Stein, Metall, leitend: Exotische Filamente für 3D-Drucker
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.
Kunststoff-Filamente kennt jeder, der schon einmal einen 3D-Drucker gesehen hat. In den letzten Jahren haben die Hersteller zusätzlich weitere, interessante Stoffe entwickelt, die an Holz, Stein oder Metall erinnern - oder sogar daraus bestehen.
Dieser Artikel erscheint in unserer Themenwelt 3D-Drucker. Hier zeigen wir neben Einzeltests auch eine Top 10 der besten 3D-Drucker für Filament und Resin im Vergleich oder, wo es kostenlose Vorlagen für den 3D-Drucker gibt. Wer dreidimensional drucken will, braucht geeignetes Druckmaterial. Die am häufigst eingesetzten Standard-Materialien stellen wir in unserem Ratgeber Die besten Filamente für 3D-Drucker: einfach, flexibel und stabil vor. In diesem Ratgeber widmen wir uns den exotischen Filament-Sorten.
Die zusätzlichen Filament-Typen öffnen völlig neue Möglichkeiten. Modellbauer können sich Komponenten aus "Holz" oder "Stein" drucken, sogar leitende Bauteile werden möglich. Allerdings muss man bei der Wahl genau auf die Beschreibung achten. Denn einige der vorgestellten Materialien sind eine Mixtur aus ABS oder PLA und anderen Stoffen. Durch den Zusatz funktionieren diese Filamente erst ab einem Druckdüsendurchmesser von mindestens 0,4 Millimeter. Die Verwendung der gemischten Stoffe sorgt für eine deutlich stärkere Abnutzung der Düse des Druckers.
In unserem Artikel Top 10: Die besten 3D-Drucker für Filament und Resin im Vergleich zeigen wir, welche 3D-Drucker in den Einzeltests am meisten überzeugt haben.
Die vorgestellten Filamente sind von verschiedenen Herstellern mit ganz unterschiedlichen Druckeigenschaften verfügbar. Deswegen ist es unverzichtbar, die genauen Einstellungen vor dem Druck anhand des Datenblatts zu prüfen.
| Material | Stein | elektrisch leitendes Filament | Nylon | HIPS | Metall |
|---|---|---|---|---|---|
| Drucktemperatur | 160-240 °C | 200-250 °C | 230-260 °C | 190-245 °C | 185-210 °C |
| beheiztes Druckbett | 0-60 °C | 0-110 °C | 0-75 °C | 90-110 °C | 0-60 °C |
| Bauteilkühlung | empfohlen | empfohlen | nein | empfohlen | nein |
| Stabilität | */** | **/** | *** | *** | * |
| Hitzebeständigkeit | */** | */** | *** | ** | * |
| Giftstoffe | giftige Ausdünstung, wenn auf ABS-Basis | giftige Ausdünstung, wenn auf ABS-Basis | lebensmittelecht | Ausdünstungen beim Druck | giftige Ausdünstung, wenn auf ABS-Basis |
Stein
Mit Stein oder Sand versetztes Filament eignet sich nicht nur für Modellbauer und Architekten. Die ungewöhnliche Optik und Haptik macht das Material auch für den Druck von Deko-Gegenständen sehr interessant.
Die verfügbaren Stein-Filamente unterscheiden sich sowohl in Sachen Zusammensetzung, als auch in der Optik. Grundsätzlich bestehen die Filamente auf PLA- oder ABS-Basis und einer Beimischung aus Sand oder etwa Kalkstein. Die Druckergebnisse wiegen mehr als Modelle aus Kunststoff-Filament. Die Oberfläche variiert je nach verwendeter Drucktemperatur. Mit hohen Temperaturen bekommen die Ausdrucke eine sehr feine Oberfläche, mit niedrigen Temperaturen fühlen sie sich rau an.
Eine Besonderheit bei diesem Filament ist die lange Kühlphase. Ausdrucke sollten nach dem Druck mindestens eineinhalb bis zwei Stunden trocknen. Wer die Ausdrucke vorher vom Druckbett löst, riskiert eine Verformung des noch weichen Drucks.
Filamente auf PLA-Basis sind grundsätzlich einfacher zu drucken als die auf ABS-Basis. Wer mit Stein-Filament drucken möchte, braucht also nicht zwingend ein beheiztes Druckbett und einen geschlossenen Bauraum. Das Filament Stonefil Stone vom Hersteller Formfutura (auf PLA Basis) hält beispielsweise auch auf unbeheizten Druckbetten und benötigt eine Drucktemperatur von 190 bis 240 Grad. Somit klappt der Druck auch auf günstigen Druckern wie dem Wanhao Duplicator i3 Mini (Testbericht).
Stein-Filament ist in zahlreichen Farbvarianten und mit verschiedenen Durchmessern erhältlich.
Elektrisch leitfähiges Filament
Zu den Exoten gehört auch elektrisch leitfähiges Filament. Gerade für Besitzer eines Druckers mit zwei Durckköpfen (Dual-Extruder) lohnt sich der Blick auf dieses ungewöhnliche Filament. Wer möchte, kann damit Leiterbahnen in seinen Druck integrieren. Gedacht ist das Filament für Anwendungen mit geringer Leistung.
Neben einem passenden Drucker sind dafür natürlich auch entsprechende 3D-Objekte notwendig. Diese sollte man selbst konstruieren können, da Druckvorlagen für solche Drucke kaum zu finden sind.
Ähnlich wie beim Stein-Filament unterscheiden sich die angebotenen Varianten sehr stark. So gibt es auch hier Varianten auf ABS- als auch auf PLA-Basis, denen stromleitende Nano-Partikel zugesetzt sind. Die Grundeigenschaften der beiden Materialien (hier in der Standard-Filament-Übersicht) gelten auch für die leitfähigen Varianten. Wer einen Drucker ohne geschlossenen Bauraum und ohne beheiztes Druckbett nutzt, muss zur PLA-Variante greifen.
Auch die Leitfähigkeit der angebotenen Produkte ist sehr unterschiedlich. Der Volumenwiderstand beträgt zwischen 15 und 115 ohm/cm.
Die Drucktemperaturen liegen, je nach Hersteller, zwischen 200 und 240 Grad. Während PLA-Filamente auch auf unbeheizten Druck-Unterlagen haften, ist für ABS-basierte Varianten eine Heizbett-Temperatur von 100 bis 110 Grad notwendig.
Nylon
Nylon gehört zu den Polyamiden (PA) und zeichnet sich in erster Linie durch extrem hohe Stabilität und Belastbarkeit aus. Das reine Filament ist nach dem Druck farblos bis weiß. Wer möchte, kann es mit Textilfarbe einfärben oder auf gefärbtes Filament zurückgreifen. Nylon ist in zahlreichen Farben und mit verschiedenen Durchmessern erhältlich.
Die gedruckten Objekte sind sehr hart, abrieb- und bruchfest. Außerdem ist Nylon weitgehend unempfindlich gegen Chemikalien. Die Hitzebeständigkeit liegt zwischen 90 und 120 Grad. Für mechanische Bauteile, wie unter anderem Zahnräder, ist das Material perfekt geeignet.
Die Verarbeitung ist allerdings anspruchsvoll. Neben einem geschlossenen Bauraum ist auch ein beheiztes Druckbett mit einer Temperatur von circa 70 Grad notwendig. Die Drucktemperatur ist mit 235 bis 270 Grad verhältnismäßig hoch. Das Zusammenkleben von Einzelteilen aus Nylon klappt nicht vernünftig. Objekte sollten deshalb unbedingt am Stück ausgedruckt werden.
Die verbreitetsten Nylon-Filamente sind Nylon 618 und Nylon 645. Nylon 645 ist belastbarer und verfügt über höhere Haftung. Neuerdings sind auch die Varianten Nylon 680 (für die Lebensmittel- und Medizin-Industrie) und Nylon 910 (für industrielle Anwendungen) verfügbar. Auch Misch-Filamente aus Nylon und Carbon oder Glasfaser sind erhältlich. Diese verfügen über noch höhere Stabilität als reines Nylon.
Wer mit dem Material drucken möchte, sollte sich darauf einstellen, dass es etwas dauern wird, bis die perfekten Druckeinstellungen gefunden sind. Dafür belohnt das Filament mit extrem belastbaren Druckergebnisse.
HIPS
Die Abkürzung HIPS steht für High Impact Polystyrene. Sowohl die Verarbeitung als auch die Eigenschaften des Materials sind denen von ABS sehr ähnlich. Ein Unterschied ist die Tatsache, dass Polystyrol lebensmittelecht ist.
Die eigentliche Besonderheit von HIPS ist die Anfälligkeit gegenüber einigen chemischen Stoffen (Beispielsweise D-Limonen, ein Orangen-Extrakt). Dieses löst das Material auf und macht es zum idealen Support-Filament für aufwendige Drucke mit ABS. Das funktioniert allerdings nur in Kombination mit einem Dual-Extruder (Drucker mit zwei Druckköpfen). Wer das lösliche Filament einsetzt, kann bewegliche Teile (wie Kugelgelenke oder Kugellager) mit einem einzelnen Druckvorgang realisieren. Zwischen den Einzelteilen kommt eine Schicht HIPS zum Einsatz. Das fertige Druckergebnis kommt in ein Bad mit der Chemikalie und kurze Zeit später sind die Einzelteile frei beweglich. Händisches Entfernen des Support-Materials und Nachbearbeitung der Fläche zwischen Objekt und Stützmaterial entfällt.
Die Drucktemperatur liegt je nach Hersteller zwischen 190 und 245 Grad. Für ausreichend Haftung ist eine Druckbett-Temperatur von 90 bis 110 Grad nötig. Der Bauraum sollte geschlossen sein. Eine Kühlung während des Druckvorgangs ist nicht notwendig, wird aber von den meisten Herstellern empfohlen.
Wer möchte, kann HIPS auch als Druckmaterial einsetzen. Das Filament ist zäher und flexibler als PLA und gleichzeitig leichter als ABS. Bemalen oder lackieren mit Acrylfarbe ist ebenso möglich, wie Abschleifen oder Verkleben mit Kunststoff-Kleber. Das Glätten der Oberfläche mit Aceton funktioniert ebenfalls. Mehr Information zur Aceton-Bedampfung gibt es hier. Ein HIPS-Filament ist in zahlreichen Farben und mit verschiedenen Durchmessern erhältlich.
Metall
Echtes Metall zu drucken klappt mit einem handelsüblichen 3D-Drucker noch nicht. Trotzdem gibt es auf dem Markt sogenanntes Metall-Filament. Dabei handelt es sich um eine Mixtur aus Standard-Filament (häufig PLA) und fein gemahlenen Metallpartikeln. Die Zusammensetzung ist vom Hersteller abhängig. Während einige Metall-Filamente nur 30 Prozent echtes Metall enthalten, sind in anderen Varianten bis zu 80 Prozent Metallspäne beigesetzt. Das Endprodukt ist dementsprechend schwerer als pures Kunststoff-Filament.
Das beigemischte Material wird durch Magnetfelder angezogen, ist aber selbst nicht magnetisch, weshalb man von ferromagnetisch spricht. Die Hersteller sprechen trotzdem häufig von magnetischem Filament.
Fertige Drucke sehen aus, als bestünden sie aus Metall. Die Eigenschaften des fertigen Druckobjektes sind, bis auf das deutlich höhere Gewicht, trotzdem vom beigemischten Kunststoff abhängig. Auf PLA basiertes Metall-Filament ist somit nicht stabiler oder härter als Drucke aus reinem PLA. Auch die Hitzebeständigkeit ist mit der von PLA gleichzusetzen.
Trotzdem hat das Material einige Vorteile und Besonderheiten. Wer fertige Drucke abschleift, kann diese anschließend beispielsweise auf Hochglanz polieren. Wem das nicht zusagt, der kann die Ausdrucke auch anschleifen und mit einer Salzlösung zum Rosten bringen. Für Steampunk-Fans, Cosplayer und Freunde von antiken Gegenständen auf jeden Fall eine interessante Möglichkeit den passenden Look zu kreieren.
Magnetischem PLA wird bei etwa 185 bis 210 Grad gedruckt. Ein beheiztes Druckbett ist nicht zwingend nötig. Da das Material langsam abkühlen soll, ist keine Bauteilkühlung erforderlich. Ein geschlossener Bauraum ist nicht zwingend nötig, aber empfehlenswert. Wenn der Druck abgeschlossen ist, sollte das fertige Objekt einige Zeit abkühlen. Wer den Ausdruck zu früh vom Druckbett nimmt, riskiert sonst Verformungen.
Verfügbar sind verschiedene Metalle und unterschiedliche Filament-Durchmesser. Häufig werden auch Kunststoff-Filamente aus PLA als Metallic-Filament bezeichnet. Hierbei geht es allerdings lediglich um das glänzende und metallisch wirkende Erscheinungsbild.
Fazit
Die exotischen Filamente bieten sehr interessante Möglichkeiten und haben zum Teil deutliche Vorteile gegenüber Standard-Filamenten wie PLA oder ABS. Für Standard-Drucke sind sie, nicht zuletzt wegen der teilweise hohen Filament-Preise, aber eher ungeeignet.
Durch die teilweise anspruchsvollen Druckeigenschaften sind sie außerdem nur bedingt für 3D-Druck-Anfänger geeignet. Zum einen, weil günstige Drucker, wie beispielsweise Davinci Mini w+ (Testbericht) oder der Duplicator i3 Mini (Testbericht), über kein beheiztes Druckbett, keinen geschlossenen Bauraum und keinen Dual-Extruder verfügen. Zum anderen, weil für die Verarbeitung viel Erfahrung notwendig ist. Die perfekten Einstellungen für Temperatur, Geschwindigkeit, Materialfluss, Bauteilkühlung etc. zu finden ist nicht einfach und kostet Nerven. Wer Stein- oder Metall-Filament druckt, sollte außerdem in der Lage sein, den Druckkopf zu tauschen.
Einsteiger sollten sich die Übersicht über die Standard-Filamente ansehen. Das dort thematisierte Holz-Filament ist auch mit wenig Erfahrung leicht zu verarbeiten.
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