Zu den erfolgreichsten DIY-3D-Druckern gehört der Prusa i3 MK2, der Open-Source ist und genau aus diesem Grund immer wieder kopiert wird. Aber auch das aktuelle Flaggschiff Prusa i3 MK3s erfreut sich durch zahlreiche Features wachsender Beliebtheit. Prusa Research betreibt zusätzlich eine eigene Produktionslinie für die Herstellung von Filament und bringt seine langejahre Erfahrung ein. Neben Standard-Filamentsorten wie PLA oder ABS bietet der Hersteller seit neustem auch ein PC-Blend-Filament an. Damit macht Prusa Research einen großen Schritt in Richtung Kunststoffe für industrielle Anwendungen. Neben der Überwachung von Strangdurchmesser, Farbkonsistenz und mechanische Eigenschaften, setzt man hier auf eine Herstellungsgenauigkeit von 0.02mm statt den üblichen 0.05mm Toleranzabweichung. Das Prusament-Filament kann mit den im Slicer voreingestellten Filamentprofilen direkt verarbeitet werden, ohne vorher Optimierungsarbeiten durchzuführen. Für die uns vorliegenden Materialien haben wir entsprechende Einsatzzwecke ausgewählt und passende Objekte gedruckt. 

Eines unserer Highlights ist das selbstgedrucktes PiKon Teleskop, für das wir unter anderem eine Rollei-Tripod-Halterung, Teleskopschellen sowie eine Handyhalterung für eine optimale Sternenhimmel-Navigation mit dem Prusament ASA gedruckt haben. Aber auch das PC Blend bietet viele Einsatzmöglichkeiten wie z.B. für Extruderbauteile.

Prusament ASA Prusa Galaxy

Überblick

Das Prusament ASA (Acryl-Styrol-Acrylnitrit) bietet eine sehr hohe Schlagzähigkeit, Robustheit, Beständigkeit gegenüber Ölen, Fetten und hohen Temperaturen. Obwohl ASA kaum von ABS-Material zu unterscheiden ist, weißt es eine UV-Strahlungs- und Witterungsbeständigkeit auf. Aufgrund seiner Vielseitigkeit ist der Anschaffungspreis von ASA gegenüber ABS etwas höher. ASA ist im Gegensatz zu ABS farblich etwas matter. ASA lässt sich sowohl lackieren als auch kleben. Es bieten sich Kleber auf Epoxidharz-, Polyester-, Isocyanat- oder Nitrilphenol-Basis an.

Druckbarkeit

Das ASA Galaxy Black von Prusament ist qualitativ hochwertig verarbeitet und auf einer sehr schönen Spule mit einem Honey-Comb-Style akkurat gewickelt. Das Material  kann ab einer Drucktemperatur von 250-270 °C sehr gut verarbeitet werden und liefert ein sauberes und gleichmäßiges Druckbild. Stringing und Blobs sind keine vorhanden.

Aufgrund seiner thermischen Eigenschaften neigt ASA zu Warping. Ein geschlossener Bauraum und eine beheizte Druckplatte werden deshalb ausdrücklich empfohlen. Ein Haftmittel in Form eines Klebestifftes oder Sprays minimiert ebenfalls das Risiko von Warping. Grundsätzlich sollte mit ausgeschalteten Bauteillüfter gedruckt werden, um Warping zu vermeiden. Zwar wird das Warping auch durch Parameter wie Füllmenge, Konturen und Umgebungstemperatur beeinflusst, durch den Bauteillüfter entstehen jedoch zu große Temperaturunterschiede zwischen Druckbett und Druckdüse. Das Material beinnt dann sich zu verziehen, was eine geringe Druckbetthaftung oder nicht auseinandergebrochene Schichten zur Folge hat. Wenn jedoch kleinere Objekte ohne Bauteilkühlung verarbeitet werden, sollten mehrere Modelle gleichzeitig gedruckt werden, um den einzelnen Schichten genug Zeit zum Abkühlen zu geben.

Drucktipps-Zusammenfassung für ABS

• Umgebungstemperatur konstant halten; Luftzug vermeiden
• Konturen und Füllung möglichst gering halten
• Einhausung verwenden
• Umrandung (Skirt) verwenden, die genauso hoch ist wie das Objekt selbst
• Rand (Brim) verwenden (mindestens 5mm)
• Druckbetttemperatur erhöhen (100 ± 10°C)
• Überhänge ohne Hinzuschalten des Bauteillüfters bei entsprechender Düsentemperatur möglich

Typische Anwendungen

Für den Außenbereich eignet sich ASA hervorragend und wird deshalb auch häufig für Objekte wie Gartenzubehör und mehr genutzt. Um die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten zu demonstrieren, haben wir mit dem ASA Galaxy Black verschiedene Objekte gedruckt, darunter auch einige Modifikationen für das DIY-Teleskop PiKon.

Das PiKon-Teleskop dient als Inspiration für Maker, die ihre Ideen in das Projekt einbringen und es mit neuen Modifikationen ausstatten. Das ursprüngliche Teleskop basiert auf einen Raspberry Pi 2 mit einer Raspi-Kamera. Der Tubus besteht aus einem einfachen Lüftungsschacht. Bis auf ein paar Kleinteile sind alle weiteren Komponenten mit dem 3D-Drucker erstellt worden. Das Teleskop haben wir im Rahmen einer anderen Berichtserstattung aufgebaut. Es bietet jedoch viele Modifikationsmöglichkeiten wie eine Halterung für ein Rollei -Tripod oder eine Smartphonehalterung, um Objekte am Sternenhimmel mittels einer App wie Stellarium einfacher aufzufinden.

Desweiteren wurde damit ein Griff für die manuelle Nachführung gedruckt. 

Das PiKon Teleskop basiert auf dem einfachen Design des Newton-Teleskops, das sich aufgrund der einfachen und effizienten Bauweise vor allem an Einsteiger richtet. Im Tubus ist ein konkaver 114mm-Spiegel verbaut, hinter dem statt einem Fangspiegel eine Raspberry Pi Kamera bzw. der Sensor sitzt. Mit einer 160-fachen Vergrößerung kann das PiKon an wolkenlosen Nächten Bilder von Objekten wie Mond, Saturn, Jupiter, Mars und sogar Galaxien und Sternenhaufen machen. Um die Kosten möglichst gering zu halten, verzichtet das DIY-Projekt bewusst auf ein Okular. Neben den selbstgedruckten Teilen werden außerdem ein konkaver Spiegel, ein Raspberry Pi, ein Kameramodul und einige Kleinteile benötigt. Alle dafür benötigten Teile können über den Pikon-Onlineshop bezogen werden.

Unser modifiziertes PiKon Teleskop setzt auf einen Raspberry Pi 4 und auf die neue Raspberry Pi HQ Kamera mit 12,3 Megapixel Sony IMX477 Sensor. Diese Kamera wird im Bereich der Astrofotografie immer beliebter. Während der Sensorbildbereich bei der Raspberry Pi Camera V2 3.68 x 2.76 mm (4.6 mm diagonal) beträgt, ist der Bildbereich bei der Raspberry Pi HQ Kamera mit 6.287mm x 4.712 mm (7.9mm diagonal) doppelt so groß. Dadurch halbiert sich zwar die Vergrößerung des PiKon Teleskops, erhält gleichzeitig aber auch eine wesentlich detailliertere Abbildung der Objekte.

Untenstehende Bilder und Videos zeigen den Mond, den Saturn, den Mars und den Jupiter während einer bewölkten Nacht.

Mit dem Material lassen sich aber auch Komponenten für 3D-Drucker herstellen wie Gehäuse für Steuerplatinen oder LCD-Display-Gehäuse.

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3D-Drucker können verschiedene Kunststoffe verarbeiten, die in drei Säulen unterteilt werden können. Zum einen gibt es klassische Materialien wie PLA, PETG, ASA, ABS und HIPS für allgemeine Anwendungen und zum anderen Materialien wie PA/Nylon, PC, PC/ABS, PC/ASA und TPU, die insbesondere für anspruchsvolle Projekte im Engineering-Bereich entwickelt wurden. Diese Materialien eignen sich eher weniger für detaillierte Objekte und setzen auf reine Funktionalität. In der dritten Säule befinden sich die Hochleistungsmaterialien wie Ultem/PEI, PEEK und PSU. In diesem Artikel möchten wir uns vor allem mit Kunststoffen von Polymaker befassen, die im Engineering-Bereich angesiedelt sind und gerade so noch mit einem E3D V6 Vollmetall-Hotend verarbeitet werden können. Für die Hochleistungskunststoffe sind Hotendtemperaturen von 350-400°C notwending und bis zu 140°C für das Heizbett. Ein Prusa i3 MK3S erreicht maximal und unter ständiger Beobachtung eine Drucktemperatur von 300°C am Hotend und 125°C am Heizbett. 

Verpackung

Polymaker wurde 2012 gegründet und produziert Filamente mit höchsten Qualitätsstandards. Das Unternehmen erweitert seit der Gründung sein Portfolio an Filament und hebt sich durch innovative Eigenschaften des Materials deutlich von der Konkurrenz ab. Zudem setzt Polymaker mit seinen Qualitätsstandards ganz neue Maßstäbe, wobei die Nachhaltigkeit eine nicht ganz unwesentliche Rolle spielt. Polymaker hat sich zum Ziel gesetzt, Materialien für reale Anwendungen zu schaffen. Das beginnt bereits bei der Verpackung, die mit zahlreichen Informationen ausgestattet ist. Neben den wesentlichsten Druckparametern sind auf jedem Umkarton seitlich die materialspezifischen Eigenschaften aufgedruckt. Polymaker setzt dabei auf volle Transparents und zwar sowohl bei der Produktion als auch bei der Verpackung. Auf der Polymaker-Webseite finden Anwender weitere Informationen zu den Materialien. Auf der Rückseite jeder Verpackung sind außerdem die Produktfamilien von Polymaker aufgedruckt. Die meisten Filament-Hersteller veröffentlichen unvollständige oder lückenlose Datenblätter und beliefern ihre Kunden mit Verpackungen, aus denen lediglich das Material ersichtlich ist.

Polymaker liefert seine Filamentrollen alle in einem widerverschließbaren Vakuumbeutel mit einem Päckchen Silica-Gel aus. Je nach Material ist der Beutel sogar lichtundurchlässig. Polymaker legt aber auch auf die Filamentrolle einen besonderen Wert. Die Spulen besitzen 3 Paar Löcher, um das Filament vor dem Verpacken festzuklemmen. Eine Skala auf jeder transparenten Filamentrolle informiert den Anwender dabei über das verbleibende Gewicht und der verbleibenden Länge sowie über die Durchmessergenauigkeit. Zusätzlich sind hier auch noch einmal die wesentlichen Druckparameter vermerkt. Polymaker bewegt sich hier auf einem sehr hohen Niveau. Zusätzlich befindet sich in jeder Verpackung ein Produktinformationsblatt sowie ein toller Polymaker-Sticker mit dem Logo des Unternehmens.

Technlogie

Für das Verarbeiten der Materialien PolyMide CoPa und PolyMide PA6-GF bzw. PA6-CF ist kein geschlossener Bauraum erfoderlich, da diese Kunststoffe mit der Polymaker Warp-Free Technologie ausgestattet sind. Diese Technologie ermöglicht die Hersteller von PA-basierenden Materialien, die fast ohne jegliches Warping verarbeitet werden können. Um die innere Spannung vor dem Erstarren des Materials vollständig abzubauen, wird eine Feinsteuerung der Mikrostruktur und des Kristallisationsverfahrens von Nylon erreicht. 

Das PolyMax PC setzt auf Polymaker’s Technologie zur Nano-Verstärkung. Aus dem Herstellungsverfahren resultiert ein Filament mit ausgezeichneten mechanische Eigenschaften und sehr guten Druckeigenschaften. Durch die verbesserte Zähigkeit des Materials wird die Schlagfestigkeit enorm erhöht.

Voraussetzungen für den 3D-Druck

Für unseren 3D-Druck verwenden wir einen modifizierten Prusa i3 MK3S(PCPointer i3 MK3S). Bei dem Hotend setzen wir auf das E3D V6 Kit mit einer Nozzle X. Die Heizpatrone erreicht bei einer Leistung von 40W ihr Maximum bei etwa 300-350°C. In der Firmware ist aus Sicherheitsgründen eine Temperatur von 305°C definiert, die für die Polymaker-Filamente ausreichend ist. Auch der E3D-Thermistor kommt bei Temperaturen >300°C an seine Grenzen und liefert ab dieser Temperatur keine eindeutigen Messwerte mehr. In diesem Fall bietet sich das E3D PT100 Kit bestehend aus einem PT100-Sensor und einem Verstärker an. Damit können Werte bis 400°C gemessen werden. Auch ein Tausch des Aluminiumblocks am Hotend sollte in Betracht gezogen werden, da der Standard-Block lediglich für Temperaturen bis 350°C ausgelegt ist. Generell sollte man stets einen gewissen Puffer einplanen, um möglichst sicher zu drucken. Anspruchsvollen Anwendern empfehlen wir einen „V6 Plated Cooper Heater Block“, der bei Temperaturen bis 500°C sicher operieren kann. Auch sollte man bei abbrasiven Materialien eine „Hardened Steel Nozzles“ verwendet werden. Die E3D-Silicon-Socke kann ab 300°C natürlich nicht mehr verwendet werden. Um mit Temperaturen weit über 350°C drucken zu können, sind natürlich viele weitere Umbaumaßnahmen wie eine Heizpatrone mit mindestens 50W und ein Heizbett, das mit Temperaturen zwischen 120°C und 150°C umgehen kann, erforderlich. Dieses Vorhaben würde sich an echte Cracks richten, die mit Ultem, PEEK und anderen Hochleistungskunststoffen arbeiten.

Wärmeformbeständigkeit

Je nach Anwendungsgebiet spielt die Zuverlässigkeit von Kunststoffen eine wesentliche Rolle. Bei der Auswahl eines Materials ist insbesondere die Wärmeformbeständigkeit des jeweiligen Materials relevant. Darunter versteht man die Fähigkeit eines Prüfkörpers, seine Form unter bestimmten Belastungsbedingungen bis zu einer bestimmten Temperatur beizubehalten. Um die Wärmeformbeständigkeit von thermoplastischen Kunststoffen zu ermitteln, werden üblicherweise die Vicat-Erweichungstemperatur und die HDT (Heat Distorsion Temperature) herangezogen. 

Die Vicat-Erweichungstemperatur ist die Temperatur, bei der eine Eindringspitze mit einer Fläche von 1 mm² 1 mm tief in die Oberfläche des Prüfkörpers eindringt. Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur HDT wird nach der DIN EN ISO 75 ermittelt, indem der Prüfkörper nach dem Dreipunktbiegeprinzip belastet wird. Dafür gibt es drei verschiedene Verfahren mit maximalen Biegespannungen (1,80 MPa (Verfahren A), 0,45 MPa (Verfahren B) oder 8 MPa (Verfahren C)). Bei der HDT wird je nach Verfahren ermittelt, bei welcher Temperatur der Prüfkörper eine Randfaserdehnung von 0,2% erreicht. Man beachte hierbei, dass thermoplastische Kunststoffe keinen exakten Schmelzpunkt aufweisen und stattdessen mit zunehmender Temperatur langsam erweichen.

Welches Verfahren für die Bestimmung der Wärmeformbeständigkeit zum Einsatz kommt, ist Materialabhängig. PA6/Nylon wird beispielsweise auch in der Textilindustrie verwendet und ist daher eher Biegebelastungen ausgesetzt. In diesem Fall wird hier die HDT der Vicat-Methode vorgezogen. Deshalb findet sich beispielsweise für das Polymid PA6-GF auf der Polymaker-Webseite auch keine Angabe zur Vicat-Temperatur, sondern lediglich zur HDT.

Glasübergangstemperatur

Auch die Glasübergangstemperatur eines Materials ist bei der Auswahl eines geeigneten Filaments entscheidend. Polymere wie Nylon haben eine Glasübergangstemperatur von 60-70°C. Ab dieser Temperatur geht das Material in einen gummiartigen Zustand über, bleibt aber bis zu einer gewissen Temperatur (Vicat-Methode, HDT) formstabil. Viele Beschreibungen in Online-Shops enthalten Informationen wie „CoPA Nylon ist bis über 175°C Temperaturbeständig“. Ein genauer Blick ins Datenblatt verrät jedoch, dass damit Eigenschaften wie die Schmelztemperatur oder die Vicat-Erweichungstemperatur gemeint sind.

Für den 3D-Druck von Extruder-Teilen wird üblicherweise PETG oder besser ABS als Material verarbeitet. Beim PolyMaker ABS liegt die Glasübergangstemperatur bei 101°C und die Vicat-Erweichungstemperatur bei 104°C. Unter dieser Temperatur wird ABS nicht weich und bleibt gleichzeitig formstabil. Nylon wäre zwar formstabil bis weit über 100°C, würde aber aufgrund seiner Glasübergangstemperatur von ca. 70°C in einem gummiartigen Zustand übergehen und erweichen. Für Präzisionsteile, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, ist das Material daher eher ungeeignet.

Polyamide

In der Industrie (z.B. Automobiltechnik, Medizintechnik) findet eine ganz bestimmte Gruppe von Kunststoffen Anwendung: Polyamide. Sie gehören zu den Thermoplasten und lassen sich wunderbar mit einem 3D-Drucker verarbeiten. Ein beliebtes Polyamid ist das PA6, das aus Caprolactam hergestellt wird. Das PA6 und das PA6.6 (echtes Nylon) sind vom chemischen Aufbau her sehr ähnlich. Das PA6 ist ein sehr zähes Material mit hoher Zugfestigkeit und Elastizität. Es zeichnet sich außerdem durch eine hohe Abriebsfestigkeit aus und ist chemisch beständig gegen Säuren und Laugen. Es ist vielseitig einsetzbar und findet überwiegend in der Industrie Verwendung.

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Zu gewinnen gibt es:

• ABS-Filament Granitgrau (1,75mm, 800g)
• ABS-Filament Schwarz (1,75mm, 800g)
• ABS-Filament Verkehrsblau (1,75mm, 800g)
• WillowFlex flexibles Filament – Anthrazit (1,75mm, 300g)
• 3dkTOP – Schwarz – hitzebeständig bis 230°C (1,75mm, 320g)
• PLA-Filament Perlweiß (1,75mm, 320g)
• PLA-Filament Citrusorange Kristall (1,75mm, 320g)
• PLA-Filament – Türkis (1,75mm, 320g)
• PLA-Filament Leuchtgelb Kristall Floureszenz (1,75mm, 320g)

3dk.berlin Filament 1.75 mm 

Bei 3dk.berlin handelt es sich um eine Marke der Bernhardt Kunststoffverarbeitungs GmbH, die im Werk in Berlin Heiligensee Filament produziert. Das Angebot umfasst PLA, ABS, Willowflex, hitzebeständiges 3dkTOP und spezielle Filamentsorten mit einem Filamentdurchmesser von 1.75 mm und 2,85 mm sowie in diversen Spulengrößen. Die Filamente werden von 3dk.berlin nach deutschem Qualitätsstandard in Berlin produziert. Dabei setzt der Hersteller auf hochwertige Rohstoffe. Alle Filamente sind auf die Anforderungen des FDM-Drucks optimiert und überzeugen aufgrund der hohen Konstanz und Maßhaltigkeit mit gleichmäßigen Oberflächen. Das PLA-Material gibt es in zahlreichen Farben und lässt sich bei Temperaturen von 195°C – 230°C ausgezeichnet verarbeiten. Ein weiteres bemerkenswertes Material ist das sogenannte WillowFlex, das aus kompostierbarem Biokunststoff besteht und den Umweltproblemen, die das Plastikzeitalter mit sich bringt, entgegenwirkt. Das Material ist trotz niedriger Drucktemperatur (180°C-200°C) formstabil bis ca. 110°C  und lässt sich wunderbar mit PLA kombinieren. Dadurch können harte und weiche Werkstoffe miteinander kombiniert werden.

Das ABS-Material von 3dk.berlin überzeugt ebenfalls durch eine hohe Maßhaltigkeit und Rundheit. Es riecht kaum, verfügt über eine sehr hohe mechanische Belastung und eignet sich daher ausgezeichnet, um beispielsweise 3D-Drucker-Komponenten herzustellen. Für eine wesentlich bessere Wärmeformbeständigkeit bietet sich das 3dkTOP-Filament an, das mit der Nachbehandlung im normalen Umluftofen bis 230°C formstabil bleibt. Durch die optimalen Druckeigenschaften ist das Material besonders für Anwendungen im Hochleistungsbereich geeignet. Die Drucktemperatur liegt bei etwa 250 – 260°C und lässt sich demnach nicht mit jedem Druckkopf verarbeiten.

Weitere Informationen zum 3dk-Filament erhalten Sie auf der offiziellen Webseite.

Teilnahmebedingungen

Um am Gewinnspiel teilnehmen zu können, müsst Ihr uns lediglich eure Kontaktdaten über unser unten stehendes Formular zukommen lassen. Richtige Anschrift und E-Mail nicht vergessen.

Hinweis: Der Gewinner wird von uns per E-Mail kontaktiert. Aus datenschutzrechtlichen Gründen wird der Name des Gewinners nur mit seiner Zustimmung veröffentlicht.

Teilnahmeschluss ist der 30. Juli 2019. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen. Mitarbeiter von PCPointer.de dürfen am Gewinnspiel nicht teilnehmen. Ihre persönlichen Daten werden nicht an dritte weitergegeben und nach dem Gewinnspiel gelöscht.

Gewinnspiel in Zusammenarbeit mit:

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2x PLA-Filament 1.75 mm Himmelblau/Feuerrot 

Das PLA-Filament 1.75 mm – Himmelblau und das PLA-Filament 1.75 mm – Feuerrot lassen sich bei 190-210°C gut verarbeiten und bestechen durch kräftige gleichbleibende Farben und einer ausgezeichneten Druckqualität. 

Weitere Informationen zum PLA-Filament erhalten Sie auf der offiziellen Webseite.

1x PLA Plus-Filament 1.75 mm Grün

Das PLA Plus-Filament 1.75 mm – Grün lässt sich bei 190-230°C verarbeiten und ist eine Mischung aus ABS und PLA. Es lässt sich wie PLA drucken, besitzt jedoch Eigenschaften von ABS. Das Perfekte Filament für mechanische Bauteile, die hohe Anforderungen an die mechanische Stabilität stellen.

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