungen

● Extrudertemperatur: 210–225 °C

● Betttemperatur: Nicht notwendig, aber wenn verwendet, halten Sie sie bei etwa 45-60 °C

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

● Rückzug: Minimal oder deaktiviert, um ein Verstopfen aufgrund der Flexibilität des Materials zu verhindern.

Gängige Anwendungen flexibler Filamente

1. Funktionales Prototyping und Passformtests

Designer und Ingenieure verwenden flexible Filamente häufig, um Prototypen zu erstellen, die die Eigenschaften des Endprodukts nachahmen. Dies ist besonders nützlich für Artikel, die eng anliegen oder sich um andere Objekte wickeln müssen, wie z. B. Handyhüllen oder Dichtungen. Die naturgetreue Flexibilität ermöglicht genaue Tests und Anpassungen vor der Massenproduktion.

2. Kundenspezifische Werkzeuge

Flexible Filamente ermöglichen die Herstellung von Werkzeugen mit dehnbaren Elementen, die Griffigkeit und Benutzerkomfort verbessern. Griffe, Griffschalen und Werkzeugteile, die eine rutschfeste Oberfläche benötigen, profitieren stark von den Eigenschaften flexibler Filamente. Diese kundenspezifischen Werkzeuge sind nicht nur ergonomisch, sondern erhöhen auch die Effizienz der Werkzeuge.

3. Endverbrauchsteile

Aufgrund ihrer Haltbarkeit und Schlagfestigkeit eignen sich flexible Filamente für Endverbrauchsteile in verschiedenen Branchen, darunter Automobilkomponenten, medizinische Geräte und Konsumgüter, die ein gewisses Maß an Elastizität erfordern. Beispielsweise werden vibrationsdämpfende Komponenten und weiche Kontakte aufgrund ihrer Stoßdämpfungseigenschaften häufig aus flexiblen Filamenten hergestellt.

4. Tragbare Artikel

Die Weichheit und Flexibilität dieser Filamente eignen sich perfekt für die Herstellung tragbarer Artikel. Von Modeaccessoires bis hin zu funktionalen Wearables wie Armbändern und Schuhen bieten flexible Filamente dem Träger Komfort und Anpassungsfähigkeit. Sie werden auch in der neuesten Welle 3D-gedruckter Schuhe verwendet, bei denen Dämpfung und Energierückhalt entscheidend sind.

5. Medizinische Anwendungen

Im medizinischen Bereich werden flexible Filamente zur Herstellung von Prothesen, orthopädischen Stützen und anderen Geräten verwendet, die sich dem menschlichen Körper anpassen müssen. Ihre Sterilisierbarkeit und die Möglichkeit, sie individuell an den Patienten anzupassen, machen sie im Gesundheitswesen unverzichtbar.

6. Industrielle Verwendung

In der Industrie werden flexible Filamente zur Herstellung verschleißfester Teile wie Dichtungen und Schläuche eingesetzt. Ihre Beständigkeit gegen Chemikalien und Umwelteinflüsse macht sie ideal für raue Arbeitsbedingungen.

7. Konsumgüter

Alltagsgegenstände wie Handyhüllen, Kinderspielzeug und Haushaltsgeräte verwenden aufgrund ihrer Haltbarkeit und Haptik häufig flexible Filamente. Die Fähigkeit des Materials, Stöße zu absorbieren, macht es zu einer beliebten Wahl für Schutzausrüstung.

Tipps zur Auswahl der richtigen flexiblen Filamente

1. Bewerten Sie den Flexibilitätsbedarf Ihres Projekts

Berücksichtigen Sie den für Ihren Druck erforderlichen Flexibilitätsgrad. Wenn Sie ein hochelastisches Material benötigen, das sich stark dehnen lässt, suchen Sie nach Filamenten mit einer niedrigeren Shore-Härte. Für weniger Flexibilität und mehr strukturelle Integrität wählen Sie ein Filament mit einer höheren Shore-Härte.

2. Bewerten Sie die Stärke und Haltbarkeit

Die Festigkeit des Filaments ist entscheidend, insbesondere bei Funktionsteilen, die hohen Belastungen ausgesetzt sind. Überprüfen Sie die Zugfestigkeit und Bruchdehnung, um sicherzustellen, dass das Filament den Anforderungen Ihrer Anwendung gewachsen ist.

3. Berücksichtigen Sie die Temperaturtoleranz

Verschiedene Filamente weisen eine unterschiedliche Temperaturbeständigkeit auf. Wenn Ihr Druckteil hohen oder niedrigen Temperaturen ausgesetzt wird, stellen Sie sicher, dass das von Ihnen gewählte Filament diesen Bedingungen standhält, ohne sich zu verformen.

4. Schauen Sie sich den Flexibilitätsindex an

Einige Hersteller geben einen Flexibilitätsindex an, der Ihnen einen Vergleich der Elastizität ihres Filaments im Vergleich zu anderen Filamenten ermöglicht. So können Sie schnell feststellen, 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 erforderliche Hardware, z. B. einen Direktantriebsextruder, für den Druck mit flexiblen Materialien verfügt.

6. Preisüberlegungen

Flexible Filamente können im Preis variieren. Bestimmen Sie Ihr Budget und finden Sie das beste Filament, das die gewünschten Eigenschaften bietet, ohne die Bank zu sprengen.

7. Lesen Sie Bewertungen und Empfehlungen

Suchen Sie nach Bewertungen anderer Benutzer, die ähnliche Objekte gedruckt haben. Ihre Erfahrungen können wertvolle Einblicke in die Leistung und Zuverlässigkeit des Filaments geben.

8. Musterpakete

Wenn Sie immer noch unsicher sind, können Sie den Kauf von Musterpackungen mit unterschiedlichen flexiblen Filamenten in Erwägung ziehen, mit denen Sie verschiedene Materialien testen können, ohne eine ganze Spule kaufen zu müssen.

9. Anforderungen an die Nachbearbeitung

Einige flexible Filamente bieten mehr Nachbearbeitungsmöglichkeiten als andere. Wenn Sie Ihre Drucke nachbearbeiten möchten, wählen Sie ein Filament, das diese Prozesse unterstützt.

10. Umweltfaktoren

Berücksichtigen Sie die Umgebung, in der das gedruckte Teil verwendet wird. Wenn es wahrscheinlich mit Chemikalien oder Ölen in Kontakt kommt, stellen Sie sicher, dass das Filament die erforderliche chemische Beständigkeit aufweist.