PLA vs. ABS: Welches Material sollten Sie wählen?

Wenn es um Polymere für den 3D-Druck geht, kann es schwierig sein, sich für ein bestimmtes Material zu entscheiden. Das gilt für so ziemlich jede 3D-Drucktechnologie, aber besonders für Anfänger oder Hobbyisten, die mit FDM/FFF 3D-Druck arbeiten, kann es unmöglich sein zu wissen, welches Filament am besten geeignet ist. Bisher haben wir die Unterschiede zwischen den beiden 3D-Druck-Filamenten PLA und PETG aufgeschlüsselt. Jetzt wollen wir noch weiter gehen und zwei der beliebtesten und am weitesten verbreiteten Filamente, PLA und ABS, miteinander vergleichen. Von den Eigenschaften bis hin zu den Druckanforderungen und mehr haben wir uns die Ähnlichkeiten und Unterschiede von PLA und ABS genauer angesehen, damit Sie besser verstehen, welches Filament Sie je nach Ihren Bedürfnissen verwenden sollten.

Merkmale und Eigenschaften von PLA und ABS

Wenn es um die Eigenschaften von PLA und ABS geht, muss man natürlich zuerst einmal wissen, woraus sie bestehen. Obwohl es sich bei beiden um Thermoplaste oder Polymere handelt, die durch Erhitzen erweicht werden können, bevor sie abkühlen und aushärten, enden die Ähnlichkeiten hier. Bekanntlich wird PLA aus organischen Quellen wie Mais oder Zuckerrohr hergestellt, während ABS, wie die meisten Standardkunststoffe, aus Erdöl hergestellt wird. Genauer gesagt wird PLA aus fermentierter Pflanzenstärke aus Quellen wie Mais, Maniok, Zuckerrohr oder Zuckerrübenschnitzeln hergestellt. Der Zucker aus diesen Quellen wird in Milchsäure umgewandelt, die dann zu Polymilchsäure polymerisiert wird. Im Gegensatz dazu besteht ABS aus drei Monomeren: Acrylnitril, Butadien und Styrol. Acrylnitril ist ein synthetisches (künstlich hergestelltes) Monomer, das aus Propylen und Ammoniak gewonnen wird, Butadien ist ein Erdölkohlenwasserstoff und Styrol wird durch Dehydrierung (Entfernung von Wasserstoff durch chemische Reaktion) von Ethylbenzol hergestellt. Es ist verständlich, dass die Zusammensetzung dieser Materialien Auswirkungen auf die „Nachhaltigkeit“ der Materialien hat.

3D-gedruckte Teile aus PLA und ABS unterscheiden sich sowohl in ihrem Aussehen als auch in ihren Eigenschaften, wie oben zu sehen ist (Bild: Fictiv)

PLA wird oft als umweltfreundlicheres Material angepriesen, weil es tatsächlich biologisch abbaubar ist. Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass es nur unter den richtigen Bedingungen wirklich biologisch abbaubar ist und viele Städte nicht über die richtigen Mittel verfügen, um das Material korrekt abzubauen. Das bedeutet, dass dies zwar möglich ist, aber eigentlich nur durch industrielle Kompostierung erreicht werden kann. Obwohl PLA natürlich „grüner“ ist als viele andere Materialien, zumal es aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wird, ist es in Bezug auf die Entsorgung vielleicht nicht so umweltfreundlich, wie oft behauptet wird.

Auf der anderen Seite gilt ABS nicht als nachhaltiges oder umweltfreundliches Material. Wie bereits erwähnt, wird es, wie die meisten Kunststoffe, aus Erdöl hergestellt, was bedeutet, dass seine Verarbeitung nicht so nachhaltig ist. Ein Pluspunkt ist jedoch, dass ABS recycelbar ist, auch wenn es von den Recyclingzentren nicht allgemein akzeptiert wird. In Anbetracht der Tatsache, dass vielen Menschen nicht bewusst ist, wie begrenzt die biologische Abbaubarkeit von PLA ist, könnte dies sogar als Vorteil für Anfänger angesehen werden, die sich möglicherweise sicherer sein können, dass der Kunststoff ordnungsgemäß entsorgt wird, ohne mehr Abfall zu verursachen.

Abgesehen von den Wurzeln des Materials haben ABS und PLA auch unterschiedliche Eigenschaften, durch die sie sich voneinander unterscheiden. Eine davon, die auch bei der Frage nach der Druckbarkeit eine Rolle spielt, ist die Hitzebeständigkeit der beiden Materialien. ABS ist nämlich hitzebeständig und hat eine höhere Glasübergangstemperatur, während PLA bei viel niedrigeren Temperaturen schmilzt und daher nicht als hitzebeständig gilt. Dies wirkt sich natürlich auf die Anwendungen der Materialien aus, auf die wir später noch eingehen werden.

Generell gilt: Wenn Sie ein Material mit höherer Festigkeit und besseren mechanischen Eigenschaften suchen, werden Sie sich für ABS entscheiden. Es ist nicht nur hitzebeständig und hat eine höhere Wärmeformbeständigkeit, sondern ist auch stoßfester, haltbarer und leichter als PLA. Abgesehen davon haben die beiden Materialien eine ähnliche Zugfestigkeit (ABS ist jedoch etwas niedriger), obwohl ABS aufgrund seiner besseren Dehnbarkeit, d. h. der Fähigkeit eines Materials, verformt zu werden, ohne zu brechen, sowie seiner höheren Biegefestigkeit und besseren Dehnung vor dem Bruch häufig für industrielle Anwendungen bevorzugt wird. Im Wesentlichen bedeutet dies, dass ABS im Vergleich zu dem spröderen PLA flexibler ist. Dank dieser Eigenschaften kann ABS sogar für Endanwendungen eingesetzt werden und ist einer der Gründe, warum es in Branchen wie dem Spritzguss so beliebt ist.

Eigenschaften von PLA und ABS

PLA gewinnt jedoch in einigen anderen Kategorien. Vor allem ist es fester und steifer als ABS. Aufgrund seines niedrigen Schmelzpunkts verliert es diese Eigenschaften jedoch oberhalb von 50 Grad Celsius, so dass es für alle Anwendungen, bei denen Hitze im Spiel ist, weniger geeignet ist. Aber auch wenn ABS wesentlich hitzebeständiger ist als PLA, werden beide Thermoplaste mit der Zeit sowohl durch UV-Licht als auch durch Hitze abgebaut. Für Teile, die sich im Freien befinden, sind daher andere Materialien vorzuziehen.

Die Einfachheit des Drucks

Nachdem wir nun die Merkmale und Eigenschaften von PLA und ABS behandelt haben, wollen wir uns im nächsten Schritt mit dem 3D-Druckverfahren selbst befassen. Da die Glasübergangstemperatur der beiden Thermoplaste unterschiedlich ist, wird die Vorbereitung des Drucks unterschiedlich sein. Dies liegt daran, dass der Temperaturbereich, in dem ein thermodynamischer Übergang in der Materie stattfindet, berücksichtigt werden muss. Bei PLA liegt der Bereich der Glasübergangstemperatur zwischen 60 und 100 ºC, bei ABS zwischen 105 und 200 ºC. Daraus ergibt sich der Schmelzpunkt des Materials, d. h. der Zeitpunkt, an dem es sich in einem flüssigen Zustand befindet und somit druckbereit ist. Je nach den im Slicer eingestellten Parametern dauert es mehr oder weniger lange, den 3D-Drucker aufzuheizen und die gewünschte Temperatur zu erreichen.

In diesem Zusammenhang ist es wichtig, die Variablen des Herstellungsprozesses richtig einzustellen, sowohl das Bett als auch den Druckkopf. ABS erfordert eine hohe Druckbetttemperatur, etwa 80-110ºC, im Gegensatz zu den 60ºC, die normalerweise für PLA festgelegt werden. Was den Extruder betrifft, so benötigt PLA ebenfalls eine niedrigere Temperatur, nämlich etwa 180-230 °C im Gegensatz zu den 210-250 °C, die für ABS erforderlich sind.

Was die Benutzerfreundlichkeit angeht, so ist ABS bekanntermaßen komplexer zu drucken als PLA. Die Schwierigkeiten beim Drucken hängen auch mit der Temperatur und den Eigenschaften der einzelnen Materialien zusammen. PLA schmilzt bei einer niedrigeren Temperatur als ABS, so dass nach Abschluss des 3D-Druckvorgangs des Teils die thermische Veränderung für die Verfestigung der Schichten geringer ist. Da ABS jedoch höhere Temperaturen zum Schmelzen benötigt, kommt es beim Abkühlen der Teile zu einer abrupteren Veränderung. Diese thermische Schrumpfung kann zu missgestalteten Teilen führen. Eines der häufigsten Probleme ist das Verziehen, bei dem sich die Enden des Teils zusammenziehen, sich vom Tablett lösen und verformen. Um dieses Phänomen zu vermeiden, ist es wichtig, beim Drucken mit ABS die Temperatur und die Druckumgebung zu kontrollieren und gegebenenfalls Klebstoffe zu verwenden. Dies ist auch einer der Gründe, warum beim Drucken mit ABS oft dringend empfohlen wird, einen 3D-Drucker mit einer geschlossenen Kammer zu verwenden.

ABS neigt dazu, sich zu verziehen. Ein Problem, das mit der Schrumpfung des Materials bei plötzlichen Temperaturschwankungen zusammenhängt.

Beide Materialien haben in etwa die gleiche Druckgeschwindigkeit, was ein Vorteil ist, da man die Parameter im Slicer nicht für die verschiedenen Materialien neu einstellen muss. PLA druckt in der Regel mit 60 mm/s, obwohl einige Anwender auch mit höheren Geschwindigkeiten gearbeitet haben. ABS hingegen liegt normalerweise im Bereich von 40-60 mm/s, und es wäre schwierig, eine höhere Geschwindigkeit zu erreichen.

Ein weiterer Punkt, den man während des Herstellungsprozesses beachten sollte, sind die Emissionen, die bei der Herstellung entstehen. Wie bei fast allen thermoplastischen Filamenten entstehen beim Druck schädliche Gerüche und Gase, wobei einige schädlicher sind als andere. Wenn das Material erhitzt wird, setzt es Stoffe frei, die gesundheitsschädliche Partikel enthalten. Da PLA aus natürlichen, pflanzlichen Quellen stammt, gibt es keinen starken Geruch ab und ist daher nicht bedenklich. ABS hingegen ist dafür bekannt, dass es giftige Gase und einen unangenehmen Geruch abgibt. Auch aus diesem Grund wird bei der Verwendung von ABS dringend empfohlen, eine geschlossene Druckkabine sowie einen Luftfilter zu verwenden, um zu verhindern, dass Dämpfe in den Arbeitsbereich gelangen. Und selbst dann ist es ratsam, den Raum konstant zu lüften, um sicherzustellen, dass die Dämpfe nicht in die Lunge gelangen. Dies hängt mit dem in ABS enthaltenen Styrol zusammen, einem Material, das für den Menschen giftig ist, wenn es eingeatmet wird.

Um aus erster Hand etwas über die Eigenschaften und die Druckbarkeit beider Filamente zu erfahren, haben wir mit Fachleuten aus der Branche gesprochen. Luke Taylor, Marketing Manager bei Polymaker, erklärt: „PLA ist ein schwächeres Material, aber der Vorteil ist, dass es sehr einfach zu verarbeiten ist, es lässt sich sehr leicht drucken. Man braucht kein beheiztes Bett, keine hohen Temperaturen und es hat eine sehr niedrige Schrumpfungsrate, während ABS eine sehr hohe Schrumpfungsrate hat. Und das macht Sinn, denn im Allgemeinen gilt: Je besser die mechanischen Eigenschaften, desto schwieriger ist es zu verarbeiten. Allerdings können wir PLA auch etwas hinzufügen, um es stärker zu machen, ohne die Druckbarkeit zu verändern.“

Mit PLA-Filament von Polymaker 3D-gedruckte Figuren (Bild: Polymaker)

Nachbearbeitung von PLA und ABS

Wenn man über PLA und ABS nachdenkt, kann man mit Sicherheit sagen, dass für beide Thermoplaste ähnliche Nachbearbeitungstechniken verwendet werden können. Allerdings gibt es einige bemerkenswerte Unterschiede, einer davon ist die Oberfläche des Teils nach dem Druck. PLA-Teile sind unmittelbar nach dem Entfernen glänzender, während ABS eher eine matte Oberfläche aufweist. Beide Materialien können auch nach dem Druck zur Dekoration lackiert werden.

Allerdings lässt sich ABS im Allgemeinen leichter nachbearbeiten als PLA. Dafür gibt es eine Reihe von Gründen. Erstens können zwar beide Materialien abgeschliffen werden, doch ist dies bei ABS aufgrund seiner Haltbarkeit einfacher. PLA kann auch schwieriger zu schleifen sein, da es aufgrund seiner geringen Hitzebeständigkeit leichter schmilzt. Auch die maschinelle Bearbeitung ist bei beiden möglich, aber auch hier müssen die Benutzer bei PLA vorsichtiger sein.

ABS hingegen lässt sich nicht nur mit diesen grundlegenden Methoden leichter nachbearbeiten, sondern wenn Sie eine wirklich glänzende Oberfläche wünschen, können Teile aus ABS mit Acetondampf geglättet werden. Aceton ist eine farblose Flüssigkeit, die häufig als Lösungsmittel für Kunststoffe verwendet wird. Obwohl es nicht für PLA verwendet werden kann, können ABS-Teile mit Aceton viel schneller nachbearbeitet werden und erhalten eine glänzende Oberfläche. Es ist jedoch möglich, ein ähnliches Verfahren mit PLA durchzuführen. THF, oder Tetrahydrofuran, kann zum Handpolieren verwendet werden, wenn Sie Teile aus PLA-Filament mit Dampf glätten möchten.

Diese fertigen Teile erhalten durch das Glätten mit Aceton eine glänzende Oberfläche (Bild: Zortrax)

Anwendungen für PLA und ABS

Ein weiterer wesentlicher Unterschied zwischen PLA und ABS besteht darin, für welche Anwendungen die beiden Materialien eingesetzt werden. Je nach Zweck des vorgeschlagenen Teils können wir das eine oder das andere wählen. PLA ist das am häufigsten verwendete Material im FDM-3D-Druck und wird meist in einer Maker-Umgebung verwendet. Das liegt vor allem daran, dass es sich leicht drucken lässt und dass die mechanischen Eigenschaften die Teile zerbrechlich, schwach und empfindlich gegenüber Sonne und hohen Temperaturen machen. Aus diesem Grund wird es häufig von Anfängern oder für die Herstellung von dekorativen Elementen und Spielzeug verwendet.

ABS hingegen ist ein industrielleres Material, das fortschrittlichere Eigenschaften bietet, und obwohl es schwieriger zu drucken ist, haben die Teile eine bessere Qualität. Es ist daher bei der Entwicklung von Prototypen, Zahnrädern oder Werkzeugen von großem Interesse. Kurz gesagt, es wird in der Regel dort eingesetzt, wo die Teile physischen Belastungen ausgesetzt werden können und wo eine hohe mechanische und thermische Beständigkeit erforderlich ist. Bevor Sie mit dem additiven Fertigungsprozess beginnen, sollten Sie daher die Unterschiede zwischen den beiden Werkstoffen untersuchen, um Teile entsprechend ihrer Verwendung herzustellen.

PLA wird in der Regel für Anwendungen im Bereich der Herstellung für dekorative Elemente und Spielzeug verwendet. Andererseits kann ABS für Anwendungen verwendet werden, bei denen eine höhere mechanische und thermische Beständigkeit erforderlich ist.

Preis

Was den Preis betrifft, so gibt es funktionell keinen Unterschied zwischen PLA und ABS. Der Preis hängt vielmehr von Faktoren wie dem Hersteller ab. Hersteller spielen vor allem dann eine Rolle, wenn es sich um 3D-Drucker handelt, die ein geschlossenes System haben. Das bedeutet, dass mit diesen Druckern nur Filamente verwendet werden können, die vom jeweiligen Hersteller hergestellt oder zugelassen sind. Diese Entscheidung wird oft getroffen, um eine Qualitätskontrolle zu gewährleisten, kann sich aber auch auf den Preis auswirken. In einem geschlossenen System sind die Preise für ABS- und PLA-Filamente jedoch ähnlich, wenn nicht sogar identisch.

Im Allgemeinen haben wir festgestellt, dass 1 kg PLA- und ABS-Filament bei etwa 18 $ beginnt, obwohl der durchschnittliche Preis für eine einfache Filamentrolle bei etwa 20 $ liegt. Wenn Sie hochwertigere Filamente oder besondere Eigenschaften wie Mehrfarbigkeit oder professionelle Qualität wünschen, wird der Preis natürlich viel höher sein. Da PLA, wie bereits erwähnt, wahrscheinlich das beliebteste Filament für den 3D-Druck ist, gibt es eine größere Auswahl an Farben und Optionen für PLA-Filamente, die von den meisten Material- oder 3D-Druckerherstellern angeboten werden.

Bild: ColorFabb

Obwohl ABS-Filamente gelegentlich teurer sind als PLA-Filamente, ist dies aufgrund der geringeren Verfügbarkeit in der Rohform genau umgekehrt. Als einer der beliebtesten Industriekunststoffe, der zum Beispiel von Herstellern wie LEGO verwendet wird, ist ABS als Rohmaterial, d. h. vor der Verarbeitung zu einer Form wie einem Filament, tatsächlich billiger. Für FDM-Drucker hat dies zwar keine großen Auswirkungen, aber für diejenigen, die Granulat verwenden, könnte dies ebenfalls ein Faktor sein, da ABS in diesem Fall wahrscheinlich billiger ist als PLA.

Hersteller der Materialien

Auf dem Markt der additiven Fertigung ist die Zahl der Unternehmen, die sich mit der Entwicklung von Materialien beschäftigen, wirklich groß. Da der FDM-3D-Druck die am weitesten verbreitete Technologie ist, egal ob von Anfängern oder Industrieunternehmen, entwickeln die meisten Hersteller thermoplastische Polymerfilamente. Da PLA populärer als ABS und demokratischer ist, ist das Angebot viel größer. Es gibt inzwischen Hunderte von verschiedenen Marken, Farben und Mischungen, und obwohl es auch ABS-Filamente in mehreren Marken und Farben gibt, ist das Angebot kleiner als bei PLA. Was die Hersteller von PLA-Materialien betrifft, so gibt es Unternehmen, die sich speziell der Entwicklung von Filamenten widmen, wie Polymaker, ColorFabb, Filamentum, MatterHackers, usw.

Wenn wir uns auf ABS konzentrieren, können wir feststellen, dass im Allgemeinen Unternehmen, die diese Art von Filamenten entwickeln, wahrscheinlich auch PLA herstellen. In diesem Sinne können wir auch Polymaker, Hatchbox oder Filamentum finden, neben vielen anderen. Nicht zu vergessen sind auch die Maschinenhersteller, die, obwohl es nicht ihre Haupttätigkeit ist, einen Teil ihrer Zeit der Entwicklung von 3D-Druckmaterialien widmen. In diesem Fall sind Unternehmen wie Ultimaker, Zortrax oder Flashforge zu nennen.

Ein Vergleich zwischen PLA und ABS (Bild: 3Dnatives)

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