ABS Kunststoff als Material für den 3D-Druck

ABS oder Acrylnitril-Butadien-Styrol ist ein thermoplastisches Polymer, das in der Industrie häufig eingesetzt wird. Es ist vor allem für seine hohe Schlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen und für die Herstellung leichter Teile bekannt. Darüber hinaus ist ABS-Kunststoff auch auf dem 3D-Druckmarkt sehr beliebt, da es neben PLA eines der am häufigsten verwendeten Materialien in diesem Bereich ist. Es wird am häufigsten im FFF-3D-Druck verwendet, ist aber auch in Harzform erhältlich, so dass es in Küvettenpolymerisationsverfahren verwendet werden kann. Im folgenden Leitfaden werden wir ABS näher betrachten, einschließlich seiner Herstellung und Eigenschaften, des 3D-Druckverfahrens, der Anwendungen, der wichtigsten Hersteller und des Preises. Wir werden uns insbesondere auf ABS-Filamente konzentrieren.

Die Herstellung und die Eigenschaften von ABS

ABS wurde ca. 1990 entwickelt und war einer der ersten Kunststoffe, die für industrielle 3D-Drucker verwendet wurden. Dieses thermoplastische Polymer ist ein sogenanntes „Terpolymer“, d. h. ein Polymer, das aus drei verschiedenen Monomeren synthetisiert wurde. In diesem Fall wird es meist durch Polymerisation von Acrylnitril und Styrol in Gegenwart von Polybutadien gewonnen – im Allgemeinen 20 % Acrylnitril, 25 % Butadien und 55 % Styrol, wodurch der Name ABS abgeleitet wurde. Durch Manipulation dieser Anteile können die Eigenschaften von ABS verändert werden. Styrol ist beispielsweise das Element, das ABS die Steifigkeit und Glanz verleiht, während Butadien für Schlagfestigkeit und Beständigkeit bei niedrigen Temperaturen sorgt.

Es ist wichtig zu wissen, dass ABS aus Erdöl hergestellt wird, während PLA aus umweltfreundlicheren Materialien wie Maisstärke besteht. Dies hat in der Branche oft die Frage zur Nachhaltigkeit geweckt. Es ist jedoch tatsächlich recycelbar, jedoch wird es von den Recyclingzentren nicht im großen Umfang akzeptiert. Dieser Aspekt könnte als Pluspunkt gesehen werden, denn obwohl PLA technisch gesehen biologisch abbaubar ist, ist dies nur dann der Fall, wenn es den richtigen Bedingungen ausgesetzt wird. Die Frage, ob PLA wirklich umweltfreundlicher wäre, ist also berechtigt.

Was die Eigenschaften betrifft, so verfügt das Material über eine gute Steifigkeit und eine hohe Schlagfestigkeit und ist gleichzeitig sehr leicht und ebenfalls preiswert im Bezug auf den Preis. Dank dieser Eigenschaften ist es seit einigen Jahren ein beliebtes Material auf dem FDM-3D-Druckmarkt und war neben PLA eines der ersten Filamente, die in diesem Sektor verwendet wurden. Darüber hinaus ist es nicht nur schlagzäh, sondern auch chemikalien- und hitzebeständig, was es zu einem äußerst beliebten Material für industrielle Anwendungen macht, wie im weiteren Verlauf des Artikels erläutert wird.

3D-Druck mit ABS

Aber wie genau kann man mit ABS drucken? Obwohl es sowohl in Filament-Form als auch als Harz erhältlich ist, wird ABS am häufigsten auf dem FFF-3D-Druckmarkt verwendet, weshalb wir uns hier darauf konzentrieren werden. Es ist in Form von Filamenten mit einem Durchmesser von 1,75 mm oder 2,85 mm in verschiedenen Farben erhältlich. Obwohl es schwieriger zu drucken ist als PLA, bleibt ABS aufgrund seiner Schlagfestigkeit und hohen Temperaturbeständigkeit (zwischen -20°C und 80°C) ein sehr beliebtes Material für den 3D-Druck. Es ist opak, bietet glatte und matte Oberflächen und kann mit Aceton behandelt werden, um ein glänzendes Finish zu erzielen.

ABS hat eine Schmelztemperatur von etwa 200 °C, daher wird empfohlen, die Extrusionstemperatur zwischen 230 und 260 °C zu wählen. Außerdem ist die Verwendung eines beheizten Druckbetts (zwischen 80 und 130 °C) zwingend erforderlich. Da es sich um einen Kunststoff handelt, der bei Kontakt mit Luft schrumpft, besteht ohne beheiztes Druckbett die Gefahr, dass es sich zusammenzieht (oder Warping auftritt) und sich von der Platte löst. Bei großen Teilen ist es sogar ratsam, einen Spezialkleber wie Kapton oder einen Klebelack zu verwenden. Schließlich ist ein 3D-Drucker mit einem geschlossenen Gehäuse aus zwei Gründen zu empfehlen: Zum einen aus Sicherheitsgründen, da ABS-Kunststoff Partikel freisetzt, die für den Benutzer gefährlich sein können, zum anderen, weil die Temperaturkontrolle bei der Arbeit mit ABS kritisch ist. Um erfolgreich zu drucken und Probleme mit Verformung, Rissbildung und Delaminierung (Ablösung von Schichten) zu vermeiden, hilft eine beheizte Kammer, die Temperatur konstant zu halten.

Auch wenn es schwieriger zu drucken ist als Materialien wie PLA (und PETG, ein weiteres beliebtes Filament), ist ABS immer noch einfacher zu drucken als andere technische und kostengünstige Thermoplaste. Wie bereits erwähnt, ist die Temperaturkontrolle in der Kammer, auf dem Bett und sogar im gesamten Raum von entscheidender Bedeutung für die Vermeidung von Druckfehlern. Denken Sie auch daran, dass ABS ein Material ist, das trocken gehalten werden muss, da es Feuchtigkeit aus der Luft aufnimmt, was den Druck erheblich erschwert.

Was die Druckträger betrifft, so lässt sich ABS problemlos mit HIPS bedrucken, einem Material, das die gleichen Schalen- und Extrusionstemperaturen aufweist. Dieses Material löst sich schnell in D-Limonen auf, einem Lösungsmittel, das aus einer Verbindung hergestellt wird, die in Zitronen enthalten ist. Wenn es jedoch mit einem nicht löslichen Trägermaterial gedruckt wird, muss es entfernt werden, was mit Methoden wie Schneiden geschehen kann, ähnlich wie bei anderen Filamenten.

Insgesamt ist beim Druck mit diesem thermoplastischen Polymer nur wenig Nachbearbeitung erforderlich, ein entscheidender Vorteil, der bei der Herstellung komplexer Teile Zeit spart. Es gibt jedoch eine Reihe von Nachbearbeitungsmöglichkeiten, die uns bei ABS zur Verfügung stehen, wenn Interesse besteht. Abgesehen von der bereits erwähnten Entformung kann es dank seiner eher matten Oberfläche auch lackiert werden. Im Vergleich zu anderen Materialien ist es auch recht einfach zu bearbeiten, z. B. kann es dank seiner Widerstandsfähigkeit geschliffen werden und auch eine maschinelle Bearbeitung ist möglich. Eine gängige Nachbearbeitungsmethode für ABS ist schließlich das Glätten mit Acetondampf für eine glänzende Oberfläche.

3D-Druckanwendungen mit ABS

Wie bereits erwähnt, besteht einer der Hauptvorteile von ABS darin, dass es sich um ein eher technisches Material handelt. Daher sind seine Anwendungen auch eher von industrieller Bedeutung. Es wird zum Beispiel gerne für den Polymerspritzguss verwendet. Darüber hinaus wird es allgemein für Haushaltsgeräte, aber auch für Bootsrümpfe, Dekorationsartikel, Spielzeug und Lego-Steine verwendet.

In der additiven Fertigung wird es außerdem häufig für Prototypen, Zahnräder und sogar Werkzeuge verwendet, da es widerstandsfähiger gegenüber physikalischer Belastung ist als andere gängige 3D-Druck-Polymerfilamente. Abgesehen von seiner Chemikalien- und Hitzebeständigkeit ist es aufgrund seiner elektrischen Isolationseigenschaften auch für die Herstellung von Abdeckungen für elektrische Komponenten sowie für Automobilteile wie Armaturenbretter oder Stoßstangen interessant. Es eignet sich auch hervorragend für Anwendungen im Außenbereich, da es sich im Sonnenlicht oder im Laufe der Zeit nicht verformt.

Die wichtigsten Hersteller und Preise

Als eines der beliebtesten 3D-Druck-Filamente ist es sicher, dass viele große 3D-Druckmaterialhersteller derzeit ABS-Filamente anbieten. Zu den wichtigsten gehören der bekannte Anbieter Stratasys, Esun aus China, aber auch UltiMaker, FormFutura, Innofil3D, etc. Darüber hinaus ist ABS in einer großen Auswahl an Farben erhältlich, wobei die Preise je nach Marke und den Eigenschaften des Filaments selbst zwischen 15 und 50 €+ liegen.

Beachten Sie, dass es Filamente gibt, bei denen dem ABS Zusatzstoffe zugeführt werden: z. B. ABS auf der Basis von Kohlenstofffasern oder Aramidfasern, besser bekannt als Kevlar. Diese Fasern verringern zum Beispiel die Verformung von ABS und sorgen so für eine höhere Präzision. Kohlenstoff hingegen verstärkt die ursprünglichen mechanischen Eigenschaften des Materials. Diese technischeren Materialien sind im Allgemeinen teurer und haben andere Druckparameter.

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