Zusammenfassung
Der größte Fehler bei der Werkstoffwahl ist, auf den Namen statt auf den Zweck zu schauen. Die bequeme Antwort lautet, man solle PEEK oder Stahl nehmen, aber für die meisten Bauteile ist das eine überteuerte Lösung. Ziel ist ein Werkstoff, der für die realen Einsatzbedingungen gut genug ist, zum niedrigsten vernünftigen Preis. Dorthin gelangen Sie über fünf Fragen: Umgebung, Belastung, Technologie, Sonderanforderungen und Langzeitverhalten. Datenblätter helfen, sind aber oft nicht direkt vergleichbar. Die endgültige Antwort liefert die Prüfung eines Bauteils, das so gedruckt wurde, wie es tatsächlich gefertigt wird.
Frage eins: In welcher Umgebung arbeitet das Bauteil?
Temperatur, Verschleiß, Vibration, UV-Strahlung, Öle, Kraftstoffe und Chemikalien. Das ist der schnellste Filter und schließt sofort eine große Zahl von Werkstoffen aus. Arbeitet das Bauteil bei erhöhter Temperatur, kommen PLA und PETG nicht mehr infrage. Aber auch PEEK ist keine automatische Antwort, weil es für die meisten Anwendungen überteuert ist. Dazwischen liegen Polyamide, gefüllte Polyamide, PC und andere technische Polymere, die oft das beste Verhältnis von Eigenschaften und Preis bieten. PLA ist kein schlechter Werkstoff. Für Prototypen, Anschauungsmodelle und manche Montagehilfen bei Raumtemperatur ist es völlig in Ordnung. Es ist nichts für Bauteile, die heiß werden, in der Sonne stehen oder über längere Zeit eine Last tragen.
Frage zwei: Was muss das Bauteil wirklich aushalten?
Drei Eigenschaften werden oft verwechselt. Festigkeit ist die Kraft, die ein Bauteil aushält, bevor es nachgibt. Steifigkeit beschreibt, wie stark sich ein Bauteil unter Last verformt. Zähigkeit ist die Energie, die ein Bauteil aufnimmt, bevor es bricht, zum Beispiel bei einem Schlag. Ein Bauteil kann fest, aber spröde sein. Es kann zäh, aber zu nachgiebig sein. Deshalb müssen Sie verstehen, was das Bauteil wirklich durchmacht. Manchmal ist Polyamid mit Kohlenstofffasern die beste Wahl. Manchmal PC. Manchmal TPU. Manchmal sollte das Bauteil gar nicht aus Polymer sein, sondern aus Metall.
Kurzfasern sind nicht dasselbe wie Endlosfasern
Das wird in der Praxis ständig verwechselt. Ein Werkstoff mit der Bezeichnung CF, zum Beispiel PA CF, enthält fein geschnittene Kohlenstofffasern, die in das Polymer eingemischt sind. Sie erhöhen Steifigkeit und Maßhaltigkeit, steigern die Festigkeit aber nur mäßig.
CFF, der Druck mit Endlosfasern, ist etwas völlig anderes. Eine ununterbrochene Faser wird im Bauteil entlang des Lastpfads abgelegt, und Festigkeit und Steifigkeit in dieser Richtung steigen auf ein Niveau, das Kurzfasern nicht erreichen können. Wenn Sie ein Bauteil brauchen, das Aluminium ersetzt, ist der Unterschied zwischen diesen beiden Ansätzen entscheidend.
Frage drei: Welche Technologie kann diesen Werkstoff verarbeiten?
Werkstoff und Technologie werden gemeinsam gewählt. Dasselbe Polymer verhält sich in FDM, SLS und MJF unterschiedlich. Bei Metall ergibt dieselbe Legierung in PBF und DED unterschiedliche Eigenschaften und nach einer Wärmebehandlung wiederum andere. Manchmal bestimmt die Technologie den Werkstoff, manchmal umgekehrt. Wenn ein Bauteil aus Titan oder PEEK sein muss, schränkt allein diese Anforderung die Wahl der Technologien ein. Die Reihenfolge ist daher immer dieselbe: zuerst die Anforderungen an das Bauteil, dann das Paar aus Werkstoff und Technologie, das sie erfüllt. Den Rahmen für die Technologiewahl finden Sie in Wie Sie die richtige industrielle 3D-Drucktechnologie auswählen, für Metall in Legierungen in der additiven Fertigung von Metallen im Vergleich.
Frage vier: Hat das Bauteil besondere Anforderungen?
Lebensmittelkontakt, Körperkontakt, Brennbarkeit, Schutz gegen elektrostatische Aufladung. Diese Anforderungen löst man nicht, indem man einen Werkstoff mit dem richtigen Etikett wählt. Ein Werkstoffzertifikat überträgt sich nicht automatisch auf das fertige Bauteil, weil Geometrie, Oberfläche und Nachbearbeitung das Ergebnis beeinflussen. Mehr dazu in Lebensmittelkontakt-Zertifizierung für 3D-gedruckte Bauteile: was sie wirklich bedeutet und was nur danach aussieht und Biokompatible Werkstoffe und reale chirurgische Anwendungen: was „biokompatibel“ wirklich bedeutet und wo der 3D-Druck heute tatsächlich steht.
Frage fünf: Wie wird sich das Bauteil in einem Jahr verhalten?
Ein kurzer Test in der Werkstatt zeigt nicht alles. Polymere geben unter Dauerlast langsam nach, das nennt man Kriechen. Manche Werkstoffe altern unter UV-Strahlung. Polyamide nehmen Feuchtigkeit auf, was sowohl Abmessungen als auch Eigenschaften verändert. Manche Werkstoffe erreichen bessere Eigenschaften erst nach dem Tempern, einer kontrollierten Erwärmung nach dem Druck. Wenn ein Bauteil halten muss, sollten diese Fragen vor der Wahl gestellt werden, nicht nach der ersten Reklamation.
Warum Datenblätter oft nicht vergleichbar sind
Das ist die größte Falle bei der Werkstoffwahl. Hersteller prüfen nicht immer nach derselben Norm. Manche veröffentlichen Werte für spritzgegossene Probekörper, nicht für gedruckte. Manche geben Ergebnisse nur für die günstigste Orientierung an. Beim FDM-Druck ist ein Bauteil quer zu den Schichten am schwächsten. Der Wert im Datenblatt kann um ein Mehrfaches höher sein als das, was das Bauteil aushält, wenn die Last quer zu den Schichten wirkt. Deshalb dient ein Datenblatt dazu, die Auswahl einzugrenzen, nicht zur endgültigen Entscheidung. Die endgültige Entscheidung ergibt sich aus der Prüfung eines Bauteils, das in der Orientierung und mit dem Profil gedruckt wurde, mit denen es tatsächlich gefertigt wird. Warum das Profil ebenso wichtig ist wie der Werkstoff, habe ich in Warum Herstellerprofile für ernsthafte Arbeit nicht ausreichen beschrieben.
Werkstoffpreis ist nicht Bauteilpreis
Ein teurerer Werkstoff ergibt manchmal ein günstigeres Bauteil. Wenn er dünnere Wände, weniger Stützen, kürzere Nachbearbeitung oder weniger Ausschuss ermöglicht, verschwindet der Preisunterschied pro Kilogramm schnell. Rechnen Sie mit den Kosten eines fertigen, guten Bauteils, nicht mit den Kosten einer Spule oder eines Kilogramms Pulver.
Häufig gestellte Fragen
Was ist der beste Werkstoff für den 3D-Druck? Den gibt es nicht. Es gibt einen Werkstoff, der für ein bestimmtes Bauteil unter bestimmten Bedingungen zu einem vernünftigen Preis am besten ist. Ist PEEK immer die sicherste Wahl? Nein. Für die meisten Anwendungen ist es überteuert und zudem schwerer zu drucken. Es ergibt Sinn, wenn Temperatur, Chemikalien oder besondere Anforderungen es wirklich verlangen. Was ist der Unterschied zwischen PA CF und CFF? PA CF enthält Kurzfasern, die vor allem die Steifigkeit erhöhen. CFF legt eine ununterbrochene Faser entlang des Lastpfads ab und ergibt in dieser Richtung eine deutlich höhere Festigkeit. Kann ich dem Datenblatt vertrauen? Als Ausgangspunkt ja. Für die endgültige Entscheidung prüfen Sie, nach welcher Norm und in welcher Orientierung die Werte gemessen wurden, und testen Sie Ihr eigenes Bauteil. Wann ist Polymer nicht mehr die Antwort? Wenn die Anforderungen an Temperatur, Belastung oder Lebensdauer über das hinausgehen, was selbst die besten technischen Polymere langfristig aushalten. Dann wechseln Sie zu Metall.
Lösungsauswahl auf Grundlage des Produkts und der geplanten Stückzahl →