Hitzebeständiger 3D-Druck: Welches Material wählen?

Eine Halterung, die auf dem Schreibtisch tadellos hält, kann nach einem sonnigen Nachmittag hinter der Fensterscheibe durchhängen. Das ist einer der häufigsten Gründe, warum ein 3D-gedrucktes Bauteil in der Praxis versagt, und fast immer liegt es an der Materialwahl und nicht am Drucker. Kunststoffe brechen nicht bei einer exakten Temperatur, sie werden langsam weich, und dieser Punkt liegt tiefer, als die meisten erwarten.

Im Folgenden erfahren Sie, wie Sie Angaben zur Hitzebeständigkeit lesen, welches Material bei welcher Temperatur standhält und was Sie im Design tun können, um mehr aus einem Material herauszuholen.

Was “hitzebeständig” wirklich bedeutet

Auf jedem Datenblatt stehen zwei Werte. Die Glasübergangstemperatur (Tg) ist der Punkt, an dem der Kunststoff von hart zu gummiartig wechselt. Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT) ist die Temperatur, bei der sich ein Bauteil unter definierter Last um ein definiertes Maß verformt. Für ein gedrucktes Teil ist die HDT der aussagekräftigere Wert, weil sie etwas über ein Bauteil sagt, das Last tragen muss.

Der Haken: Diese Werte stammen aus Labortests an gespritzten Proben. Ein 3D-Druck besteht aus Schichten, und ein belastetes Teil beginnt unter dauerhafter Wärme zu kriechen (sich langsam zu verformen), lange bevor die Datenblattgrenze erreicht ist. Als Faustregel bleiben wir bei dauerhaft belasteten Teilen mindestens 10 bis 20 Grad unter dem angegebenen Wert.

Überlegen Sie genau, woher die Wärme kommt. Ein Armaturenbrett in einem geparkten Auto erreicht im Sommer leicht 70 bis 80 °C. Ein Teil neben einem Motor, einer Lampe oder einem Netzteil kann heißer werden als der Raum um es herum. Sonne auf einem dunklen Teil addiert noch einmal 20 Grad oder mehr. Rechnen Sie mit dem schlimmsten Fall, nicht mit dem durchschnittlichen Tag.

Materialien im Temperaturvergleich

PLA gibt als Erstes auf. Es wird ab etwa 55 bis 60 °C weich, ist also gut für Prototypen und Anschauungsmodelle im Innenraum, aber eine schlechte Wahl bei Wärme oder im Auto. PETG liegt eine Stufe höher und hält bis etwa 70 bis 80 °C, was für die meisten Anwendungen drinnen und milde Einsätze draußen reicht. Wenn Sie noch zwischen beiden schwanken, hilft unser Vergleich PLA vs PETG.

ASA und ABS sind die nächste Klasse mit einem nutzbaren Bereich von etwa 90 bis 100 °C. ASA hat den Vorteil, dass es zusätzlich UV-Licht und Witterung verträgt, weshalb wir es meist für Außenteile wählen, die auch Sonne und Wärme sehen. Mehr dazu lesen Sie in unserem Artikel über ASA-Filament für den Außenbereich.

Für echte Hitze lohnt sich Polycarbonat (PC), das bis etwa 110 bis 120 °C steif bleibt und zudem schlagzäh ist. Es ist anspruchsvoller im Druck und braucht ein gutes Gehäuse am Drucker, ist aber für Teile in der Nähe von Elektronik, Beleuchtung oder Motoren oft die richtige Antwort. Die Abwägungen finden Sie in unserem Leitfaden zum Polycarbonat-3D-Druck. Auch Nylon, besonders mit Carbonfasern, schlägt sich unter Last bei höheren Temperaturen gut.

Was Sie im Design tun können

Das Material ist nicht der einzige Hebel. Dickere Wände und mehr Perimeter halten ein Teil länger steif, wenn es warm wird, und ein überall dickes Teil erwärmt und erweicht langsamer als ein dünnes. Rippen und Verrundungen helfen ebenfalls, weil sie die Last verteilen, statt einen dünnen Abschnitt alles tragen zu lassen.

Auch die Druckausrichtung zählt. Schichtgrenzen sind die schwächste Richtung, und Wärme verschärft das. Richten Sie das Teil so aus, dass die Hauptlast entlang der Schichten wirkt und nicht quer dazu. Eine ausführliche Erklärung finden Sie in unserem Artikel zu Druckausrichtung und Bauteilfestigkeit.

Tempern (Annealing) ist ein Trick, den man kennen sollte. Ein gedrucktes PLA- oder Nylonteil kontrolliert zu erwärmen erhöht die Kristallinität und damit die Hitzebeständigkeit, teils um stolze 20 bis 30 Grad. Der Preis sind Schrumpf und leichter Verzug, den Sie bei den Maßen einplanen müssen. Am besten funktioniert es bei einfachen Formen, bei denen ein paar Zehntelmillimeter keine Rolle spielen.

Schnell entscheiden

Bleibt das Teil drinnen und wird nie warm, genügt PLA oder PETG, und das ist am günstigsten. Sieht es Sonne, ein Auto oder milde Wärme bis etwa 80 °C, wählen Sie ASA. Sitzt es an einer Wärmequelle oder muss über 100 °C steif bleiben, nehmen Sie Polycarbonat oder verstärktes Nylon. Sind Sie unsicher, nennen Sie uns Temperatur, Belastung und Einsatzort, dann wählen wir das Material für Sie. Einen breiteren Überblick bietet unser Materialauswahl-Leitfaden für Unternehmen.

Haben Sie ein Teil, das Hitze aushalten muss? Senden Sie uns Ihre Datei über das Kontaktformular für ein unverbindliches Angebot, oder werfen Sie einen Blick auf unsere Dienstleistungen.