Die stärksten Filamente für den 3D-Druck
Benötigen Sie Materialien, die echte Leistung bieten? Hier erfahren Sie, wie Sie Filamente mit der für Ihre Anwendungen erforderlichen Festigkeit auswählen.
Die Materialfestigkeit kann über den Erfolg oder Misserfolg Ihrer 3D-gedruckten Teile entscheiden – im wahrsten Sinne des Wortes. Ganz gleich, ob Sie einen Prototyp für eine Drohnenkomponente entwickeln, die Crashtests standhalten muss, oder serienreife Halterungen für Automobilanwendungen herstellen – die richtige Wahl des Filaments entscheidet darüber, ob Ihre Teile einwandfrei funktionieren oder spektakulär versagen.
Die Festigkeit im 3D-Druck ist nicht einheitlich. Ein Filament kann sich durch eine hervorragende Zugfestigkeit auszeichnen, aber bei Stößen versagen, oder bei hohen Temperaturen gut funktionieren, aber nicht ausreichend steif sein. Wenn Sie diese Kompromisse verstehen, können Sie Materialien auswählen, die dort ihre Leistung bringen, wo es am wichtigsten ist.
3D-Druckmaterialien verstehen
3D-Druckmaterialien verstehen 3D-Druckmaterialien lässt sich in drei Hauptkategorien unterteilen: Filamente (für den FDM-Druck), Pulver (für SLS und MJF), und Harze (für SLA).
Filamente sind thermoplastische Drähte, die durch beheizte Düsen geführt werden, um Teile Schicht für Schicht aufzubauen. Damit sind sie die erste Wahl für den Desktop- und industriellen FDM Druck, der über das Protolabs-Netzwerk verfügbar ist.
Verschiedene Arten von Materialfestigkeit
Wenn wir von „festen” Filamenten sprechen, meinen wir damit eigentlich verschiedene Eigenschaften.
- Zugfestigkeit: Misst die Widerstandsfähigkeit gegen Zugkräfte, die für Strukturkomponenten, Halterungen und tragende Teile von entscheidender Bedeutung sind. Kohlefaserverbundwerkstoffe und ULTEM-Materialien (wie ULTEM 1010 und 9085) zeichnen sich hier mit Werten zwischen 70 und 103 MPa aus.
- Schlagfestigkeit: Bestimmt die Stoßfestigkeit und wie gut Materialien plötzliche Stöße absorbieren, ohne zu brechen. Gemessen in Joule pro Meter (J/m), prüfen Ingenieure diese Eigenschaft häufig bei Teilen, die Stürzen, Vibrationen oder Kollisionen ausgesetzt sind. Markforged Onyx führt mit bis zu 330 J/m, während Standardmaterialien wie PLA in der Regel nur 25–30 J/m erreichen.
- Thermische Festigkeit: Bezieht sich auf die Leistungsfähigkeit bei erhöhten Temperaturen. Die Fähigkeit von. ULTEM 1010 seine Eigenschaften bei 217 °C beizubehalten, macht es zur ersten Wahl für Komponenten unter der Motorhaube von Kraftfahrzeugen, während ABS bei etwa 80 °C versagt.
- Chemische Beständigkeit: Wichtig, wenn Ihre Teile aggressiven Chemikalien, Kraftstoffen oder korrosiven Umgebungen ausgesetzt sind. Filamente auf Nylonbasis bewältigen diese Herausforderungen wesentlich besser als PLA oder ABS.
Vorteile unserer 3D-Druckdienstleistungen
Protolabs vereint Fachwissen im Bereich des Drucks mit hochfesten Filamenten mit dem Zugang zu Desktop- und industriellen FDM-Fähigkeiten über unser Netzwerk. Wir sind auf fortschrittliche Materialien spezialisiert, von Kohlefaserverbundwerkstoffen, die gehärtete Düsen erfordern, bis hin zu Hochtemperaturpolymeren, die eine präzise Temperaturregelung benötigen.
Über das Protolabs-Netzwerk, erhalten Sie Zugang zu:
- Filamenten in Industriequalität wie ULTEM und Kohlefaserverbundwerkstoffen, die häufig in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden.
- Spezialisierter Hardware, einschließlich gehärteter Düsen und beheizter Kammern, die für den Druck anspruchsvoller Materialien unerlässlich sind.
- Prozess-Know-how im Umgang mit Verformungen, Schichthaftung und anderen Herausforderungen, die bei hochfesten Filamenten häufig auftreten.
- Qualitätssicherung mit Maßprüfung und standardisierter Berichterstattung in unserem gesamten Netzwerk.
Die stärksten 3D-Druck-Filamentoptionen
Hier sehen Sie, wie die stärksten FDM-Filamente im direkten Vergleich abschneiden.
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Filamenttyp |
Zugfestigkeit (MPa) |
Hitzebeständigkeit (°C) |
Schlagfestigkeit (J/m) |
Kosten |
Wesentliche Vorteile |
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89 |
186 |
88-120 |
€€€€ |
Hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, flammhemmend |
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|
103 |
217 |
80-95 |
€€€€ |
Hervorragende Wärmebeständigkeit, chemische Beständigkeit |
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70-90 |
150-180 |
124 |
€€€ |
Hohe Steifigkeit, geringes Gewicht, Dimensionsstabilität |
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36-71 |
145 |
330 |
€€ |
Außergewöhnliche Schlagfestigkeit, hervorragende Oberflächenbeschaffenheit |
|
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60-70 |
120-150 |
140-155 |
€€ |
Hervorragende Schlagfestigkeit, chemische Beständigkeit |
Hervorragende Schlagfestigkeit, chemische Beständigkeit Protolabs-Netzwerk erhältlich.
Überlegungen zur Auswahl von Filamenten
Die Auswahl hochfester Filamente erfordert eine sorgfältige Abwägung verschiedener Faktoren, die weit über die reinen Festigkeitswerte hinausgehen. Wenn Sie die Eigenschaften der Materialien kennen, können Sie die richtige Option für Ihre Anwendung auswählen und gleichzeitig sicherstellen, dass Ihr Projekt den Spezifikationen entspricht und im Rahmen des Budgets bleibt.
- Wo wird es eingesetzt? Betriebstemperaturen, chemische Belastungen und UV-Bedingungen, denen Ihr Teil ausgesetzt sein wird.
- Was muss es aushalten? Benötigen Sie Zugfestigkeit, Schlagfestigkeit oder Hitzebeständigkeit?
- Wie hoch ist Ihr Budget? ULTEM-Materialien kosten 3-5 Mal mehr als Standard-Nylon, was sich für einige Anwendungen lohnen kann, für andere jedoch übertrieben ist.
- Wie komplex ist Ihr Design? Komplizierte Geometrien und dünne Merkmale schränken Ihre Materialauswahl ein.
- Wie schnell benötigen Sie es? ndustrielle Materialien verlängern die Lieferzeit um etwa einen Werktag im Vergleich zu Prototyping-Optionen.
- Wie viele benötigen Sie? Bei größeren Stückzahlen können die höheren Materialkosten gerechtfertigt sein, die für Einzelstücke jedoch nicht sinnvoll sind.
Rahmen für schnelle Entscheidungen
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Wenn Sie benötigen... |
Erwägen Sie... |
Konstruktionsaspekte |
Typische Kosten |
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Maximale Festigkeit + Wärme |
ULTEM 1010 |
Entwurf für Wärmeausdehnung, Wandstärke berücksichtigen |
€€€€ |
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Ausgewogene Leistung |
Kohlefaser-Nylon |
Anisotrope Eigenschaften berücksichtigen, dünne Merkmale vermeiden |
€€€ |
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Schlagfestigkeit |
Markforged Onyx |
Hervorragend geeignet für Schnappverbindungen, Stoßdämpfung |
€€ |
|
Kostengünstige Festigkeit |
Standard-Nylon |
Geeignet für die meisten Anwendungen, Feuchtigkeitsempfindlichkeit beachten |
€€ |
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Schnelle Prototypenerstellung |
PETG |
Geeignet für die Konzeptvalidierung, begrenzter Temperaturbereich |
€ |
Prototypen vs. Endprodukte
Die Strategie bei der Materialauswahl unterscheidet sich erheblich zwischen Prototypenerstellung und Serienfertigung da jeweils unterschiedliche Materialeigenschaften und Leistungsprioritäten erforderlich sind. Desktop- und industrielle FDM-Systeme bieten für jeden Anwendungsfall deutliche Vorteile.
Filamente für die Prototypenentwicklung
Bei Prototypen geht es in der Regel eher um die Validierung von Form, Passform und Funktion als um langfristige Haltbarkeit. Dies eröffnet kostengünstige Optionen wie PETG oder ABS die eine ausreichende Festigkeit für Tests bieten und gleichzeitig für Designiterationen wirtschaftlich sind.
Überlegungen zum Prototyp
- Kosteneffizienz ist entscheidend, da kostengünstigere Materialien schnelle Designiterationen ermöglichen.
- Konzentrieren Sie sich auf Form, Passform und Funktion und nicht auf langfristige Haltbarkeit.
- Schnelle Feedback-Schleifen sind wichtiger als absolute Festigkeit.
Verfügbare Materialien
Industrielle Filamente für die Produktion
Industrielle Materialien sind auf konsistente Leistung, Rückverfolgbarkeit und langfristige Zuverlässigkeit in Produktionsumgebungen ausgelegt. Diese Markenmaterialien (Stratasys, Markforged) zeichnen sich durch sorgfältig kontrollierte Rezepturen mit dokumentierten Eigenschaften, zertifizierten Lieferketten und Chargenrückverfolgbarkeit aus, die für Produktionsbauteile unerlässlich sind.
Überlegungen zu Produktionsbauteilen
- Bewährte langfristige Zuverlässigkeit unter realen Bedingungen.
- Konsistente mechanische Eigenschaften von Charge zu Charge.
- Umweltbeständigkeit entsprechend den Anwendungsanforderungen.
- Die Kosten pro Teil werden bei großen Stückzahlen entscheidend.
Verfügbare Materialien
- Nylon: Markforged Onyx
- PEI: ULTEM 9085, ULTEM 1010
- ASA: Stratasys ASA
- ABS: ABS M30
Beim Übergang vom Prototyp zur Produktion können Sie auch pulverbasierte Technologien wie SLS und MJF, oder sogar den 3D printing, mit Metall in Betracht ziehen, um eine noch größere Bandbreite an Belastbarkeitseigenschaften für Endverbrauchsteile zu erhalten.
Anwendungen nach Branche
Verschiedene Branchen beanspruchen Materialien auf unterschiedliche Weise bis an ihre Grenzen. Hier erfahren Sie, wie sich die stärksten Filamente in wichtigen Branchen bewähren:
Luft- und Raumfahrt: Bei Bauteilen, die in die Luft gehen, ist das Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht von entscheidender Bedeutung. ULTEM-Filamente werden häufig in Flugzeuginnenräumen, Rohrleitungen und nicht kritischen Bauteilen eingesetzt, wo ihre flammhemmenden Eigenschaften und ihr Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht von entscheidender Bedeutung sind.
Medizin: Wenn Leben davon abhängen, dass Ihre Prototypen einwandfrei funktionieren, sind die Biokompatibilität und chemische Beständigkeit von ULTEM von entscheidendem Vorteil. Von Prototypen für chirurgische Instrumente bis hin zu Gehäusen für Diagnosegeräte – diese Hochleistungsfilamente halten Sterilisationszyklen und anspruchsvollen Umgebungen stand, die weniger widerstandsfähige Materialien zerstören würden.
Automobilindustrie: Unter der Motorhaube ist kein Platz für schwache Materialien. Carbonfaser-Nylon bewährt sich unter diesen rauen Bedingungen, von Motorgehäusen, die ständigen Temperaturwechseln ausgesetzt sind, bis hin zu kundenspezifischen Halterungen, die jahrelangen Vibrationen standhalten müssen. Dank der thermischen Stabilität des Materials funktionieren die Teile auch dann noch, wenn andere sich verziehen oder Risse bekommen würden.
Unterhaltungselektronik: Wenn Ihr Produkt gut aussehen und zuverlässig funktionieren muss, bietet Markforged Onyx sowohl Leistung als auch Optik. Dank seiner hervorragenden Oberflächenbeschaffenheit und Schlagfestigkeit eignet es sich perfekt für Gehäuse-Prototypen, die den unvermeidlichen Stürzen und Stößen im realen Einsatz standhalten müssen.
Entwerfen für starke Filamente
Hochfeste Filamente verhalten sich anders als Standardkunststoffe. Wenn Sie ihre Besonderheiten kennen, können Sie Teile entwerfen, die die von Ihnen erwartete Leistung erbringen.
- Feuchtigkeitsempfindlichkeit: Materialien auf Nylonbasis nehmen leicht Feuchtigkeit auf. Dicke Abschnitte können Feuchtigkeit einschließen und mit der Zeit schwächer werden. Verwenden Sie Hohlräume oder Drainagewege, um dieses Risiko zu verringern.
- Druckausrichtung und Anisotropie: Teile, die mit Schichten senkrecht zur Belastung gedruckt werden, können 20 bis 40 % schwächer sein als solche, die parallel zur Belastung ausgerichtet sind. Kohlefaserfilamente sind entlang der Schichtrichtung besonders fest, zwischen den Schichten jedoch schwach. Entwerfen Sie Belastungswege immer so, dass sie der Druckrichtung folgen.
- Wärmeausdehnung: ULTEM dehnt sich stärker aus und zieht sich stärker zusammen als Standardkunststoffe. Berücksichtigen Sie diese Bewegung, indem Sie Toleranzen und Verbindungsdesigns anpassen.
- Schichthaftung: Glatte Übergänge und abgerundete Ecken reduzieren Spannungskonzentrationen an Schichtgrenzflächen und verbessern die Gesamtfestigkeit.
Qualitätssicherung im 3D-Druck
Hohe Qualität hat für uns oberste Priorität, insbesondere bei starken Filamenten, bei denen die Leistung entscheidend ist. Jede Bestellung durchläuft strukturierte Qualitätssicherungsprozesse, die Ingenieuren Vertrauen geben sollen:
- DFM-Analyse: edes Angebot umfasst automatisierte Prüfungen, um potenzielle Probleme wie dünne Wände, unzugängliche Oberflächen oder Probleme mit der Textauflösung vor Beginn des Druckvorgangs zu erkennen.
- Qualitätsprüfungen während des Prozesses: Erfahrene Techniker für additive Fertigung führen während des Bauprozesses Qualitätsprüfungen für jede einzelne Geometrie durch.
- Sichtprüfung: Die Teile werden einer Sichtprüfung unterzogen, um die Übereinstimmung mit Ihrem 3D-Modell sicherzustellen.
- Dimensionale Stichproben: Wichtige Abmessungen werden stichprobenartig überprüft, um sicherzustellen, dass die Grundabmessungen den angegebenen Toleranzen entsprechen.
- Zertifizierte Berichtsoptionen: Für AS9100-zertifizierte Prozesse (SLS, MJF und DMLS) bieten wir AQL-Level-II-Stichproben mit mehreren Berichtsoptionen an, darunter AS9102 First Article Inspection (FAI), Build Reports, Dimensional Inspection Reports (DIR) und Reference Reports. Dies gibt Ingenieuren die Flexibilität, den Dokumentationsumfang auszuwählen, der ihren Projektanforderungen entspricht.
Die Qualitätskontrolle wird auch bei Protolabs-Netzwerk, das nach AS 9100 D / ISO 9001: 2015 zertifiziert ist, streng umgesetzt, wobei zusätzliche Zertifizierungen über unsere Fertigungspartner verfügbar sind.
FAQ
Welches ist das stärkste 3D-Druckfilament?
expand_less expand_more„Stärkste“ hängt von Ihrer Anwendung ab. ULTEM 1010 hat eine Zugfestigkeit von 103 MPa, während Markforged Onyx mit 330 J/m die beste Schlagfestigkeit aufweist.
Ist Festigkeit dasselbe wie Steifigkeit?
expand_less expand_moreNein. Steifigkeit ist die Widerstandsfähigkeit gegen Verformung, Festigkeit ist die Widerstandsfähigkeit gegen Krafteinwirkung.
Können starke Filamente für funktionale Prototypen verwendet werden?
expand_less expand_moreJa, und sie verringern häufig die Lücke zwischen Prototypenentwicklung und Produktion.
Wie schneiden starke Filamente in Bezug auf die Kosten ab?
expand_less expand_moreSie sind in der Anschaffung teurer, sparen jedoch durch eine längere Lebensdauer der Teile und weniger Ausfälle.
Sind Carbonfaserfilamente immer stärker?
expand_less expand_moreNicht immer. Sie erhöhen die Steifigkeit, können jedoch die Schlagfestigkeit verringern. Onyx übertrifft Carbonfaser-Nylon in Bezug auf die Stoßdämpfung.
Wann sollte ich stattdessen Pulvermaterialien verwenden?
expand_less expand_moreWenn Filamente Ihre Festigkeitsanforderungen nicht erfüllen können. SLS und MJF bieten oft eine überlegene Leistung.
Muss ich bei starken Filamenten besondere CAD-Aspekte berücksichtigen?
expand_less expand_moreJa, bei hochfesten Materialien sind mehrere Faktoren wichtiger. Entwerfen Sie dickere Wände (mindestens 1,5 mm), vermeiden Sie scharfe Innenecken, die Spannungskonzentrationen verursachen, und berücksichtigen Sie, wie Ihr Teil während des Druckvorgangs ausgerichtet wird. Unsere DFM-Analyse weist während der Angebotserstellung automatisch auf potenzielle Probleme hin.
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