Warmtebestendig 3D printen: welk materiaal kies je?

Een beugel die op je bureau prima houdt, kan na één zonnige middag achter het raam doorzakken. Het is een van de meest voorkomende redenen waarom een 3D-geprint onderdeel in de praktijk faalt, en bijna altijd ligt het aan de materiaalkeuze en niet aan de printer. Kunststoffen breken niet bij een scherpe temperatuur, ze worden langzaam zacht, en dat punt ligt lager dan de meeste mensen verwachten.

Hieronder lees je hoe je warmtebestendigheid beoordeelt, welk materiaal bij welke temperatuur standhoudt en wat je in het ontwerp kunt doen om meer uit een materiaal te halen.

Wat “warmtebestendig” eigenlijk betekent

Op elk datasheet staan twee getallen. De glasovergangstemperatuur (Tg) is het punt waarop kunststof van hard naar rubberachtig gaat. De warmteafbuigtemperatuur (HDT) is de temperatuur waarbij een onderdeel onder een vaste belasting een vaste hoeveelheid doorbuigt. Voor een geprint onderdeel is de HDT het nuttigste getal, omdat het iets zegt over een onderdeel dat gewicht moet dragen.

Het addertje: deze waarden komen uit labtesten op gegoten proefstukken. Een 3D-print bestaat uit lagen, en een belast onderdeel onder constante warmte gaat kruipen (langzaam vervormen) ruim voor de limiet uit het datasheet. Als vuistregel blijven we bij onderdelen die lang belast worden minstens 10 tot 20 graden onder de opgegeven waarde.

Denk goed na over waar de warmte echt vandaan komt. Een dashboard in een geparkeerde auto haalt in de zomer makkelijk 70 tot 80 °C. Een onderdeel naast een motor, lamp of voeding kan warmer worden dan de ruimte eromheen. Zon op een donker onderdeel telt er nog eens 20 graden of meer bij op. Reken met het ergste geval, niet met een gemiddelde dag.

Materialen vergeleken op temperatuur

PLA haakt als eerste af. Het wordt zacht rond 55 tot 60 °C, dus prima voor prototypes en binnen-showmodellen, maar een slechte keuze bij warmte of in een auto. PETG is een stap hoger en houdt het tot ongeveer 70 tot 80 °C, genoeg voor het meeste gebruik binnen en milde toepassingen buiten. Twijfel je nog tussen die twee, lees dan onze vergelijking PLA vs PETG.

ASA en ABS zijn de volgende klasse, met een bruikbaar bereik van ongeveer 90 tot 100 °C. ASA heeft als voordeel dat het ook tegen uv-licht en weer kan, daarom is het onze standaardkeuze voor buitenonderdelen die ook zon en warmte zien. Meer lees je in ons artikel over ASA-filament voor buitengebruik.

Voor echte hitte kijk je naar polycarbonaat (PC), dat stijf blijft tot ongeveer 110 tot 120 °C en bovendien slagvast is. Het is lastiger te printen en vraagt een goede behuizing van de printer, maar voor onderdelen bij elektronica, verlichting of motoren is het vaak het juiste antwoord. De afwegingen staan in onze gids over polycarbonaat 3D-printen. Nylon, zeker met koolstofvezel, presteert onder belasting ook goed bij hogere temperaturen.

Wat je in het ontwerp kunt doen

Materiaal is niet de enige hefboom. Dikkere wanden en meer perimeters houden een onderdeel langer stijf als het warm wordt, en een onderdeel dat overal dik is, koelt en verzacht langzamer dan een dun exemplaar. Ribben en afrondingen helpen ook, omdat ze de belasting verspreiden in plaats van één dun stuk alles te laten dragen.

Ook de printrichting telt. Laaglijnen zijn de zwakste richting, en warmte maakt dat erger. Oriënteer het onderdeel zo dat de hoofdbelasting langs de lagen loopt en niet dwars erop. Meer uitleg vind je in ons artikel over printrichting en sterkte.

Uitgloeien (annealing) is een truc die het kennen waard is. Een geprint PLA- of nylononderdeel gecontroleerd verwarmen verhoogt de kristalliniteit en daarmee de warmtebestendigheid, soms met een flinke 20 tot 30 graden. De prijs is krimp en lichte vervorming, dus je moet er in de maten rekening mee houden. Het werkt het best bij eenvoudige vormen waarbij een paar tienden van een millimeter er niet toe doen.

Snel kiezen

Blijft het onderdeel binnen en wordt het nooit warm, dan volstaat PLA of PETG en is dat het goedkoopst. Ziet het zon, een auto of milde warmte tot ongeveer 80 °C, kies dan ASA. Zit het bij een warmtebron of moet het boven 100 °C stijf blijven, kies dan polycarbonaat of versterkt nylon. Weet je het niet zeker, geef ons dan de temperatuur, de belasting en de plek waar het onderdeel komt, dan kiezen wij het materiaal voor je. Een breder overzicht staat in onze materiaalkeuzegids voor bedrijven.

Heb je een onderdeel dat tegen warmte moet kunnen? Stuur ons je bestand via het contactformulier voor een vrijblijvende offerte, of bekijk onze diensten om te zien wat we kunnen maken.