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Was sind die Eigenschaften von Nylon beim 3D-Druck?

Auf 21. April 2020 von Sandra S. veröffentlicht
Nylon ist ein Polymer, das im Bereich der additiven Fertigung weit verbreitet ist. Dieser Thermoplast ist heutzutage in Pulver- oder Filamentform für Technologien wie SLS, Multi Jet Fusion oder Schmelzschichtung erhältlich. Nylon wird auch als Polyamid (PA) bezeichnet: Diese Kunststoffe werden nach ihrer chemischen Zusammensetzung und insbesondere nach der Anzahl der Kohlenstoffatome, die sie enthalten, klassifiziert – die bekanntesten auf dem Markt des 3D-Drucks sind PA12 und PA11 sowie PA6 bei FDM. Was sind die Eigenschaften von Nylon beim 3D-Druck? Wer sind die Hersteller auf dem Markt und welche Anwendungen werden im Allgemeinen mit diesem Polymer entwickelt? Wir werden Ihnen alles erklären!
Nylon erschien erstmals 1935 und wurde von Wallace Carothers entwickelt, der für den Chemiker DuPont arbeitete, wurde das Polymer drei Jahre später in Form einer Zahnbürste vermarktet! Dank seiner Dehnbarkeit und Widerstandsfähigkeit fand Nylon vor allem in der Textilindustrie Verwendung: 1940 wurde es zum ersten Mal für die Herstellung von Damenstrümpfen verwendet. Nylon wurde daraufhin wegen der Widerstandsfähigkeit und der Robustheit des Polymers verwendet. Wir werden Ihnen alles erklären!
Nylon erschien erstmals 1935: von Wallace Carothers entwickelt, damals für den Chemiker DuPont, wurde das Polymer drei Jahre später in Form einer Zahnbürste vermarktet! Dank seiner Dehnbarkeit und Widerstandsfähigkeit fand Nylon vor allem in der Textilindustrie Verwendung: 1940 wurde es zum ersten Mal für die Herstellung von Damenstrümpfen verwendet. Sie wurde wegen ihrer Widerstandsfähigkeit und ihrer Reibungseigenschaften schnell in der Automobilindustrie eingesetzt.
nylon

Lasersintern ist nach wie vor das am weitesten verbreitete Verfahren beim Drucken von Nylon

Nylon im 3D-FDM/FFF-Druck: die Filamente

Bei Betrachtung von Filamenten fällt auf, dass Nylon meist mit 6 Kohlenstoffatomen vorliegt, besser bekannt als PA6. Es handelt sich um ein Filament mit vielen interessanten Eigenschaften, darunter hohe Flexibilität, Stoßfestigkeit und Abriebfestigkeit. Seine mechanischen Eigenschaften gleichen denen von ABS. Beachtet werden muss jedoch, dass Nylon aufgrund seiner schwierigen Haftung auf der 3D-Druckplatte das Vorhandensein einer Heizplatte (ca. 80°C) im 3D-Drucker erfordert. Vorsicht ist auch bei der Lagerung des Materials geboten, da es schnell die gesamte Feuchtigkeit um sich herum absorbiert (hygroskopisches Material), was den späteren Druck erschweren kann. Bei der Extrusionstemperatur muss der 3D-Drucker bis zu 250°C oder sogar 220°C für bestimmte Nylonarten erreichen.

Nylon ist eine  Alternative zu Polycarbonat, da es sich leichter drucken lässt. Nylon hat zudem einen längeren Lebenszyklus, was es ideal für den Druck von Teilen macht, die eine längere Beständigkeit erfordern. Es wird daher zum Bedrucken von Werkzeugen, Scharnieren oder Maschinenkomponenten verwendet, die zudem eine hohe Widerstandsfähigkeit benötigen.

Bildnachweis: Sharebot

Zu den wichtigsten Herstellern von Nylonfilamenten gehören Taulman3D, XStrand, Neofil3D und Maschinenhersteller wie Zortrax und Ultimaker. Bitte beachten Sie, dass Nylon mit Kohlefaser oder Glasfaser verstärkt werden kann. Preislich gesehen sollten Sie je nach Marke zwischen 25€ und 40€ für eine klassische Spule (500 Gramm, Durchmesser 1,75 mm) einplanen; wenn Sie sich für ein Verbundwerksstoffe entscheiden, kann der Preis schnell auf etwa 60-70€ steigen.

Polyamide in Pulverform

Die Schmelzschichtung ist nicht das gebräuchlichste Verfahren für den 3D-Druck von Nylon: Lasersintern ist das am weitesten verbreitete Verfahren. Nylon ist daher in Pulverform erhältlich, normalerweise PA12 oder PA11. PA12 ist in der Industrie am weitesten verbreitet: Es bietet sehr hohe mechanische und thermische Eigenschaften (hohe Stabilität, auch bei niedrigen Temperaturen extrem widerstandsfähig) sowie Beständigkeit gegenüber verschiedene Chemikalien. Im Vergleich zu Filamenten nimmt es wenig Feuchtigkeit auf und lässt sich auch nach dem Druck sehr leicht verarbeiten (Lackieren, Färben usw.). Es ist auch biokompatibel, das heißt, es kann zur Herstellung von Teilen in Kontakt mit der Haut verwendet werden, was es zu einem interessanten Material für den medizinischen Bereich, insbesondere bei der Herstellung von Prothesen, macht. PA12 wird sehr geschätzt für die Herstellung von Zahnrädern, Scharnieren oder als Ersatz für bestimmte Kunststoffe, die beim Spritzgießen verwendet werden.

Ein 3D-gedrucktes Teil aus PA12  (Bildnachweis: Sculpteo)

PA11 ist ebenfalls auf dem Markt der additiven Fertigung zu finden. Es wird ökologisch gewonnen, insbesondere aus Rizinusöl, während PA12 aus Erdöl gewonnen wird. Es ist daher vergleichsweise offensichtlich, dass PA11 umweltfreundlicher ist. Es teilt die Eigenschaften von PA12 mit einigen wenigen Unterschieden: PA11 hat eine bessere thermische Stabilität, eine größere Beständigkeit gegen Licht und UV-Strahlen und eine gute Elastizität. Teile, die mit diesem Polyamid in 3D gedruckt werden, haben auch eine längere Lebensdauer, was es zu einem idealen Material für die Herstellung von Fertigteilen oder Funktionsprototypen mit hohen mechanischen Eigenschaften macht. Es nimmt etwas mehr Feuchtigkeit auf als PA12.

Das französische Chemieunternehmen Arkema ist heute wahrscheinlich der größte Hersteller von PA11-Pulver, das seit den 1950er Jahren unter dem Namen Rilsan PA11 vermarktet wird. Die BASF ist mit ihrer Marke Ultrasint, die mit HP Multi Jet Fusion-Maschinen und einigen SLS-Druckermodellen kompatibel ist, dem Wettbewerb beigetreten. Sie produziert zudem PA6. PA12 wird von Chemiekonzernen wie Arkema und Evonik hergestellt, während EOS, 3D Systems oder Farsoon eigene, in Zusammenarbeit mit Chemikern entwickelte Pulver anbieten. Es ist zu beachten, dass es auch neue gefüllte Polyamidpulver gibt, die z.B. auf Kohlenstoff- oder Kevlarfasern, aber auch auf Glaspartikeln basieren.

Bildnachweis: HP

Schließlich ist das HP Multi Jet Fusion-Verfahren ein Hauptanwender von Polyamiden, sei es PA12 oder PA11. Das Einzigartige an der HP Technologie ist, dass sie im Vergleich zur konventionellen SLS-Technologie eine höhere Recycling-Rate bietet. Bis zu etwa 70 % des unbenutzten Pulvers beim 3D-Druck wird mit neuem Polyamid-Pulver gemischt, wodurch der Abfall minimiert wird. Interessant ist auch die Möglichkeit, Polyamidpulver beim 3D-Druck mit der HP 380/580 3D-Druckerreihe einzufärben, wodurch die Herstellung mehrfarbiger Teile möglich wird.

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Die 2 cKommentare

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  1. Schreib Wolfgang sagt:

    Hallo,

    ich verdrucke ohne Umweg über Filamente mit meinen Granulat-Schnecken-Extrudern (Förderleistung bis 4 kg/Std.) mitunter PA6 und PA66 auch mit Carbonfasern gefüllt, SLS Pulver PA12 und TPU habe ich auch gedruckt, läuft sehr gut, kann man einfärben und Füllstoffe zugeben ohne Probleme und sogar ohne Extruderkühlung. Technische Kunststoffe muß man immer vortrocknen.

    Viele Grüße

    Wolfgang

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