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3D-Drucker richtig füttern: Das beste Filament – ASA, ABS, PLA & Exoten im Test
Philipp Sussmann
Philipp hat seinen beruflichen Werdegang als Praktikant in einer Werbeagentur begonnen und ist mit verantwortlich für das Design von Bierdeckeln, Werbetafeln und einem Fan-Bus eines großen Fußballvereins. Danach folgte der erste Schritt zum Journalismus: Ein Volontariat bei PC-Zeitschriften, die heute kaum noch jemand kennt - PC Direkt und PC Professionell. Dann folgte ein mehrjähriger Ausflug in die Welt des Marketings, PR-Arbeit und Qualitätsmanagement in einem mittelständischen Handelsunternehmen.
Seit 2015 ist Philipp bei Heise im Team von Bestenlisten aktiv. Hier bringt er auch seine privaten Interessen ein und deshalb für Drohnen, Laser, Balkonkraftwerke, Powerstations und zahlreiche China-Gadgets wie Handwärmer, USB-Lötkolben oder Mini-Taschenlampen zuständig.
Einfach zu drucken, stabil oder flexibel? Wir zeigen, welches Material sich für 3D-Drucker am besten eignet und welche Varianten wir in der Praxis empfehlen.
Wer dreidimensional drucken will, benötigt geeignetes Druckmaterial. In diesem Ratgeber zeigen wir, welche Verbrauchsmaterialien es für FDM-Drucker gibt und wie sich die verschiedenen Arten unterscheiden. Dabei konzentrieren wir uns auf die am häufigsten verwendeten Filament-Arten und unsere Erfahrungen aus den Druckertests.
Die ersten 3D-Drucker haben Filament aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) verarbeitet. Das Material ist stabil, aber nicht einfach zu drucken: Ohne beheiztes Druckbett und einen geschlossenen Bauraum ist die Verarbeitung praktisch unmöglich. Das treibt die Kosten für den Drucker nach oben und hebt die Einstiegshürde. Später begann das deutlich unkomplizierter zu druckende Polylactide (PLA) seinen Siegeszug, das aber bruchempfindlicher ist.
Inzwischen bietet der Markt etliche verschiedene Materialien mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen in den Standard-Durchmessern 1,75 mm und 2,85 mm. Zu den Standardmaterialien kommen unzählige Mischformen und Varianten mit Zusätzen wie Carbonfaser, Holzfasern oder nachleuchtenden Stoffen.
So finden sich heute etwa PLA-basierenden Sonderformen wie PLA Plus, PLA Tec, Impact PLA, HD PLA, Biofusion, PLActive oder Polymax. Außerdem gibt es das Material mit matter Oberfläche, mit Farbverlauf, als geschäumte Variante für besonders leichte Bauteile, speziell für hohe Druckgeschwindigkeiten oder in flexibler Form als Alternative zu TPU. Für den Privatgebrauch ist PLA deshalb meist völlig ausreichend.
Dieser Artikel erscheint in unserer Themenwelt 3D-Drucker. Hier finden sich Einzeltests und Bestenlisten wie Top 10 der besten 3D-Drucker für Filament und Resin im Vergleich oder Ratgeber über kostenlose Vorlagen für den 3D-Drucker.
Lagerung
Wer Filament lagert, sollte die Spule bei Nichtbenutzung möglichst kühl, dunkel und vor allem trocken aufbewahren. In der Praxis hat sich die Lagerung in luftdichten Zip-Tüten und dem Einsatz von Trockengranulat als zuverlässig herausgestellt, denn manche der Kunststoffe ziehen im Laufe der Zeit Wasser und lassen sich dann nicht mehr gut verarbeiten. Mehr dazu im Ratgeber 3D-Drucker: Filament richtig aufbewahren, lagern und trocknen.
Polylactide (PLA)
Polylactide (PLA), auch Polymilchsäure genannt, ist das meistgenutzte Material für 3D-Drucker. Das liegt an der unkomplizierten Verarbeitung und am günstigen Preis. Zudem kann jeder FDM-Drucker damit umgehen, da es kein beheiztes Druckbett benötigt. Die Schmelztemperatur beträgt 160 bis 220 Grad Celsius. Wer ein beheizbares Druckbett verwenden möchte, sollte die Temperatur auf 50 bis 60 Grad Celsius einstellen.
PLA wird aus erneuerbaren Ressourcen wie Zuckerrohr, Maisstärke oder Kartoffelstärke und nicht aus Erdöl hergestellt. Bunte Filamente für 3D-Drucker sind mit verschiedenen Farb- und Zusatzstoffen versetzt; deren genaue chemische Zusammensetzung ist meist ein Geheimnis der Hersteller. PLA-Filament eignet sich nicht für den Druck von Bechern, Brotboxen oder ähnlichen Gegenständen, die mit Lebensmitteln in Kontakt kommen.
Die Ausdrucke sind robust, aber spröde. Da das Material langsam abkühlt, ist aktive Kühlung wichtig. Während des Druckvorgangs entstehen zwar Gerüche, aber keine giftigen Ausdünstungen. Der größte Nachteil ist die schlechte Hitzebeständigkeit: Bei hohen Temperaturen von 45 bis 60 Grad weicht das normale PLA auf.
Mittlerweile sind unzählig viele Sonderformen aus PLA erhältlich. So gibt es etwa stabilere, halbtransparente, glitzernde oder nachleuchtende Filamente. Es gibt auch Varianten mit Farbwechsel-Eigenschaften bei Wärmeeinwirkung oder UV-Strahlung. Die speziellen Varianten haben allerdings nicht nur Vorteile. Bei der Verarbeitung von nachleuchtendem Filament ist insbesondere die Abnutzung der Nozzle deutlich höher als bei normalem PLA.
PLA+
PLA+ oder verstärktes PLA ist eine beliebte Variante von PLA und mittlerweile weitverbreitet. Das Material verspricht eine höhere Stabilität und ist formstabil bis maximal 65 Grad (variiert nach Hersteller).
PLA+ ist eine Mischung aus mindestens 60 Prozent PLA und verschiedenen Additiven. Diese Additive können Füllstoffe oder kleine Mengen anderer Thermoplaste sein. Zum Beispiel verbessern Calciumcarbonat oder Carbonfasern die mechanische Leistung von PLA. Der große Vorteil dieser Mischform: Das Filament besitzt noch immer das einfache Druckverhalten von klassischem PLA, ist aber stabiler oder hitzebeständiger.
Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)
Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) gehört neben PLA zu den am weitesten verbreiteten Filamenten. Es ist langlebig und günstig und verspricht eine hohe Stabilität des Endprodukts. ABS ist allerdings etwas anspruchsvoll in der Verarbeitung: ABS kühlt schnell ab und so ist die Nutzung eines Heizbettes und eines geschlossenen Bauraums bei größeren Teilen unumgänglich. Da die meisten günstigen Drucker nur über ein offenes Gehäuse verfügen, ist dies in der Regel schwierig. Selbstgebaute Einhausungen für 3D-Drucker (Bauanleitung) sind eine gute und günstige Lösung für das Problem.
Eine aktive Kühlung per Lüfter ist nicht notwendig. Beim Druck des Kunststoffes entstehen allerdings giftige Dämpfe, weshalb der Raum, in dem gedruckt wird, unbedingt gut belüftet sein sollte.
ABS ist ein auf Erdöl basierender Kunststoff und damit nicht biologisch abbaubar. Spielzeug wie Legosteine, aber auch Automobilkomponenten oder Rohrleitungen sowie Helme sind häufig aus diesem Material gefertigt.
Es ist sehr schlagfest, aber trotzdem etwas elastisch und zudem hitzebeständig bis circa 100 Grad Celsius. Die optimale Drucktemperatur liegt zwischen 210 und 250 Grad Celsius. Zur Haftung ist ein beheiztes Druckbett mit einer Temperatur von 80 bis 110 Grad Celsius notwendig. Das Material steht in zahlreichen Farben und Mischformen zur Verfügung, darunter auch nachleuchtendes oder halbtransparentes ABS.
ABS-PC
ABS-PC ist eine Mischform aus ABS und Polycarbonat. Hier liegt der Schmelzpunkt bei hohen 260 bis 290 Grad Celsius, weshalb die Verarbeitung nicht mit jedem FDM-Drucker möglich ist. Dafür ist die Materialmischung formstabil bis maximal 122 Grad.
Die Materialeigenschaften dieses Mischtyps sind extrem, allerdings benötigten wir einige Versuche, um ansehnliche Ergebnisse zu erzielen. Nicht nur die hohe Wärmeformbeständigkeit bis 122 Grad Celsius sprechen für ABS-PC. Auch Schlag- und Stoßfestigkeit, Beständigkeit gegen Benzin, UV-Stabilität und hohe Oberflächenhärte sind Vorteile dieses Misch-Filaments.
ASA
ASA, oder auch Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymere, ist ein thermoplastisches Material mit einer sehr hohen Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse wie Temperaturschwankungen oder Feuchtigkeit auf. Im Gegensatz zu ABS ist es auch unempfindlich gegen UV-Licht. Allerdings ist die Verarbeitung nicht ganz einfach. Der Schmelzpunkt von ASA liegt bei etwa 240 bis 260 Grad Celsius. Das Material ist, vergleichbar mit ABS, bis 95 Grad Celsius formstabil.
PC (Polycarbonat)
Polycarbonat (PC) ist eines der stabilsten Filamente und bleibt bis zu 110 Grad Celsius formstabil, ist durchsichtig und splittert nicht. Das Material wird deshalb etwa in schusssicheren Scheiben oder etwa als Displayschutz eingesetzt. Die Verarbeitung ist allerdings nicht einfach, da eine sehr hohe Drucktemperatur von 270 bis 310 Grad Celsius benötigt wird. Ohne speziellen Hochtemperaturdruckkopf ist das unmöglich. Das Heizbett sollte auf 90 bis 110 Grad Celsius vorgewärmt werden. Da Polycarbonat ein erhebliches Schrumpfverhalten hat, sollte der Bauraum außerdem geschlossen sein.
PA (Nylon)
Nylon, auch als Polyamid (PA) bekannt, gehört zur Familie der synthetischen Polymere und kommt häufig bei industriellen Anwendungen zum Einsatz. Als 3D-Drucker-Filament erfüllt es alle Anforderungen in puncto maximale Festigkeit, Flexibilität und Haltbarkeit. Für Funktionsteile mit hohen mechanischen Belastungen ist Nylon eine hervorragende Wahl.
Erfahrungsgemäß ist PA aber nicht einfach zu verarbeiten. Die Drucktemperatur sollte zwischen 240 und 260 Grad Celsius liegen. Das Druckbett benötigt eine Temperatur von 70 bis 100 Grad Celsius. Das Material hat ein deutlich größeres Schrumpfverhalten als etwa PLA oder ABS, weshalb ein geschlossener Bauraum ratsam ist.
PA-CF (Nylon-Carbon)
Der Schmelzpunkt von PA-CF (Nylon-Carbon) ist mit 255 bis 270 Grad Celsius verhältnismäßig hoch, das Filament ist bis rund 100 Grad Celsius formstabil. Aus Nylon bestehen etwa Kabelbinder. Es widersteht Abrieb und Verschleiß und eignet sich so perfekt für stärker beanspruchte Formteile. Carbon ist ebenfalls für seine Stabilität bekannt und so ist PA-CF ein sehr zähes Material mit hoher Festigkeit und Steifigkeit.
PMMA (Polymethylmethacrylat)
PMMA ist unter dem Namen Acrylglas sowie dem Handels- und Markennamen Plexiglas bekannt. Auch dieses Material ist inzwischen als Filament verfügbar. Bei PMMA liegt der Schmelzpunkt zwischen 210 und 240 Grad Celsius. Bis zu einer Temperatur von rund 90 Grad Celsius ist das Material formstabil.
In der Regel wird dieses Material vordergründig für Teile verwendet, bei denen Lichtechtheit eine Rolle spielt, da es nicht vergilbt. Hinzu kommen Witterungsbeständigkeit, eine sehr hohe Steifigkeit und Schlagzähigkeit. Die Kosten sind allerdings vergleichsweise hoch und die Verarbeitung nicht ohne Tücken.
HIPS
HIPS Filament, kurz für High-Impact Polystyrene, ist ein thermoplastisches Polystyrol und besitzt eine hervorragende Härte und Schlagfestigkeit. Allgemein hat HIPS ähnliche Eigenschaften wie ABS, löst sich in gewissen Chemikalien (Limonene) aber ganz auf. Demzufolge bietet sich das Material bei Dual-Extrudern fantastisch als leicht lösbare Stützstruktur an.
Das Material ist durch die weiße Farbe auch ästhetisch ansprechend. Dank hoher Schlagfestigkeit und die einfache Nachbearbeitung kommt das Material auch im Prototypenbau zum Einsatz.
PETG (Polyethylenterephtalat modifiziert mit Glykol)
Das mit Glykol modifizierte Polyethylenterephtalat (PETG) ist ein verbreiteter Kunststoff im 3D-Druck. Das Material vereint nach Angaben der Hersteller die Vorteile von PLA und ABS. Konkret bedeutet das, dass es verhältnismäßig einfach zu drucken und trotzdem widerstandsfähig ist.
In seiner Grundform begegnet uns Polyethylenterephtalat (PET) täglich in der Form von Plastikflaschen für Getränke. Die Modifizierung mit Glykol sorgt dafür, dass das Material über bessere Verarbeitungseigenschaften für den 3D-Druck verfügt. Ein Vorteil gegenüber anderen Materialien ist die hohe Transparenz und Beständigkeit.
Das synthetisch hergestellte Filament ist schlagfester als ABS und hitzebeständig bis etwa 90 Grad Celsius. Der Druck erfolgt bei Temperaturen von 210 bis 250 Grad Celsius. Damit die einzelnen Drucklagen vernünftig aneinander haften, ist ein Heizbett mit einer Temperatur von 40 bis 75 Grad Celsius nötig. Eine aktive Kühlung ist empfehlenswert.
PETG neigt dazu, Fäden zu ziehen. Diese kann man aber abschleifen. Flächige Verklebungen gelingen mit Sekundenkleber. Ein großer Vorteil des Materials ist die Witterungsbeständigkeit und die Tatsache, dass das Filament kein Wasser zieht und lebensmittelecht ist. Wer Brotdosen oder Keksausstecher drucken will, sollte also zu PETG greifen.
Zusätzlich zu halbtransparenten Versionen stehen auch Filamente in Neonfarben oder Metalloptik zur Verfügung. Es ist möglich, nahezu transparent zu drucken. Dabei gilt, sich an die idealen Einstellungen heranzutasten und mit Druckgeschwindigkeit und Temperatur zu spielen. Das Ergebnis sind milchig bis nahezu transparente Gegenstände.
TPU (Thermoplastisches Polyurethan)
Ähnlich wie Gummi verhält sich thermoplastisches Polyurethan (TPU), ein Elastomer auf Basis von Urethan. Das Material bleibt nach dem Aushärten flexibel und eignet sich unter anderem für Stoßdämpfer und Schutzgehäuse.
Durch die hohe Elastizität ist das Drucken mit diesem Material allerdings derweil problematisch. In Druckern mit Bowdenzug-Zuführung klappt die Verarbeitung meist nur nach Hardware-Modifizierungen. Diese stehen für beliebte Drucker, wie den Ender 3 (Ratgeber), als kostenlose Druckvorlage zur Verfügung. Aktuelle Geräte, wie der Anycubic Vyper (Testbericht) können das Material ab Werk problemlos verarbeiten. Wer das Material nur ausprobieren möchte, sollte sicherheitshalber nur eine kleine Menge zum Testen bestellen und sich im Vorhinein erkundigen, ob sein Drucker mit Flex-Filament zurechtkommt.
Vorteile von TPU sind eine hohe Resistenz gegen Chemikalien, eine hohe Abriebfestigkeit und die geringe Geruchsentwicklung. Das Material ist ungiftig, allergiker- und hautfreundlich. Außerdem ist es UV-beständig und verfügt über eine hohe Witterungsbeständigkeit.
Die Drucktemperatur variiert je nach Hersteller zwischen 190 und 245 Grad Celsius. Die Verwendung eines beheizten Druckbettes mit 60 bis 90 Grad Celsius ist zwar ratsam, allerdings klappt der Druck auch ganz ohne Heizbett. Der Einsatz eines Lüfters zur Kühlung des Druckes ist sinnvoll und empfehlenswert. Die Auswahl an Farben ist groß, allerdings wirken diese zum Teil etwas blass. Milchig-transparentes TPU wird ebenfalls angeboten.
Holz-Filament
Holz-Filament besteht in den meisten Fällen aus einem Anteil an Echtholz-Partikeln und dem oben beschriebenen PLA. Die Druckeigenschaften sind deshalb ähnlich unkompliziert wie bei PLA. Drucke aus Holz-Filament haben einen ganz speziellen Charme. Nicht nur, dass die fertigen Objekte wirklich wie aus Holz aussehen und sich so bearbeiten lassen, auch der Holzduft während des Druckes hat seinen Reiz.
Die Verarbeitung klappt mit den meisten Druckern, da kein beheiztes Druckbett benötigt wird. Die Extruder-Temperatur liegt zwischen 175 und 250 Grad Celsius. Farbige Unterschiede lassen sich durch Temperaturunterschiede erzeugen: Je wärmer der Druckkopf arbeitet, desto dunkler ist das fertige Ergebnis. So lässt sich sogar eine Holzmaserung darstellen.
Die Vorteile des Materials sind der natürliche Geruch, eine natürliche Haptik und eine einfache Nachbearbeitung. Druckergebnisse lassen sich einfach Schleifen, Kleben und Bohren. Die Nachteile sind eine geringe Stabilität, keine Resistenz gegen Chemikalien und die Tatsache, dass das Filament Wasser zieht. Der fertige Druck würde im Wasser aufquellen und seine Form verlieren.
Angeboten wird das Material in Brauntönen von Beige bis annähernd Schwarz. Auch Grüntöne sind mittlerweile verfügbar. Wer möchte, kann die fertigen Druckerzeugnisse mit handelsüblicher Holzbeize veredeln.
Filament-Tipps für Anfänger
Wer noch keine Erfahrungen mit seinem 3D-Drucker gesammelt hat, möchte erst einmal drucken, ohne dabei viel Geld zu verschwenden. Für erste Gehversuche sollte das Filament günstig und einfach zu verarbeiten sein, dennoch aber ordentliche Ergebnisse liefern. Hier bietet sich PLA an. Es ist zwar weniger widerstandsfähig als ABS oder PETG, dafür ist es deutlich einfacher zu handhaben. Im Zweifel hilft der Griff zu PLA-basierenden Sonderformen mit speziellen Eigenschaften. Unsere Erfahrung zeigt, dass man beim Filament grundsätzlich nicht zu sparsam sein sollte. Billiges Filament ist zwar nicht automatisch schlecht, das Risiko von Problemen bei der Verarbeitung besteht aber.
Ein Beispiel für so einen Billig-Filament ist das Material der Firma Owl. Ein Kilo PLA des Herstellers kostet gerade einmal 10 bis 15 Euro. Die Konkurrenz verlangt mit 20 bis 40 Euro pro Kilogramm deutlich mehr. Das Hauptproblem bei Owl sind die extremen Qualitätsschwankungen. Diese machen sich etwa beim Filament-Durchmesser bemerkbar. Ist dieser ungleichmäßig, kommt es zu Verstopfungen oder Über-Extrusion. Auch die Wicklung des Filaments kann problematisch sein. Ist das Material nicht ordentlich auf der Rolle aufgewickelt, leidet der Materialfluss. Im schlimmsten Fall bilden sich Knoten und das Material reißt. Abgebrochene Drucke und verärgerte Nutzer sind dann das Ergebnis. Ob man gutes oder schlechtes Material bekommt, ist erfahrungsgemäß Glückssache.
Wir empfehlen deshalb etwas mehr zu investieren und zu einer bewährten Marke zu greifen. Wir haben in den vergangenen Monaten gute Erfahrungen mit den Marken Eryone, Extrudr, Geeetech und 3DJake gemacht. Auch das verhältnismäßig günstige Amazon-Basics-Filament ist empfehlenswert. Das bei Druckern beigepackte Filament ist nach unserer Erfahrung häufig von minderer Qualität.
Fazit
Filamente unterscheiden sich durch Farben, Druckeigenschaften und Beständigkeit gegenüber mechanischen Kräften und Temperaturen. Welches Filament am besten geeignet ist, hängt vom Einsatzzweck ab.
Für Prototypen und Modellbau reicht meist die Verwendung von einfach zu verarbeitendem PLA. Wer über ein beheiztes Druckbett verfügt und gesteigerten Wert auf Haltbarkeit legt, sollte ABS einsetzen. Falls kein Heizbett verfügbar ist und das Druckergebnis trotzdem stabil und hitzebeständig sein sollte, lohnt sich der Blick auf die PLA-Varianten PLA Plus, PLA Tec, Impact PLA, HD PLA, Biofusion, PLActive oder Polymax.
Wer halbtransparente Abdeckungen für Lampen oder wasserdichte Vasen drucken möchte, greift auf PETG zurück. Der Kunststoff ist auch für Gegenstände, die mit Nahrungsmitteln in Kontakt kommen, die erste Wahl. Um einen Schutz seiner Actioncam zu fertigen oder vibrationsdämpfende Eigenschaften zu nutzen, kann man auf TPU oder verwandte Filamente zurückgreifen. Die Verarbeitung klappt aber nicht mit allen Druckern. Neben Modellen mit Direct-Extruder, wie dem Qidi X-Pro (Testbericht) ist hier unter anderem der aktuelle Testsieger Anycubic Vyper (Testbericht) geeignet. Wer bereits Erfahrung im Bereich 3D-Druck hat, kann sich dann auch an die schwieriger zu verarbeitenden Materialien wie ASA oder Nylon wagen.
Zum Druck von Dekorationsgegenständen lohnt sich ein Blick auf die Filamente mit Echtholz-Zusatz. Diese haben eine angenehme Haptik, sehen hervorragend aus und lassen sich einfach mit Holzbeize veredeln. Die Nachbearbeitung ist unproblematisch, die Stabilität allerdings nur mittelmäßig.
Wer nicht sicher ist, ob Filament überhaupt das geeignetste Druckmaterial ist, findet Antworten im Ratgeber UV-Harz oder Kunststoff-Filament: 3D-Drucker im Vergleich.
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