Abenteuer 3D-Druck Blog

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  • Prototyping von Verpackungen mit Vakuumformung und 3D gedruckten Formen

    Mit Formlabs High Temp Resin zur Vakuumformung

    Die Vakuumformung gehört zu den weit verbreitenden Herstellungsmethoden für die Erzeugung von Verpackungen für verschiedene Güter. Von Salatmischungen im Lebensmittelgeschäft über den Deckel Ihres Kaffeebechers zum Mitnehmen bis hin zu hochwertiger Unterhaltungselektronik - die Vakuumformung eignet sich für die Herstellung leichter, kostengünstiger Verpackungen. Der Prozess der Vakuumformung ist dabei recht einfach, er erfordert vier Grundelemente:

    1. Eine Form oder ein Werkzeug, das die Form des Endteils erzeugt
    2. Eine Kunststoffplatte
    3. Eine Wärmequelle und
    4. Eine Vakuumquelle
    Vakuumform und Endergebnis aus der Vakuumform
    Beispiel einer Vakuumform aus Resin High Temp (links) und die daraus gezogene Form (rechts)

    Die Kunststoffplatte wird so gleichmäßig wie möglich erwärmt, bis sie weich und geschmeidig ist und auf die Form oder das Werkzeug gelegt werden kann. Anschließend wird ein Vakuum erzeugt, das die Kunststoffplatte an die Form andrückt. Dann lässt man das so erzeugte Teil abkühlen, bis es aus der Form entnommen werden kann. Die Herstellung von Vakuumformwerkzeugen mit traditionellen Herstellungsverfahren wie Fräsen oder Gießen ist oft zeitaufwändig und kostspielig, insbesondere bei komplexen Geometrien, strukturierten Oberflächen oder feinen Merkmalen. Zunehmend greifen Designer und Ingenieure daher auf 3D gedruckte Formen und Werkzeuge für die Vakuumformung zurück, um erhebliche Kosten- und Zeiteinsparungen zu erzielen. Darüber hinaus können 3D gedruckte Formen und Werkzeuge problemlos kleine Merkmale wie Text und komplizierte Texturen aufnehmen, ohne die Teilekosten zu beeinflussen.

    Design-Richtlinien

    Wie bei jedem Herstellungsprozess gibt es auch für das erfolgreiche Vakuumformen Konstruktionsrichtlinien, die zu befolgen sind. Bevor Sie damit beginnen, sollten Sie einige Grundkenntnisse beherzigen. Lassen Sie uns zunächst einige Begriffe definieren, bevor wir uns mit den besten Praktiken für die Konstruktion von Vakuumformwerkzeugen befassen.

    Zwei grundlegende Formen-Stile

    Es gibt zwei grundlegende Arten von Vakuumformwerkzeugen: männliche und weibliche Formen. Bei der Herstellung eines kuppelförmigen Teils würde eine männliche Form eine konvexe Geometrie verwenden, während eine weibliche Form konkav ist.

    Männliche Positivform
    Beispiel einer Positivform - auch männliche Form genannt - mit konvexen Kurven
    Weibliche Negativform
    Beispiel einer Negativform - auch weibliche Form genannt - mit konkaven Kurven

    Einfluss von Winkeln auf die Teilentfernung

    Grundsätzlich sollten Sie Entformungswinkel vorsehen. Zwar können bestimmte Teilegeometrien ohne jeglichen Entformungswinkel geformt werden, jedoch wird die Entformung selbst dadurch unnötig erschwert oder gar unmöglich gemacht. Zugleich erleichtert ein Entformungswinkel ein gleichmäßiges Finish Ihrer vakuumgeformten Teile. Für männliche Formen werden 4-5 Grad Einziehung empfohlen. Für weibliche Formen sind die Empfehlungen für den Entwurf mit 1,5-3 Grad Einziehung niedriger. Bei tieferen Teilen kann das Hinzufügen zusätzlicher Verzugsgrade hilfreich sein, um qualitativ hochwertige Teile zu erhalten, die sich leicht aus der Form entfernen lassen. Die Verwendung von stark detaillierten Oberflächen erhöht in den meisten Fällen die Anforderungen an den Entformungswinkel, so dass Sie dies im Hinterkopf behalten sollten, wenn Ihr Design viele Details aufweist.

    Taschen, Ecken und Radien

    Bei Innentaschen ist es oft notwendig, Entlüftungslöcher durch die Form oder das Muster hindurch hinzuzufügen. Dadurch kann das Vakuum alle Bereiche der Form erreichen und den erweichten Kunststoff ausreichend nach unten ziehen, um das Kunststoffblatt vollständig an die Form anzuziehen. Wann immer möglich, sollten scharfe Kanten der Form mit Fasen oder Radien gebrochen werden, um sowohl die Spannungskonzentrationen im fertigen Teil zu reduzieren als auch das Risiko von Rissen oder Unebenheiten beim Vakuumformen zu verringern.

    Vakuumform ohne Luftkanäle
    Beispiel einer Vakuumform ohne Luftkanäle, wodurch die Winkel und Radien schlecht wiedergegeben werden
    Vakuumform mit Luftkanälen
    Beispiel einer Vakuumform mit Luftkanälen für ein besseres Formergebnis

    Teiletiefe und Ziehverhältnisse

    Es ist wichtig, die Form und das vakuumgeformte Teil so flach wie möglich zu halten. Je tiefer der zur Herstellung des Teils erforderliche Zug, desto mehr muss sich die Kunststoffplatte dehnen. Dies bedeutet, dass tiefer gezogene Teile dickere Materialien erfordern, mehr Variationen in der Wandstärke aufweisen und im Allgemeinen schwieriger erfolgreich zu produzieren sind. Es gibt eine einfache Formel, die als Ziehverhältnis bekannt ist.

    Mit dem Ziehverhältnis lässt sich leicht ermitteln, ob ein Teil wahrscheinlich erfolgreich geformt werden kann, und welche Dicke der Kunststoffplatte man mindestens benötigt, um die gewünschte Enddicke des Teils zu erreichen. Das Ziehverhältnis wird als die Oberfläche des Teils geteilt durch die Grundfläche des Teils ausgedrückt. Ein Ziehverhältnis von 3:1 wird im Allgemeinen als das Maximum für die meisten Vakuumformungsvorgänge angesehen. Um zu bestimmen, mit welcher Materialdicke man beginnen sollte, multipliziert man die gewünschte Dicke des Fertigteils mit dem Ziehverhältnis. Das Ziehverhältnis multipliziert mit der gewünschten Dicke des Fertigteils ergibt die minimale Materialdicke der Kunststoffplatte.

    Vorschau Form mit Stützstrukturen an der Unterseite
    Beispiel einer Vakuumform, welche mit Stützstrukturen an der Unterseite gedruckt wird

    Unterschiede in der Druckvorbereitung für männliche und weibliche Formen

    Die Abziehkräfte, die die Teile während des Druckens vom Harzbehälter trennen, variieren je nach Teilegröße und -geometrie. Ein geschlossenes Volumen, wie es bei einer parallel zur Bauplattform ausgerichteten weiblichen Form der Fall sein könnte, weist während des Drucks aufgrund der Schröpfkräfte aus dem umschlossenen Innenvolumen höhere Spannungen auf. Diese Formen sollten Sie stets mit Stützstrukturen drucken. Geschlossene männliche Formen haben eine geringere Schröpfneigung und eignen sich daher besser für einen 3D Druck direkt auf der Bauplattform.

    Vorschau Form direkt auf Bauplattform
    Beispiel einer Vakuumform, welche direkt auf der Bauplattform gedruckt wird

    Nachbearbeitung gedruckter Formen

    Wenn Ihre Form fertig gedruckt ist, müssen als nächstes die Harzreste auf den Oberflächen abgewaschen und die Teile nachgehärtet werden, um optimale physikalische Eigenschaften zu erreichen. Bei Formlabs Resin High Temp V2 haben Sie mehrere Nachhärtungsoptionen, die Sie je nach gewünschten Materialeigenschaften wählen. Lesen Sie hierzu im technischen Datenblatt nach, um zu verstehen, wie sich die verschiedenen Optionen auf die mechanischen Eigenschaften auswirken, und wählen Sie die Nachhärtungsoption, die für die beabsichtigte Anwendung am besten geeignet ist. Um die höchste HDT von 238 °C @ 0,45 MPa zu erreichen benötigen die Teile eine Nachbehandlung für 120 Minuten bei 80 °C in der Form Cure, oder mit einer thermischen Nachhärtung der Teile in einem Non-Food-Ofen für 3 Stunden bei 160 °C. Für Anwendungen, die nicht die maximale Wärmebeständigkeit erfordern, härten Sie Teile in der Form Cure für 60 Minuten bei 60 °C nach.

    Form Wash
    Formlabs Form Wash zum Waschen aus Resin 3D gedruckter Vakuumformen
    Form Cure
    Formlabs Form Cure zum Nachhärten aus Resin 3D gedruckter Vakuumformen

    Säubern von Vakuumformteilen

    In den meisten Fällen werden beim Vakuumformen endkonturnahe Teile hergestellt, d.h. es gibt Aspekte des Teils, die in irgendeiner Weise bearbeitet werden müssen, bevor der gesamte Herstellungsprozess als abgeschlossen betrachtet werden kann. Die meisten vakuumverformbaren Kunststoffe lassen sich entweder von Hand mit einem scharfen Messer oder mit einer Werkzeugmaschine wie einer Oberfräse oder einem Fräser leicht beschneiden.

    Gezogene Form ohne Säuberung
    Beispiel einer gezogenen Form vor der Säuberung
    Zuschneiden der gezogenen Form
    Säubern der gezogenen Form mit einem Skalpel

    Fazit

    Der 3D-Druck ist ein leistungsstarkes Werkzeug zur Beschleunigung von Design-, Konstruktions- und Fertigungsschritten. Wenn Sie sich bisher noch nicht mit der Vakuumformung beschäftigt haben, können Sie anhand dieser kurzen Anleitung einen ersten Einstieg finden, wie Sie am besten Formengeometrien entwerfen. Mit der richtigen Sorgfalt halten 3D gedruckte Formen für Dutzende und Dutzende von vakuumgeformten Teilen. Für die Anwendung im Modellbau und die Fertigung von Prototypen sind der Form 3 in Kombination mit Resin High Temp und der Mayku Formbox ideale Werkzeuge für Ihre Vakuumformung.

    Im Original gefunden auf Formlabs, übersetzt und überarbeitet von Thomas Hellmann.

  • Wie finde ich das richtige 3D Druck Material?

    Wie du das richtige 3D Druck Material findest

    Sind dir auch schon einmal so kryptische Begriffe, wie z. B. Izod impact strength, notched (at 23 °C)Elongation at yield, und ASTM D 256-10 in den Datenblättern zu 3D Druckmaterialien aufgefallen? Worin unterscheiden sich diese Werte? Was sagen die Werte aus dem Datenblatt eigentlich aus? In welcher Beziehung stehen die angegebenen Daten zu gängigen Materialien, mit denen wir uns täglich umgeben, und warum ist es für deine Entscheidung wichtig? Zugegeben, das Thema wirkt ein wenig trocken. Solange du "einfach nur" 3D drucken möchtest, macht das doch keinen Unterschied, oder etwa doch? Nun ... vielleicht ein wenig für jeden von uns. Ganz bestimmt eine Menge, wenn die Materialien Belastungen ausgesetzt werden.

    Ausschnitt aus einem Datenblatt für Resin
    Ausschnitt eines Datenblatts für Resin
    Ausschnitt aus einem Datenblatt für Filament
    Ausschnitt eines Datenblatts für Filament

    3D Druckmaterialien in ihrer großen Bandbreite unterscheiden sich nicht nur von Material zu Material, sondern sehr oft auch von Hersteller zu Hersteller, manchmal sogar von Charge zu Charge. Alle Materialeigenschaften, wie chemische, optische, mechanische, thermische oder elektrische Eigenschaften bestimmen darüber, wie sich ein bestimmtes Material unter bestimmten Bedingungen verhält. Um diese Unterschiede beurteilen zu können, helfen quantitative Metriken aus definierten Testumgebungen und -Szenarien, den Nutzen eines Materials im Vergleich zu einem anderen für einen bestimmten Anwendungsfall anhand der Testattribute zu bewerten.

    Nachfolgend zeige ich dir die am häufigsten verwendeten Werte zur Bestimmung bestimmter mechanischer und thermischer Eigenschaften. Ich zeige dir, wie du die Bedeutung für deine Anwendung abliest und inwiefern sich die Eigenschaften typischer 3D Druckmaterialien von den Kunststoffen unterscheiden, die in herkömmlichen Produktionsverfahren, wie dem Spritzguss Verwendung finden. Mithilfe dieses Beitrags sollst du in die Lage versetzt werden, den von dir gewünschten Werkstoff richtig einzuschätzen und das richtige 3D Druck Material zu finden.

    Häufig genannte mechanische und thermische Eigenschaften

    Werkstoffeigenschaften werden am zuverlässigsten mit standardisierten Prüfmethoden gemessen. Es handelt sich dabei um Standards, die von Benutzergruppen oder -Gemeinschaften dokumentiert wurden oder im Rahmen nationaler oder internationaler Standardisierungsorganisationen vereinbart wurden (z. B. ASTMISO). Dabei beziehen sich alle Tests auf standardisierte Prüflinge. Insofern geben sie dir nur einen Anhaltspunkt für die Eigenschaften deines Bauteils, denn diese Eigenschaften werden auch von der Geometrie des Bauteils beeinflusst. Ich gehe auf die in der Tabelle genannten Tests ein und zeige dir an Beispielen von 3D Druck Materialien, wie sie sich unterscheiden. Die dabei gezeigten Beispiele sind nicht allgemeingültig und beziehen sich lediglich auf die jeweiligen Materialien der genannten Hersteller zum Zeitpunkt der Verfassung dieses Artikels.

    DarstellungMaterialeigenschaftDefinitionWarum ist das wichtig?
    Zugfestigkeit / Tensile StrengthZugfestigkeit (Tensile Strength)Beständigkeit eines Materials gegen Bruch unter Spannung.Eine grundlegende Eigenschaft, die die ultimative Stärke eines Teils zeigt. Eine hohe Zugfestigkeit ist wichtig für tragende, mechanische, statische Teile oder Strukturteile.
    Elastizitätsmodul / Young's ModulusElastizitätsmodul (Young's Modulus)Beständigkeit eines Materials gegen Dehnung unter Spannung (Steifheit).Ein guter Indikator für die Steifigkeit (hoher Modul) oder die Flexibilität (niedriger Modul) eines Materials.
    Dehnung / ElongationDehnung (Elongation)Beständigkeit eines Materials gegen Brechen, wenn es gedehnt wird.Hilft dir, Eigenschaften flexibler Materialien in Bezug auf die Dehnbarkeit zu vergleichen. Zeigt auch an, ob sich ein Material zuerst verformt oder plötzlich bricht.
    Biegefestigkeit / Flexural StrengthBiegefestigkeit (Flexural Strength)Bruchfestigkeit eines Materials beim Biegen.Ähnlich der Zugfestigkeit, zeigt jedoch Festigkeit im Biegemodus. Auch ein guter Indikator, wenn ein Material isotrop (homogen) ist.
    Biegemodul / Flexural ModulusBiegemodul (Flexural Modulus)Biegefestigkeit eines Materials unter Last.Guter Indikator für die Steifigkeit (hoher Modul) oder die Flexibilität (niedriger Modul) eines Materials.
    Schlagfestigkeit / Impact StrengthSchlagfestigkeit (Impact Strength)Fähigkeit eines Materials, Stöße und Schlagenergie zu absorbieren, ohne zu brechen.Zeigt die Zähigkeit eines Materials an. Dieser Wert hilft dir herauszufinden, ob ein Teil heil bleibt, wenn es auf den Boden fällt oder gegen ein anderes Objekt stößt.
    Eindruckhärte / Indentation HardnessEindruckhärte (Shore) (Indentation Hardness (Shore))Widerstand eines Materials gegen Verformung.Hilft dir, die richtige Weichheit für Gummi und Elastomere für bestimmte Anwendungen zu ermitteln.
    Druckverformungsrest / Compression SetDruckverformungsrest (Compression Set)Bleibende Verformung nach dem Zusammendrücken des Materials.Wichtig für elastische Anwendungen. Zeigt an, ob ein Material schnell in seine ursprüngliche Form zurückspringt.
    Reißfestigkeit / Tear StrengthReißfestigkeit (Tear Strength)Beständigkeit eines Materials gegen Risswachstum unter Spannung.Wichtig für flexible Materialien wie Gummi oder Textilien. Zeigt die Abriebfestigkeit an.
    Wasseraufnahme / Water AbsorptionWasseraufnahme (Water Absorption)Menge des unter bestimmten Bedingungen aufgenommenen Wassers.Vor allem bei der Verarbeitung des Rohmaterials kann eine hohe Wasseraufnahme oder Luftfeuchtigkeit zur Verschlechterung der Materialeigenschaften bei Thermoplasten führen.
    Wärmeformbeständigkeitstemperatur / Heat Deflection TemperatureWärmeformbeständigkeitstemperatur (Heat Deflection Temperature)Temperatur, bei der sich eine Probe unter einer bestimmten Belastung verformt.Zeigt an, ob ein Material für Hochtemperaturanwendungen geeignet ist.
    Vicat-Erweichungspunkt / Vicat Softening PointVicat-Erweichungspunkt (Vicat Softening Point)Temperatur, bei der das Material spürbar weich wird.Wird für Materialien verwendet, die keinen bestimmten Schmelzpunkt haben. Für Hochtemperaturanwendungen hilft es, die obere Temperaturgrenze für den Dauereinsatz zu bestimmen.
    Wärmeausdehnung / Thermal ExpansionWärmeausdehnung (Thermal Expansion)Tendenz eines Materials, sich als Reaktion auf eine Temperaturänderung auszudehnen (oder zu schrumpfen).Wichtig für Anwendungen, bei denen eine Formänderung als Reaktion auf die Temperatur nicht akzeptabel oder wünschenswert ist.

    Es ist recht wahrscheinlich, dass du auf folgende Metriken und Standards in Datenblättern von Materialien stößt. Hier ein Beispiel für die Zugfestigkeit von Formlabs Standard Clear Resin:

    MetricImperial Method
     GreenPost-curedGreenPost-cured 
    Ultimate Tensile Strength38 MPa65 MPa5510 psi9380 psiASTM D 638-10

    Ein weiteres Beispiel, diesmal für die Bruchdehnung von Ultimaker ABS:

    Mechanical properties Injection molding 3D printing
     Typical valueTest methodTypical valueTest method
    Elongation at break - -210 %ISO 527(50 mm/min)

    Was sagen also diese Werte nun aus?

    • Metric: metrische Einheiten
    • Imperial: imperiale Einheiten
    • Method: Testmethode zum standardisierten Vergleich
    • Green: Werte für SLA Teile ohne Nachbehandlung
    • Post-cured: Werte für SLA Teile mit Nachbehandlung in einer UV-Kammer
    • Typical value: typischer Wert aus einer Reihe mehrerer Tests

    Das sind also nun unsere Grundlagen. Kümmern wir uns jetzt um die jeweiligen Testmethoden, die ich in der Tabelle zuvor aufgeführt habe und sehen wir uns an, wie diese Werte im Vergleich der unterschiedlichen Materialien ausfallen. Im Zuge dessen sehen wir uns auch noch an, wie sich die Werte der unterschiedlichen Produktionsverfahren zueinander verhalten. Der Einfachheit halber verzichte ich bei den aufgeführten Werten auf die Angabe der jeweiligen Testmethode ... ja richtig, wie wir zuvor gelernt haben, ist das ein wenig wie Äpfel mit Birnen zu vergleichen. Doch mir geht es eher darum, den jeweiligen Wert aufzuzeigen und typische Angaben dafür zu identifizieren. Wer also exakte Informationen benötigt, kommt nicht umhin, neben den Datenblättern auch noch die darin angegebenen Teststandards zu studieren.

    Zugfestigkeit / Tensile Strength

    Zugfestigkeit / Tensile Strength

    Eine der grundlegendsten Materialeigenschaften ist die Zugfestigkeit, also die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegen Bruch unter Spannung. In Materialdatenblättern steht dieser Wert meist weit oben, da ihm eine so hohe Bedeutung in der Materialbewertung zukommt. In Verbindung mit einer ausreichenden Duktilität (Dehnbarkeit, Verformbarkeit) zeigt die Zugfestigkeit auch die Zähigkeit eines Materials an. Einige Materialien brechen unvermittelt, das nennen wir im Allgemeinen spröde, andere Materialien, wie z. B. viele Kunststoffe und Metalle hingegen verformen sich zunächst, bevor sie reißen. Um dieses Verhalten klar zu verstehen, werden Zugfestigkeitsdaten üblicherweise mit einer Spannungs-Dehnungs-Kurve ergänzt.

    Materialien mit hoher Zugfestigkeit finden sich typischerweise in mechanischen oder statischen Bauteilen, sowie Strukturbauteilen, bei denen ein Bruch inakzeptabel ist. Häufige Anwendungsgebiete sind daher z. B. im Bauwesen, in der Automobilindustrie, in der Luftfahrt sowie bei Drähten, Seilen, kugelsicheren Westen und mehr. Im 3D-Druck werden mittlerweile oft gleiche oder sogar höhere Zugfestigkeiten im Vergleich zu Kunststoffteilen aus dem Spritzguss erreicht. Hohe Zugfestigkeiten bieten z. B. ABSNylon und Tough Resin.

    Zugfestigkeit von herkömmlichen und 3D gedruckten Materialien, gemessen in MPa:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    ABSNylonPolypropylenKiefernholz(entlang der Faser)Edelstahl 17-4 PHUltimaker ABSFormlabs Tough ResinUltimaker Nylon
    40 MPa70 MPa40 MPa40 MPa1090 MPa33,9 MPa34,7 MPa (Green)
    55,7 MPa (Post-Cured)
    34,4 MPa

    Für weiterführende Informationen siehe auch: ZugfestigkeitASTM D638-10ISO 527-1

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    Elastizitätsmodul / Young's Modulus

    Elastizitätsmodul / Young's Modulus

    Der Elastizitätsmodul gibt Auskunft über die Steifigkeit eines Materials unter Zugbelastung. Je höher der Wert vom Elastizitätsmodul, desto steifer ist das Material. Am oberen Ende der Skala wird mit dem Elastizitätsmodul die Formtreue eines Materials unter Last quantifiziert. Diese Eigenschaft ist von besonderer Bedeutung für dich, wenn du auf der Suche nach einem Material für Strukturteile und tragende mechanische Teile bist, von denen du erwartest, dass sie unter Last innerhalb ihrer geometrischen Spezifikationen bleiben.

    Ein niedriger Elastizitätsmodul wiederum deutet auf ein elastisches Material hin, da es sich leicht verformen lässt. Diesen Wert ziehst du also am unteren Ende der Skala in Betracht, wenn du auf der Suche nach einem elastischen, weichen und flexiblem Material bist.

    Elastizitätsmodul traditioneller und 3D gedruckter Materialien, gemessen in GPa:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    ABSNylonPolypropylenKiefernholz(entlang der Faser)Edelstahl 17-4 PHUltimaker ABSFormlabs Tough ResinUltimaker Nylon
    2,3 GPa1,8 GPa1,9 GPa11 GPa280 GPa1,68 GPa0,45 GPa (Green)
    1,26 GPa (Post-Cured)
    0,58 GPa

    Für weiterführende Informationen siehe auch: ElastizitätsmodulASTM D638-10ISO 527-1

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    Dehnung / Elongation

    Dehnung / Elongation

    Das Ausmaß, in dem sich ein Material im Moment des Brechens ausdehnt, wird als Dehnung bezeichnet. Definiert als das Verhältnis der Ausdehnung über die anfängliche unbelastete Länge, drückt es die Fähigkeit eines Materials aus, Formänderungen ohne Rissbildung zu widerstehen. Steife Materialien, wie spröde harte Kunststoffe, weisen typischerweise eine geringe Bruchdehnung auf, während sich einige weiche, elastische Materialien vor dem Bruch um ein Vielfaches ihrer eigenen Länge dehnen können.

    Wenn du auf der Suche nach einem flexiblen Material für deinen 3D Druck bist, dann gibt dir die Dehnung Auskunft darüber, wie stark sich das Material dehnen kann. Die Dehnungsmöglichkeit eines Materials ist oft in der Konstruktion und Architektur wichtig, wo es darauf ankommt, dass Verformungen erwünscht sind, bevor ein Material zusammenbricht. Sofern die Werte angegeben sind, kann die Dehnung aus der Zugfestigkeit und dem Zugmodul eines Materials abgeleitet werden. Es handelt sich insofern um ein teilweise redundantes Maß.

    Dehnung traditioneller und 3D gedruckter Materialien, gemessen in Prozent:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    ABSNylonPolypropylenKiefernholz(entlang der Faser)Edelstahl 17-4 PHUltimaker ABSFormlabs Tough ResinUltimaker Nylon
    30 %90 %100 %9 %5 %3,5 %67 % (Green)
    49 % (Post-Cured)
    210 %

    Für weiterführende Informationen siehe auch: DehnungASTM D638-10ISO 527-1

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    Biegefestigkeit (Flexural Strength)

    Biegefestigkeit (Flexural Strength)

    Ähnlich wie die Zugfestigkeit beschreibt die Biegefestigkeit die Bruchfestigkeit eines Materials unter Last. Der Unterschied liegt in der Art der Last, die sich für die Biegefestigkeit im Biegemodus befindet und somit sowohl die Druckfestigkeit als auch die Zugfestigkeit eines Materials widerspiegelt.

    Bei den meisten Kunststoffen liegen Biege- und Zugfestigkeit eng beieinander. Wenn ein Material isotrop (homogen) ist, entspricht seine Biegefestigkeit der Zugfestigkeit. Aufgrund der starken chemischen Bindungen zwischen den 3D Drucken sind im SLA-Verfahren gebaute Teile isotrop. Insofern ergibt sich speziell in diesem Verfahren ein Vorteil, da die Teile unabhängig von der Ausrichtung eine vergleichbare Festigkeit aufweisen.

    Biegefestigkeit von herkömmlichen und 3D gedruckten Materialien, gemessen in MPa:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    ABSNylonPolypropylenKiefernholz(entlang der Faser)Edelstahl 17-4 PHUltimaker ABSFormlabs Tough ResinUltimaker Nylon
    63 MPa117 MPa40 MPa60 MPa1100 MPa70,5 MPa20,8 MPa (Green)
    60,6 MPa (Post-Cured)
    24,0 MPa

    Für weiterführende Informationen siehe auch: BiegefestigkeitASTM D790-15ISO 178

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    Biegemodul (Flexural Modulus)

    Biegemodul (Flexural Modulus)

    Der Biegemodul ist ein Maß für die Steifigkeit eines Materials in Biegerichtung. Ein hoher Biegemodul zeigt ein steiferes Material an, während elastische Materialien einen niedrigeren Biegemodul haben. Genau wie Zug- und Biegefestigkeit hängen Zug- und Biegemodul eng zusammen und unterscheiden sich in der Regel nicht wesentlich.

    Der Biegemodul ist eine wichtige Messgröße für Anwendungen wie Stahlfedern, insbesondere Blattfedern sowie Stützbalken oder Bauteile. Diesen Wert ziehst du also hinzu, wenn du wissen musst, wie gut oder schlecht sich ein Material biegen lässt.

    Der Biegemodul von herkömmlichen und 3D gedruckten Materialien, gemessen in GPa:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    ABSNylonPolypropylenKiefernholz(entlang der Faser)Edelstahl 17-4 PHUltimaker ABSFormlabs Tough ResinUltimaker Nylon
    2,5 GPa1,8 GPa1,5 GPa8 GPa210 GPa2,07 GPa0,6 GPa (Green)
    1,6 GPa (Post-Cured)
    0,5 GPa

    Für weiterführende Informationen siehe auch: Flexural ModulusASTM D790-15ISO 178

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    Schlagfestigkeit / Impact Strength

    Schlagfestigkeit / Impact Strength

    Materialien können auf statische Belastungen anders reagieren als auf plötzliche Stöße. Die Fähigkeit, diese plötzliche Energie während der plastischen Verformung aufzunehmen, ist die Zähigkeit des Materials. Definiert als die Energiemenge, die ein Material bei einem plötzlichen Aufprall oder Stoß aufnehmen kann, ohne zu brechen, sind Aufpralltests ein hervorragender Indikator für die Zähigkeit. Spröde Materialien weisen aufgrund der geringen plastischen Verformung, die sie aushalten können, eine geringe Zähigkeit auf. Im Allgemeinen nimmt bei niedrigeren Temperaturen auch die Aufprallenergie ab, die ein Material absorbieren kann.

    Die Schlagfestigkeit ist ein wichtiger Faktor in vielen Anwendungen, von Gehäusen über Schutzschirme bis hin zu Schutzbrillen. Der IZOD- und der Charpy-Schlagfestigkeitstest sind zwei gebräuchliche Schlagfestigkeitstests, die sich nur in der Art und Weise unterscheiden, in der sie gemessen werden, wobei Ersterer der ASTM-Standard ist.

    Schlagzähigkeit von herkömmlichen und 3D gedruckten Materialien, gemessen in J/m²:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    ABSNylonPolypropylenKiefernholz(entlang der Faser)Edelstahl 17-4 PHUltimaker ABSFormlabs Tough ResinUltimaker Nylon
    400 J/m²64 J/m²64 J/m²19 J/m²k. A.10,5 kJ/m²32,6 J/m² (Green)
    38 J/m² (Post-Cured)
    34,4 kJ/m²

    Für weiterführende Informationen siehe auch: Zähigkeit, ASTM D256-10, ISO 180

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    Eindruckhärte (Shore) / Indentation Hardness (Shore)

    Eindruckhärte / Indentation Hardness

    Unter Härte versteht man den Widerstand eines Materials gegen bleibende Formänderungen, wenn eine Druckkraft ausgeübt wird. In der Praxis ist Härte gleichbedeutend mit Kratzfestigkeit sowie Eindrückfestigkeit und elastischer Verformung. Härte und Zähigkeit schließen sich gegenseitig aus. Harte Materialien sind von Natur aus spröde, während für die Zähigkeit ein Material mit einer gewissen Verformbarkeit erforderlich ist. Während eine niedrige Härte im Allgemeinen auf ein weiches Material hinweist, wird die obige Härtedefinition umso unpraktischer, je weicher das zu prüfende Material ist. Hier kommt der Shore-Durometer (oder die Shorehärte) ins Spiel - eine Testmethode und -Definition zur Messung der Härte (oder Weichheit) von weichen, flexiblen und elastischen Materialien wie Gummi, Elastomeren und einigen Polymeren.

    In der Praxis wird das Shore-Durometer häufig verwendet, um geeignete Materialien für Oberflächen mit weichem Griff zu identifizieren, z. B. einen Griff oder das richtige Gummi für eine bestimmte Dichtung. Der Durometer ist auch ein wichtiges Maß für Rollen und Vollgummireifen. Eine hohe Shorehärte zeigt ein härteres und weniger flexibles Material an, während ein niedrigerer Wert ein weicheres Material anzeigt. Wenn in einem Datenblatt kein Wert für die Härte angegeben ist, kann ein niedriger Zugmodul auch ein guter Indikator für ein elastisches und weiches Material sein. Die ASTM-Prüfnorm sieht insgesamt 12 Skalen (von A bis R) vor, wobei die A-Skala für weichere Kunststoffe am gebräuchlichsten ist und die D-Skala für härtere. Die jeweiligen Abstufungen sind dann wiederum in Ziffern angegeben. So gibt es Shore Härte 80 in der Skala A ebenso, wie in der Skala D.

    Eindruckhärte von herkömmlichen und 3D gedruckten Materialien, gemessen auf der Shore A-Skala:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    GummibandTürdichtungAutoreifenHydraulik O-RingSkateboard RolleUltimaker TPUFormlabs Flexible ResinNinjaFlex
    25 A55 A70 A70-90 A98 A95 A70-75 A (Green)
    80-85 A (Post-Cured)
    85 A

    Für weiterführende Informationen siehe auch: ZähigkeitASTM D2240Shore Durometer

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    Druckverformungsrest / Compression Set

    Druckverformungsrest / Compression Set

    Der Druckverformungsrest wird üblicherweise verwendet, um die bleibende Verformung in einem weichen Material wie einem Elastomer zu beschreiben, nachdem eine Druckkraft entfernt wurde. Materialien mit einem hohen Druckverformungsrest sind nicht für Anwendungen geeignet, bei denen erwartet wird, dass ein Teil schnell in seine ursprüngliche Form zurückspringt, nachdem eine Druckkraft entfernt wurde, wie z. B. Federn. Für Dämpfer oder Dichtungen kann ein hoher Druckverformungsrest akzeptabel oder erwünscht sein.

    Druckverformungsrest von herkömmlichen und 3D Druckmaterialien, gemessen in Prozent:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    weiches Silikonhartes SilikonSilikonschwammUrethaneFormlabs Flexible ResinFormlabs Elastic ResinTango (PolyJet)
    1 %
    5 %5 %0,4 % (Green)
    0,4 % (Post-Cured)
    2 % (Green)
    3-9 % (Post-Cured)
    0,5-5 %

    Für weiterführende Informationen siehe auch: DruckverformungsrestASTM D395-03

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    Reißfestigkeit / Tear Strength

    Reißfestigkeit / Tear Strength

    Die Reißfestigkeit beschreibt die Widerstandskraft gegenüber Rissbildung bei Dehnung eines Materials, insbesondere das Wachstum von Schnitten und deren Ausbreitung durch das Material unter Last. Materialien mit geringer Reißfestigkeit neigen zu geringer Abriebfestigkeit und versagen schnell, wenn sie beschädigt werden.

    Die Reißfestigkeit ist ein wichtiger Faktor bei der Auswahl flexibler Materialien wie Gummi oder Textilien für hochfeste Anwendungen. Materialien, die für gespannte Membranen, Trommeln oder Segeltücher, Gummibänder und Bungees verwendet werden, müssen auch nach anfänglicher Beschädigung reißfest sein und erfordern daher eine hohe Reißfestigkeit.

    Reißfestigkeit von herkömmlichen und 3D gedruckten Materialien, gemessen in kN/m:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    weiches Silikonhartes SilikonUrethaneFormlabs Flexible ResinFormlabs Elastic ResinTango (PolyJet)
    9,8 kN/m49 kN/m12-26 kN/m9,5-9,6 kN/m (Green)
    13,3-14,1 kN/m (Post-Cured)
    8,9 kN/m (Green)
    19,1 kN/m (Post-Cured)
    3,3-10 kN/m

    Für weiterführende Informationen siehe auch: Reiß- / ZugfestigkeitASTM D395-03

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    Wasseraufnahme / Water Absorption

    Wasseraufnahme / Water Absorption

    Kunststoffe nehmen eine bestimmte Menge Wasser aus feuchter Luft oder beim Eintauchen in Wasser auf. Obwohl einige Kunststoffe hygroskopischer sind als andere, ist diese winzige Wasseraufnahme für die endgültigen Kunststoffprodukte selten von Bedeutung. Es spielt jedoch eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung der Rohstoffe und bei der Hitzebeständigkeit von Kunststoffteilen.

    Bei Erhitzung über eine bestimmte Temperaturschwelle von typischerweise etwa 150 bis 160° C entsteht bei vielen Thermoplasten in Gegenwart von Feuchtigkeit eine chemische Reaktion, die als Hydrolyse bezeichnet wird und bei der lange Molekülketten in kürzere Ketten gespalten werden und das Material schwächen. Wenn ein thermoplastischer Rohstoff mit hoher Wasseraufnahme vor dem 3D Druck oder Spritzgießen Feuchtigkeit ausgesetzt wird, tritt während des Prozesses eine Hydrolyse auf, die zu schlechten Materialeigenschaften des fertigen Teils führt. Thermoplastische Rohstoffe mit hoher Wasseraufnahme müssen daher trocken gelagert werden.

    Während spritzgegossene Kunststoffe (ABS, Nylon, Polypropylen) Thermoplaste sind, sind SLA-Photopolymere Duroplaste - sie werden mit einer Lichtquelle ausgehärtet, anstatt in Form geschmolzen und bleiben nach dem Aushärten in einem dauerhaften festen Zustand. Infolgedessen sind sie nicht anfällig für die negativen Auswirkungen der Hydrolyse. Hingegen wird Polyvinylalkohol (PVA) durch seine hydrophilen Eigenschaften schnell mit Feuchtigkeit gesättigt und karbonisiert zu harten Rückständen.

    Wasseraufnahme von herkömmlichen und 3D gedruckten Materialien, gemessen in Prozent:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    ABSNylonPolypropylenABS (FDM)Formlabs High Temp ResinNylon (SLS)Ultimaker PVA
    0,05-1,8 %0,7-1,6 %0,01-0,1 %ca. 0,14 %ca. 0,21 %ca. 0,2 %löslich in Wasser

    Für weiterführende Informationen siehe auch: Wasseraufnahme

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    Wärmeformbeständigkeitstemperatur / Heat Deflection Temperature

    Wärmeformbeständigkeitstemperatur / Heat Deflection Temperature

    Materialeigenschaften, insbesondere Zug- und Biegemodule, sind an die standardisierten Umgebungsbedingungen gebunden, unter denen die Prüfergebnisse aufgezeichnet wurden. Unterschiedliche Umgebungsbedingungen, wie z. B. unterschiedliche Umgebungstemperaturen, können die Leistung eines Materials unter Last drastisch verändern. Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT) erfasst die Temperatur, bei der sich ein Material unter einer bestimmten Belastung zu verformen beginnt.

    Eine hohe HDT ist wünschenswert für Hochtemperaturanwendungen wie Gehäuse und Halterungen für Heizelemente und Komponenten, die mit heißen Flüssigkeiten oder Gasen in Kontakt kommen, wie Werkzeuge für Spritzgussformen, fluidische Verbinder, Ventile und Düsen.

    Wärmeformbeständigkeit (HDT) von herkömmlichen und 3D gedruckten Materialien, gemessen in °C bei 0,45 MPa:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    ABSNylonPolypropylenABS (FDM)Formlabs High Temp ResinFormlabs Clear ResinNylon (SLS)
    200 °C @ 0.45 MPa160 °C @ 0.45 MPa210 °C @ 0.45 MPaca. 96 °C @ 0.45 MPa289 °C @ 0.45 MPa73 °C @ 0.45 MPaca. 177 °C @ 0.45 MPa

    Für weiterführende Informationen siehe auch: WärmebeständigkeitASTM D648-16

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    Vicat-Erweichungspunkt / Vicat Softening Point

    Vicat-Erweichungspunkt / Vicat Softening Point

    Im Gegensatz zu vielen anderen Materialien weisen Kunststoffe keinen scharfen Schmelzpunkt auf. Der Vicat-Erweichungspunkt ist eine alternative Definition für den Punkt, an dem ein Material zu fließen beginnt und diese Lücke für Kunststoffe und Thermoplaste füllt. Wie beim HDT erfasst der Vicat-Erweichungspunkt die Änderung der mechanischen Eigenschaften eines Materials unter Wärmeeinfluss. Es markiert einen Temperaturpunkt, an dem eine genormte Nadel einen Prüfling einer bestimmten Länge mit einer bestimmten Last einkerbt.

    Dieser Wert wird üblicherweise verwendet, um die obere Temperaturgrenze für die kontinuierliche Verwendung eines Materials in einer Anwendung bei einer erhöhten Betriebstemperatur zu bestimmen, die als Faustregel etwa 15° C unter dem Vicat-Erweichungspunkt liegen sollte.

    Vicat-Erweichungspunkt von herkömmlichen und 3D gedruckten Materialien, gemessen in °C:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    ABSNylonPolypropylenUltimaker ABSFormlabs High Temp ResinNylon (SLS)
    100 °C125-165 °C143-152 °C97 °C230 °Cca. 163 °C

    Für weiterführende Informationen siehe auch: Vicat Softening PointISO 306

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    Wärmeausdehnung / Thermal Expansion

    Wärmeausdehnung / Thermal Expansio

    Nahezu alle Materialien neigen dazu, je nach Temperatur zu schrumpfen, sich auszudehnen oder auf andere Weise ihre Form zu ändern. Dieses Phänomen wird bei thermischen Aktoren, thermischen Sensoren und sogar bei künstlichen Muskeln ausgenutzt. In den meisten Fällen handelt es sich jedoch um eine unerwünschte Nebenwirkung, die wirksam gemindert werden muss. Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist ein hilfreicher Indikator, um vorherzusagen und zu quantifizieren, wie ein Material seine Form in Reaktion auf Temperaturänderungen ändert. Ein positiver Wärmeausdehnungskoeffizient zeigt an, dass sich das Material mit zunehmender Temperatur ausdehnt, während ein negativer Wert eine Schrumpfung anzeigt.

    Bei der Verarbeitung von Thermoplasten, sei es durch Spritzguss oder 3D Druck, muss die Wärmeausdehnung des Materials berücksichtigt werden, um nach dem Abkühlen die gewünschte Form zu erhalten. Dies gilt umso mehr, wenn es sich um technische Bauteile handelt, die eine Passung erfordern. Um thermische Phänomene wie das Schrumpfen, Aufrollen und Verziehen zu vermeiden, die die Erzielung geometrischer Präzision durch 3D Drucktechnologien wie SLS und FDM stark einschränken, ist es ratsam, bei der Auswahl des Materials den Wärmeausdehnungskoeffizienten zu berücksichtigen.

    Duroplastische 3D Drucktechnologien wie SLA leiden im Allgemeinen nicht unter thermischen Verzerrungen. Dies macht sie zu einer hervorragenden Wahl für Teile, bei denen höchste Genauigkeit und Formtreue erforderlich sind.

    Wärmeausdehnungskoeffizient von herkömmlichen und 3D gedruckten Materialien, gemessen in µm/m/°C:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    ABSNylonPolypropylenUltimaker CPEFormlabs High Temp ResinNylon (SLS)
    63 µm/m/°C90 µm/m/°C80-100 µm/m/°C0,00007 mm/mm/°C87 µm/m/°Cca. 82,6-179,2 µm/m/°C

    Für weiterführende Informationen siehe auch: Wärmeausdehnung

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    Materialeigenschaften im Stereolithographie (SLA) 3D-Druck im Verhältnis zu FDM und SLS

    Um die Materialeigenschaften zu verstehen, sehen wir uns die Verarbeitungsprozesse der 3D Druckverfahren an. Beginnen wir mit dem Stereolithographieprozess und seinem Rohmaterial, dem Kunstharz. Kunstharze bestehen aus kurzen Kohlenstoffketten, während Kunststoffe aus langen Kohlenstoffketten bestehen. Kunstharz ist also noch kein fertiger Kunststoff und benötigt einen Prozess, der die kurzen Kohlenstoffketten zu langen Ketten zusammenfügt. Deshalb enthält Kunstharz alle Komponenten des endgültigen Kunststoffs, ohne bereits vollständig polymerisiert zu sein. Wenn das Harz UV-Licht ausgesetzt wird, werden die Ketten durch zugesetzte Photoinitiatoren miteinander verbunden, um viel längere und steifere Ketten und dadurch feste Gegenstände zu erzeugen.

    Diese Technologie bietet eine einzigartige Freiheit, um verschiedene Rezepturen zu erstellen. Wenn du so möchtest, kann im Kunstharz ein Produkt "gelöst" sein, das beim Kunststoff nur in industriellen Großanlagen bzw. im Labor verarbeitet werden kann. Verschiedene Harze bestehen aus verschiedenen Grundgerüsten und Zusätzen - verschiedene Kombinationen von langen und kurzen Monomeren sowie Additiven. Das Ergebnis sind Kunststoffe mit einer Vielzahl von Eigenschaften, von klar bis undurchsichtig und gefärbt, flexibel bis starr, hart bis hitzebeständig.

    Dahingegen stellen Kunststoffe meist geringere Anforderungen an die Lagerung und sind unempfindlicher gegenüber Alterungsprozessen. So leiden Bauteile aus Kunstharz sehr viel stärker unter UV-Licht, als dies bei den Bauteilen aus Kunststoff der Fall wäre. Um 3D-Drucke aus Kunstharz haltbarer zu machen, werden sie daher oft lackiert, teilweise mit speziellem UV-Schutzlack.

    Kunststoffe für FDM 3D-Drucker werden aus Granulaten, manchmal unter Zusatz von Farbstoffen, falls es sich nicht um eingefärbtes Granulat handelt, extrudiert und durch Wasser gezogen, um das heiße Filament abzukühlen und somit den gleichmäßigen Strang zu formen. Auf der Gegenseite des Extruders wird das abgekühlte Filament sofort aufgespult. Je nach Material wird in einem weiteren Prozess das aufgespulte Filament nochmals für einen bestimmten Zeitraum erhitzt - in der Fachsprache Tempern genannt. FDM Kunststoffe als Filament sind in einer großen Bandbreite und Farbvielfalt erhältlich, sodass sich viele Materialeigenschaften abbilden lassen.

    Kunststoffe für SLS 3D-Druck erfordern einen perfekt abgestimmten Prozess, um eine ganz bestimmte Körnung des Kunststoffs zu erhalten. Ist die Körnung zu ungleichmäßig, kann die vom Laser emitierte Energie nicht die gewünschte Wirkung entfalten und der 3D-Druck misslingt. Bei diesen Kunststoffen wird meist nur eine Färbung (meist weiß) des Pulvers verwendet. So kann der Laser mit einem fixen Energieniveau arbeiten, das auf das Material abgestimmt ist. SLS Kunststoffe sind grundsätzlich in geringerer Anzahl an Sorten erhältlich. Eine Färbung ist bei vielen der angebotenen Materialien nachträglich möglich. Dadurch bleibt der Kern des 3D-Drucks jedoch immer in der Farbe des Ausgangsmaterials erhalten.

    Isotropie vs. Anisotropie

    Aufgrund des schichtweisen Aufbaus aller 3D-Drucktechnologien variieren die Materialeigenschaften in vielen Fällen bis zu einem gewissen Grad in Abhängigkeit von der Richtung des Materials, in dem sie gemessen werden. Dies trifft insbesondere auf das FDM-Verfahren zu, da hier die Schichtbindung nochmals geringer ausfällt, als beim SLS-Verfahren. Diese Bedingung wird als Anisotropie bezeichnet. Beispielsweise kann ein 3D gedrucktes Objekt unterschiedliche Bruchdehnungen oder Steifigkeiten in X-, Y- und Z-Richtung aufweisen.

    Während des SLA-3D-Druckprozesses bilden die Komponenten des Harzes kovalente Bindungen (Atombindungen), die einen hohen Grad an Querfestigkeit liefern. Zugleich wird aber die Polymerisationsreaktion nicht zum Abschluss gebracht. Vielmehr wird der Druckprozess so moduliert, dass sich die Schicht in einem halbreagierten Zustand befindet, der als „grüner Zustand“ (ein Begriff, der auch beim Metallsintern üblich ist, hier sieht der zu sinternde Gegenstand oft grün aus) bezeichnet wird. Dieser grüne Zustand unterscheidet sich vom vollständig ausgehärteten Zustand in einem sehr wichtigen Punkt: Die Oberfläche weist noch polymerisierbare Gruppen auf, das nachfolgende Schichten kovalent binden können.

    Wenn die nächste Schicht ausgehärtet ist, schließt die Polymerisationsreaktion auch die Gruppen auf der vorherigen Schicht ein, wodurch nicht nur seitlich, sondern auch mit der vorherigen Schicht kovalente Bindungen gebildet werden. Dies bedeutet, dass auf molekularer Ebene in Bezug auf chemische Bindungen zwischen der Z-Achse und der XY-Ebene kaum ein Unterschied besteht. Jedes Endlos-Teil, das auf einer SLA-Maschine gedruckt wird, ist daher isotrop.

    Beim FDM-Verfahren und beim SLS-Verfahren wird hingegen auf einer bereits teilweise abgekühlten Schicht aufgebaut. Dadurch entstehen Grenzflächen, an denen keine perfekte Bindung vorhanden ist und entlang derer Zugkräfte ihre Wirkung entfalten können. Es ist daher bei diesen Verfahren von Nutzen, wenn bereits im Vorfeld bekannt ist, in welcher Richtung Kräfte wirken, um das Bauteil im Druckprozess quer zu dieser Richtung zu positionieren. Grundsätzlich sind SLS Bauteile jedoch unempfindlicher, da einheitlicher verschmolzen.

    Nachhärtung

    Sobald der Stereolithographieprozess abgeschlossen ist, verbleiben die gedruckten Teile im oben genannten grünen Zustand auf der Bauplattform. Während sie ihre endgültige Form und Gestalt erreicht haben, ist die Polymerisationsreaktion noch nicht abgeschlossen und daher werden die mechanischen und thermischen Eigenschaften noch nicht vollständig erreicht, wie du bei den oben gezeigten Beispielen der Datenblattwerte gesehen hast.

    Durch das nachträgliche Erwärmen und belichten in Nachhärtungskammer im Anschluss zum Druckprozess beendet den Polymerisationsprozess und stabilisiert die mechanischen Eigenschaften. Dies ermöglicht es Teilen, die höchstmögliche Festigkeit zu erreichen und stabiler zu werden, was insbesondere für funktionelle Harze für wie z. B. für Gieß-, Hochtemperatur-, flexible und zähe Kunststoffe wichtig ist. So ist eine Nachhärtung für ein erfolgreiches Ausbrennen mit gießbaren 3D-Drucken erforderlich, und flexibles Harz verdoppelt seine Festigkeit bei einer Nachhärtung.

    FDM- und SLS-Bauteile benötigen hingegen keine nachträgliche Belichtung. Je nachdem kann aber ein weiterer Sinterprozess (starkes Erhitzen mit mehreren Hundert Grad Celsius) erforderlich sein. Dies ist dann weniger verfahrensbedingt, als vielmehr durch das eingesetzte Material notwendig. So können im FDM-Verfahren Metalle 3D gedruckt werden, welche in einem nachfolgenden Sinterprozess zu festen Metallbauteilen werden.

    Duroplaste vs Thermoplaste

    Photopolymerharze sind im Gegensatz zu Thermoplasten duroplastische Kunststoffe. Obwohl sie ähnlich klingen, können ihre Eigenschaften und Anwendungen sehr unterschiedlich sein. Der hauptsächliche physikalische Unterschied besteht darin, dass Thermoplaste in einem flüssigen Zustand geschmolzen und mehrmals abgekühlt werden können, um verschiedene Formen zu bilden, wohingegen duroplastische Kunststoffe nach dem Aushärten in einem dauerhaften festen Zustand verbleiben.

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    Quellen: FormlabsUltimakerWikipedia

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