Hybridmaterialien als Ersatz für klassisches 3D-Drucker-Filament
Das Verfahren des 3D-Drucks durch Extrusion oder Schmelzen ist wahrscheinlich eines der bekanntesten und am weitesten verbreiteten Verfahren auf dem Markt der additiven Fertigung. Es bietet eine Reihe von Vorteilen, insbesondere im Hinblick auf die Materialkompatibilität. Ein FDM/FFF-3D-Drucker kann nämlich Teile aus einer Vielzahl von Kunststoffen entwerfen, aber auch aus Materialien wie Silikon, Metall oder sogar Lebensmittelpaste. Am häufigsten greift der Anwender auf ein Filament zurück, und auch hier gibt es eine große Auswahl. Die meisten verwenden Thermoplaste wie ABS, PLA, Polycarbonat oder Hochleistungsmaterialien, aber es gibt auch Alternativen: Man spricht dann von Hybridfilamenten, die in der Regel ein anderes Ergebnis bieten, sei es in Bezug auf das Aussehen, die Verarbeitung, die Leitfähigkeit oder die Festigkeit. Sie bestehen zum Beispiel aus Kaffeesatz, Holz, Diamantpartikeln oder recycelten Materialien. Wir möchten Ihnen heute einige dieser Filamente vorstellen!
Kaffee als 3D-Drucker-Filament
Beginnen wir unsere Liste mit einer frischen Tasse Kaffee, oder besser gesagt mit Kaffeesatz. Denn Kaffeesatz hat seinen Weg in die Textilherstellung als eine nachhaltige Art der Wiederverwendung eines Abfallmaterials gefunden. So wurde er als alternatives 3D-Drucker-Filament wiederverwendet. Der Abfall bzw. das Nebenprodukt des produzierten Kaffees wird mit einem traditionellen Kunststoff wie PLA als Basispolymer vermischt, wodurch ein Filament entsteht. Eine Firma, die daran gearbeitet hat, ist 3Dfuel mit ihrer Wound Up™. Sie haben eine Reihe mit dem Namen c3composites focused bio-based products geschaffen. Das 3D-Drucker-Filament zeigt eine braune Farbe und auffällige natürliche Körner, die für Texturen sorgen. In diesem Zusammenhang kann es von jeder Maschine verwendet werden, die PLA verwenden kann, wobei die Verwendungsmöglichkeiten offen bleiben.
ESD-Filamente
ESD-Filamente wurden entwickelt, um elektronische Bauteile, die empfindlich auf elektrostatische Entladungen reagieren, zu schützen. Dieses Material ist also in der Lage, das Risiko von Schäden an den Geräten zu verringern. Es besteht aus einer Mischung von Thermoplasten wie PLA, ABS oder PETG und dispersionsmodifizierendem Kohlenstoff. Das Filament ist sehr nützlich für den Druck von Gehäusen für integrierte Schaltkreise, Sensoren, Anschlüsse oder auch Messgeräte. Außerdem verfügt ESD über eine gute Stoßfestigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit und Kratzfestigkeit. Um die beste Druckqualität zu gewährleisten, müssen die richtigen Einstellungen für den Drucker und spezifische Bedingungen berücksichtigt werden. Diese Einstellungen variieren allerdings je nach Hersteller. Das Material schmilzt bei einer Temperatur zwischen 250 und 265°C. Die Druckplatte sollte auf einer Temperatur zwischen 90 und 110 °C erhitzt werden. Was den 3D-Drucker betrifft, so empfiehlt es sich, einen Drucker mit einem geschlossenen Gehäuse zu verwenden. Die Druckgeschwindigkeit für diese Art von Material sollte nicht mehr als 60 mm/s betragen. Zu beachten ist auch, dass der Durchmesser der Düse 0,6 mm betragen sollte. Zu den auf dem Markt erhältlichen ESD-Herstellern gehören unter anderem Fiberlogy, Kimya und Nanovia. Was den Preis betrifft, so können die Kosten je nach Hersteller variieren. Für 800 g Filament der Marke Zortrax belaufen sie sich auf 109 €. Auch 3DXTech bietet dieses Material an. Hier erhalten Sie 750g Filament für einen Preis von 88€.
(Bild: Fiberlogy)
Filament mit Diamant-Partikeln
Kommen wir zu einem der härtesten Materialien weltweit: Diamant. Unternehmen, wie das finnische Carbodeon oder das niederländische Tiamet3D bieten PLA Filament an, welches Diamant-Nanopartikel einer Größe von 4-6 nm enthält. Diese Partikel, verleihen dem Filament seine hochleistungsfähigen Eigenschaften. Das Material bietet eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit und zeichnet sich durch eine extreme Strukturfestigkeit aus. Tatsächlich erreicht der Druck mit diesem außergewöhnlichen Filament zusätzlich eine äußerst schnelle Druckgeschwindigkeit. Dies liegt an den kleinen kugelförmigen Diamantpartikeln, welche während des Drucks gleichzeitig als Schmiermittel fungieren.
Fluoreszierende 3D-Drucker-Filamente
Im Kindesalter staunte man über die im Dunkeln leuchtenden Zimmerdekorationen und in der Jugend über die leuchtenden Festivalarmbänder. Zweifellos ist die Eigenschaft des fluoreszierenden Materials immer ansprechend – egal in welchem Alter. Mit fluoreszierenden Filamenten für den 3D-Druck ist es möglich, leuchtende Objekte nach jedem Wunsch herzustellen. Ein Unternehmen, welches fluoreszierendes Filament aus PLA/PHA in knalligen grünen Farben anbietet, ist ColorFabb. Wer im Dunkeln gerne ein dunkles blau oder gelb zum Leuchten bringen möchte, kann sich von dem Sortiment von PLA-Filamenten des Unternehmens MatterHackers begeistern lassen.
(Bild: ColorFabb)
Biologisch abbaubare Filamente
Mit der fortschreitenden Erderwärmung spielt der Aspekt der Nachhaltigkeit eine immer wichtigere Rolle. So gibt es ebenfalls biologisch abbaubare Filamente, die der Umweltbelastung durch den 3D-Druck entgegenwirken sollen. Ein Beispiel ist das französische Unternehmen Kimya, welches eine Reihe von Öko-Filamenten anbietet. Eines davon ist PLA-R: Es wird aus Abfällen der Industrie hergestellt und ist bis zu 97% recycelt. Ein Filament von der Marke, das sogar zu 100% aus recycelten Materialien besteht und auch biologisch abbaubar ist, ist Kimya-R Natur. Genesis Bioindustries Inc. Ist ein weiteres nennenswertes Unternehmen. Es setzt fortschrittliche Technologien ein, um Lebensmittelabfälle durch bakterielle Fermentation in PHA umzuwandeln. Dieser Kunststoff ist biologisch abbaubar und kann in der freien Natur innerhalb eines Jahres und in Meeresumgebung in weniger als zehn Jahren vollständig abgebaut werden.
Doch nicht nur Lebensmittelabfälle sind ein vom Menschen herbeigeführtes Problem. An der Ostsee sind laut der estnischen Behörden Zigarettenstummel eines der häufigsten Abfallarten und diese können unserer Umwelt immensen Schaden zuführen. Denn lediglich einer davon kann bereits 1000 Liter Wasser verschmutzen. Darüberhinaus können Zigarettenfilter Giftstoffe freisetzen, die 10 Jahre bestehen bleiben. Aus diesem Grund hat sich das Startup Filaret dazu entschieden, Behälter an den Stränden in Estland aufzustellen, um Zigarettenstummel einzusammeln und schließlich in 3D-Druckmaterial zu verarbeiten. Beim Herstellungsprozess werden Filterteile von Zigarettenstummel getrennt. Nach einem Wasch- und Entgiftungsvorgang werden dem Material natürliche Polymere beigemischt. Schließlich wird alles zusammengeschmolzen, sodass kompostierbares Kunststoffgranulat hergestellt werden kann.
3D-gedruckte Teile, hergestellt aus Zigaretten-Filament (Bild: fiFilaret)
3D-Drucker-Filament aus Sandstein
Mit diesem Material können wir unsere Sammlung durch einen robust aussehenden Faden, Sandstein, ergänzen. Diese Art von Filament besteht im Wesentlichen aus PLA mit eingemischtem Ziegelstein. Es kann in Form eines feinen Kreidepulvers oder ähnlichem vorliegen, um ihm eine steinähnliche Farbe und Textur zu verleihen. Einer der derzeit bekanntesten Hersteller ist die Firma LayBrick. Das allgemeine Aussehen kann je nach den Einstellungen der verwendeten Maschine variieren und kann von glatt bis rau variieren. Das Material hat nur wenige Grenzen, wird aber aufgrund seiner Beschaffenheit immer noch hauptsächlich in einem Nischenmarkt verwendet, der auf Landschaftsgestaltung und Architektur ausgerichtet ist.
Hybrid-Filament aus Leinen und PLA
Leinenfaser ist ein Material, das aus der Leinpflanze gewonnen wird. In der 3D-Druckindustrie finden wir Hybridoptionen dieses Filaments, bestehend aus PLA und Leinen. Diese Kombination stellt nicht nur eine nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Filamenten dar, sondern bietet auch die Möglichkeit, durch die Anwendung unterschiedlicher Druckparameter (z.B. der Extrudertemperatur während des Herstellungsprozesses) verschiedene Brauntöne zu erzielen. Eine Empfehlung, die berücksichtigt werden sollte, um ein optimales Ergebnis der Teile zu gewährleisten, ist die anschließende Versiegelung mit einer UV-Schutzbehandlung. Dies stellt sicher, dass die Teile über einen längeren Zeitraum in einwandfreiem Zustand bleiben.
(Bild: TwoBears)
Leitfähiges PLA-Filament
ProtoPasta, ein in Vancouver ansässiger Hersteller von 3D-Druckmaterialien, hat ein spezielles PLA-Filament entwickelt. Es handelt sich um ein elektrisch leitfähiges PLA-Verbundfilament, das im Inneren Kohlenstoffpartikel enthält. Das Filament kann zum Beispiel für elektrische Niederspannungsschaltungen und berührungsempfindliche Geräte verwendet werden. Darüber hinaus kann das Material mit normalem PLA in einem 3D-Drucker mit Doppelextrusion kombiniert werden. Nach Angaben des Herstellers kann dieses Material problemlos einen Arduino mit Niederspannung betreiben und Leiterbahnen für Widerstände bis zu 1K drucken.
(Bild: Protopasta)
Hanf als 3D-Drucker-Filament
Obwohl Hanf und Unkraut ein strittiges Thema sind, werden in Ländern auf der ganzen Welt Legalisierungen verabschiedet. Es ist vorhersehbar, dass es auch beim 3D-Druck Anwendung findet. Hanffaser basiert auf feinen Partikeln und wird mit einer PLA-Polymer-Basis gemischt. Aufgrund der natürlichen Eigenschaften des Materials hat es eine Reihe positiver Eigenschaften. Wenn man über ein 3D-Drucker-Filament aus Hanf spricht, gibt es mehrere Marken auf dem Markt. Eine der bekanntesten ist 3Dfuel, die in Zusammenarbeit mit C2renew ihr verflochtenes Filament auf den Markt gebracht hat. Es enthält eine sichtbare Biofüllung, die eine einzigartige Textur erzeugt. Das Filament ist ein biologisch abbaubarer Kunststoff, der nach dem Gebrauch recycelt oder kompostiert werden kann, wodurch es zu einem nachhaltigen Material wird.
Magnetisches PLA
Wie der Name schon sagt, hat dieses alternative 3D-Drucker-Filament magnetische Eigenschaften, mit denen man spielen kann. Dies geschieht oft durch die Verwendung von Eisenpulver, das dem PLA-Filament beigemischt wird. Dadurch entsteht der einzigartige Handel mit dem Filament. Protopasta ist ein Hauptproduzent des Materials. Einfach ausgedrückt, die Eisenpartikel verleihen dem Material die magnetischen Eigenschaften und verleihen den 3D-Druckteilen eine körnige und brünierte Oberfläche.
3D-Drucker-Filament aus Holz
Wenden wir uns wieder der Natur zu, mit Filamenten auf Holzbasis. Diese bestehen oft aus Recyclingholz. Sie können aber auch aus Kork, Korken für Weinflaschen, Bambus, Holzstaub und vielem mehr bestehen. Die Holzfasern können als Hybridfilament mit verschiedenen Basen wie PLA/PHA und mehr gemischt werden. Unternehmen, wie das niederländische Colorfabb und American Hobbyking haben die Möglichkeit gesehen, einzusteigen und verschiedene Versionen zu verkaufen, die ein natürlich aussehendes Material bieten. Sie sehen aus und riechen mehr oder weniger wie echtes Holz, was bei gutem Druck ein großartiges Finish für das Filament ergibt. Es kann für eine Vielzahl von Dingen verwendet werden. Das Spektrum reicht von Dekorationen, Tischen, Figuren und allem anderen, was man sich vorstellen kann, wenn man eine hölzerne Optik und Haptik benötigt.
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