Welche Materialien kann ein 3D-Drucker drucken? 3D-Drucker verwenden mittlerweile unzählige unterschiedliche Materialien um Objekte schichtweise herzustellen. Zu den klassischen und am häufigsten verwendeten 3D-Druck-Materialien gehören die Filamente und die Metall.

Filamente sind Kunststofffäden, die auf einer Spule aufgerollt, vom 3D-Drucker eingeschmolzen und so Schicht für Schicht zu einem fertigen Objekt verarbeitet werden. Auch Metalle lassen sich schichtweise drucken, die am häufigsten von Metall-3D-Druckern eingesetzten Verfahren sind aber laserbasiert und können so sehr präzise Metallobjekte auch in größeren Stückzahlen herstellen.

Auf dieser Seite stellen wir die unterschiedlichen Kunststoffarten für Filamente vor, Sie lernen die verschiedenen Metalle kennen, die als Material für den 3D-Druck eingesetzt werden können. Außerdem erfahren Sie über alle weiteren 3D-Drucker-Materialien, wie organische Substanzen, Lebensmittel und teilweise kuriose Materialien, mit denen Forscher und Erfinder experimentieren, wie Schaum oder Kartoffelbrei.

Unsere Sammlung an 3D-Druck-Materialien entstammt aus mehreren Tausend im 3D-grenzenlos veröffentlichten News. Die nachfolgende Liste wird regelmäßig aktualisiert. Sie kennen noch ein weiteres Material, welches von einem 3D-Drucker verarbeitet werden kann und in unserer Liste noch nicht aufgeführt wurde? Dann schreiben Sie uns gerne eine Nachricht.

Kunststoffe

PLA

PLA (Polylactide) gehört vor allem im privaten Sektor zweifelsohne zu den am Häufigsten verwendeten 3D-Druck-Materialien. Bevor es eingesetzt werden kann, muss es erst einmal geschmolzen werden.

Während des Drucks wird das PLA Granulat mit Hilfe eines Extruders als gleichbleibend dicker Strang herausgepresst und im nächsten Schritt in dünnen Schichten auf die Druckfläche aufgetragen. Die meisten Nutzer entscheiden sich für einen Filamentdurchmesser von 1,75 bzw. 2,85 mm, auch 3 mm liegen im Bereich des Möglichen.

PLA Material lässt sich relativ einfach handhaben, riecht beim Aufschmelzen kaum und ist meist auch von seinen Umwelteigenschaften her unbedenklich. Dies hängt aber natürlich vom Hersteller ab. Da PLA ein Kunststoff ist, der auf der Basis von Milchsäure hergestellt wird, zerfällt das Ausgangsmaterial wieder in seine natürlichen Bestandteile, sobald es Umwelteinflüssen ausgesetzt ist. Trotzdem ist anzuraten, das nicht mehr benötigte Material bzw. die Druckobjekte, die nicht mehr eingesetzt werden, in die Wertstoffsammlung zu geben.

Nicht unbeachtet bleiben soll, dass PLA Filament in einer umfangreichen Bandbreite an Farben sowie Spezialmischungen erhältlich ist. Mittlerweile gibt es einige Hersteller, die dieses Material produzieren. Ein Preis- und Qualitätsvergleich ist angeraten.

ABS

Die Abkürzung ABS steht für Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere. Das Material wird nicht nur für den 3D-Druck, sondern generell in der Fahrzeug-, Elektro- und Chemieindustrie, aber auch in weiteren Bereichen eingesetzt. So bestehen beispielsweise auch die bei Kindern sehr beliebten Lego-Steine aus diesem Kunststoff.

Bei ABS handelt es sich um einen thermoplastischen Kunststoff, der ab einer Temperatur von 220 – 250 Grad schmilzt. Bei Hochtemperatur-ABS-Blends liegt die Schmelztemperatur noch höher. Die Herstellung des Materials ist im Vergleich zum PLA etwas aufwändiger.

Dies liegt unter anderem darin begründet, dass sich das Material bei schneller Abkühlung sehr stark verformt. Bei der Verarbeitung entsteht oft der Geruch verbrannten Plastikkunststoffes, weshalb auf eine ausreichende Lüftung zu achten ist.

ABS Filament wird unter anderem aus Erdöl hergestellt und ist dadurch haltbarer und gegenüber Umwelteinflüssen widerstandsfähiger, als dies bei PLA der Fall ist. Besonders vorteilhaft wirkt sich die Hitzebeständigkeit des Materials auf, weshalb auch ein Einsatz in Bereichen möglich ist, bei denen PLA bereits schmelzen würde. Zugleich ist ABS im Vergleich zu PLA weniger spröde und elastischer.

Während das Material ABS ursprünglich farblos ist, wird es mittlerweile in einer großen Auswahl an Farben und natürlich in unterschiedlichen Stärken angeboten. 3D-Drucker, die mit ABS arbeiten sollen, müssen über ein beheiztes Druckbett verfügen.

HIPS

HIPS (High Impact Polystyrene) ist ein hochschlagfestes Polystyrol, das unter anderem aus Kautschuk besteht. Je nach Hersteller werden dem Material auch Flammschutzmittel beigefügt, um so die Gefahr eines Brandes zu reduzieren. Das HIPS Material kommt beispielsweise bei der Herstellung von Gehäusen für Computer, Telefone und Fernsehgeräte zum Einsatz. Im 3D-Druck wird HIPS als auswaschbares Trägermaterial verwendet.

Wer ein Objekt mit überhängenden Strukturen drucken möchte, benötigt dafür ein sogenanntes „Supportmaterial“, das unter Zuhilfenahme eines zweiten Extruders zum Verfüllen der Räume verwendet wird. Diese lassen sich dann später wieder auswaschen. Da HIPS auch im Lebensmittelbereich zum Einsatz kommt, ist es vollkommen unbedenklich.

Die Schmelztemperatur des Materials liegt bei etwa 235 Grad Celsius. Auf der beheizten Druckplattform haftet das Material sehr gut an und lässt sich auch gleichzeitig mit weiteren Materialien – beispielsweise dem bereits weiter oben vorgestellten ABS – verarbeiten.

Nicht unerwähnt bleiben soll, dass ABS auch im Lebensmittelbereich zum Einsatz kommt uns als ungefährlich angesehen werden kann. Gerade deshalb eignet es sich als Supportmaterial, dass sich später wieder entfernen lässt, sehr gut. Hierfür wird beispielsweise ein chemisches Limonenbad verwendet, in dem sich das Material binnen 24 Stunden auflöst.

PHA

PHA (Polyhydroxyfettsäure) gehört wie PLA ebenfalls zu den Biokunststoffen. Er wird beim 3D-Druck aber nur als Beimischung zu PLA einsetzt. Im Gegensatz zu diesem ist PHA UV-beständig und auch fester in der Temperatur. Sie vertragen Temperaturen von bis zu 160 Grad Celsius. Je nach der gewählten Zusammensetzung kann PHA sowohl elastisch als auch fest sein.

PEEK

Die Abkürzung PEEK steht für Polyetheretherkton. Dieser thermoplastische Kunststoff gehört zur Gruppe der Polyaryletherketone. Seine Schmelztemperatur liegt bei 335 Grad Celsius. Somit gehört PEEK zu den hitzebeständigen Materialien.

Einer intensiveren und vor allem längeren UV-Bestrahlung halten sie allerdings nur bedingt stand. Negative Auswirkungen hat der Einsatz von Salpeter- oder Schwefelsäure, denen PEEK nicht standhält. Das Filament ist aber gegen nahezu alle organischen und anorganischen Chemikalien und bei bis zu 280 Grad Celsius gegen Hydrolyse beständig.

PETG

PETG besteht aus einer Mischung zwischen PET (Polyethylenterephthalat) und Glycerol. Im Gegensatz zu anderen Thermoplasten wurde es speziell für den 3D-Druck entwickelt. Die großen Vorteile dieses Materials liegen in der hohen Flexibilität, Langlebigkeit und in der Kraft.

Während des Druckens entstehen kaum oder sogar keine Gerüche, der Schmelzpunkt liegt höher als beim PLA. Zugleich weist das Material eine bessere Schichthaftung auf. Das Material kann auch mit Lebensmitteln in Kontakt kommen.

PETG eignet sich ideal für die Herstellung mechanischer Teile, da es eine hohe Schlagfestigkeit und Haltbarkeit besitzt. Zugleich ist das Material flexibler als beispielsweise PLA, ABS oder PET. Das Filament ist nicht löslich, der Schmelzpunkt liegt zwischen etwa 220 und 235 Grad Celsius. Beim Abkühlen kann das Material etwas schrumpfen. Für das Drucken ist kein beheiztes Druckbett notwendig. Bei der Bett- und Düsentemperatur ist unter Umständen eine Feinabstimmung notwendig.

PEI/ULTEM

Polyetherimid (PEI) gehört zu den hochtemperaturbeständigen Kunststoffen. Das Material entsteht im Rahmen einer Polykondensation aus Bisphthalsäurehydrid und 1.3-Diaminobenzol respektive N-Phenyl4-Nitrophthalimid in Verbindung mit Dinatriumsalz, welches aus Bisphenol A hergestellt wird.

Es kann sowohl in seiner reinen Form als auch mit verschiedenen Zuschlägen verarbeitet werden. Zu den Zuschlägen gehören unter anderem Glasfasern, Kohlenstofffasern sowie Blends mit Polycarbonat oder Siloxan-Copolymer.

Das Material zeichnet sich auch schon im einfachen Zustand durch eine hohe Festigkeit und Feuerbeständigkeit aus. Gerade die Festigkeit wird durch den Zusatz von weiteren Materialien noch verstärkt. Es ist sowohl Hydrolyse, UV- und Gammastrahlen beständig.

In der Regel wird PEI für das Spritzgussverfahren verwendet. Die Verarbeitungstemperatur liegt zwischen 320 und 400 Grad Celsius. Bevor das Granulat verarbeitet werden kann, darf es nur noch eine Restfeuchte von 0,05 Prozent enthalten.

PEI wird hauptsächlich für die Herstellung von Kunststoffteilen eingesetzt, die in der Elektronik, im Automobilbau und in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet werden sollen. Aber auch im Bereich des 3D-Drucks findet es immer stärker Anwendung.

POLYAMID

Polyamide sind lineare Polymere, die entlang der Hauptkette regelmäßig wiederkehrende Amidbindungen aufweisen. Als Polyamide werden oft thermoplastische Kunststoffe bezeichnet. Diese verfügen über eine hervorragende Festigkeit und Zähigkeit. Deshalb finden sie oft bei der Herstellung von Konstruktionswerkstoffen Verwendung.

Beim 3D-Druck wird Polyamid häufig als pulverförmiges weißes Granulat eingesetzt. Als Herstellungsverfahren können je nach Familie der Polyamide sowohl das selektive Lasersintern (SLS) als auch die Schmelzschichtung (FDM) zum Einsatz kommen. Genau wie PLA werden auch Polyamide für die Herstellung von Produkten, die mit Lebensmitteln in Kontakt kommen, verwendet. Gleichzeitig lassen sich mit Polyamid auch glatte Oberflächen erzeugen, die keine Rillen aufweisen.

Aufgrund seiner teilkristallinen Strukturen bietet Polyamid eine nahezu optimale Kombination aus mechanischen und chemischen Eigenschaften, zu denen Stabilität, Flexibilität, Festigkeit und Schlagfestigkeit gehören. Zugleich steht das Material für eine hohe Detailgenauigkeit und gehobene Qualität.

Zum Einsatz kommt das Material unter anderem bei der Fertigung von Getrieben, in der Luft- und Raumfahrt, der Robotik, der Automobilindustrie, bei der Fertigung von medizinischen Prothesen und bei der Verwendung von Spritzgussformen.

Lebensmittel

Nicht nur Kunststoffe und Metalle, sondern auch Lebensmittel können mittels 3D-Druck verarbeitet werden. Als Beispiel seien hier die Magic Candy Factory in Berlin erwähnt, welche mit Unterstützung von Katjes 3D-gedruckte Gummibärchen verkauft. Diese können die Kunden ganz nach ihren eigenen Wünschen zusammenstellen.

Auch die Ästhetik spielt beim Essen eine große Rolle. Wer im Alter nicht mehr so gut kauen kann und deshalb pürierte Kost erhält, kann jetzt das Essen auch mit Hilfe eines 3D-Druckers anrichten lassen. So erhält dann beispielsweise das pürierte Fleisch wieder die Form, welche es auch sonst bei der herkömmlichen Küche aufweist. Ein Schnitzel kann also wieder als Schnitzel genossen werden.

Auch bei der Zubereitung anderer Lebensmittel wird mittlerweile auf den 3D-Drucker zurückgegriffen. Dazu können beispielsweise Schokolade, Eiscreme, Kaugummi und verschiedene Teigwaren gehören. In unserem 3D-grenzenlos-Newsletter berichten wir immer mal wieder über den 3D-Druck von Lebensmitteln.

Metalle

ALUMINIUM

Aluminium steht sowohl für Leichtigkeit als auch für Stabilität. Zugleich ist es korrosionsbeständig, lässt sich schweißen, ist allerdings im Vergleich zu Stahl anfälliger für eine Materialermüdung. Aluminium ist weniger temperaturbeständig als Stahl. Der Schmelzpunkt liegt bei 660,4 Grad Celsius.

Besonders dann, wenn ein geringes Gewicht gefragt ist, wird auf Aluminium zurückgegriffen. So wird es unter anderem für mechanische Bauteile in der Luft- und Raumfahrtindustrie, in Fahrzeugen und bei Fahrrädern eingesetzt.

Aluminium wird meist als Legierung mit weiteren Metallen verwendet. Zu diesen gehören beispielsweise Silizium und Magnesium. Diese Legierungen sorgen für eine Verbesserung physikalischer und mechanischer Eigenschaften. Der in Deutschland ansässige Hersteller EOS hat beispielsweise die Aluminiumlegierung AlSi10Mg in seinem Lieferprogramm.

SLM Solutions bietet noch viele weitere Legierungen aus Aluminium an, die besonders mit ihrer porenfreien homogenen Oberfläche, aber auch mit ihrer besonderen Härte überzeugen können.

TITAN

Titan gehört zu den chemischen Elementen und trägt im Periodensystem die Ordnungszahl 22. Es verfügt über eine ideale Kombination aus Festigkeit und Leichtigkeit. Zugleich ist es korrosionsbeständig und biokompatibel. Besonders in den Bereichen Luft-und Raumfahrt sowie in der Medizin ist dieser Stoff sehr gefragt.

Genau wie Aluminiumlegierungen besitzen auch Titanlegierungen bessere chemische und mechanische Eigenschaften. Die Hersteller EOS, SLM Solutions und Arcam stellen verschiedene Titanlegierungen her, die für den 3D-Druck optimal geeignet sind.

Bauteile aus Titan können durch den 3D-Druck in komplexeren Formen hergestellt werden. Zugleich lassen sich so Unreinheiten, wie man sie beispielsweise vom Schweißen bei sonst angewandten Fertigungsverfahren her kennt, vermeiden. Ein Nachteil des Materials liegt jedoch im sehr hohen Anschaffungspreis, der durchaus 50x höher als der normale Stahlpreis liegen kann.

GOLD

Gold zählt genau wie Titan zu den chemischen Elementen, es trägt im Periodensystem die Ordnungszahl 79. Genau wie Titan zählt auch Gold zu den Übergangsmetallen. Mit herkömmlichen 3D-Druckern für den Hausgebrauch lässt sich allerdings kein Metall-3D-Druck vornehmen. Deshalb greift man in diesem Fall auf Legierungen zurück.

Für den Druck goldfarbener Objekte ist Edelstahl besonders gut geeignet. Dabei werden einzelne Edelstahlpulverschichten mit Klebstoff benetzt, auf den dann das Gold aufgetragen wird. Neben dieser gibt es noch eine weitere Möglichkeit, mit Metall zu drucken. Hierzu wird das geschmolzene Metall – in unserem Fall Edelstahl – in eine Form gegossen, welche zuvor durch das Wachsausschmelzverfahren gefertigt wurde. Das anschließende Finishing der Oberfläche wird dann von Hand vorgenommen.

Gerade bei der Fertigung kleinerer Bauteile oder bei der Schmuckherstellung wird das zweitgenannte Verfahren häufig angewandt. Allerdings sollten zu feine und filigrane Formen gemieden werden, die Mindestwandstärke sollte zwischen 0,8 und 1 mm betragen. Durch die Verwendung von Gold ist es möglich, verschiedene Farbtöne zu erzeugen (Geld, Weiß, rötlich).

SILBER

Silber gehört wie Titan und Gold zu den chemischen Elementen. Es trägt im Periodensystem die Ordnungszahl 47.

Bei Silber verhält es sich ähnlich wie bei der Weiterverarbeitung von Gold. Auch hier sollte eine Mindestwandstärke von 0,8 bis 1 mm eingehalten werden. Zu filigrane und detailliert dargestellte Modelle – als Beispiel sei hier Schmuck erwähnt – lassen sich allerdings nur schwer herstellen. Besonders bei silbernen Objekten ist das Finishing besonders wichtig. Es stellt den Schlüssel für eine saubere und glatte Oberfläche dar.

KUPFER

Kupfer verfügt über die Eigenschaften besonders wärme- und stromleitend zu sein. Der Einsatz von Kupfer in der industriellen Fertigung ist deshalb von besonderer Bedeutung, da Kupferteile in vielen Bereichen Einsatz finden können. So werden Teile aus Kupfer vor allem in der Energietechnik aber auch im medizinischen Sektor eingesetzt.

Mit der additiven Fertigung von Kupfer bestehen für die Unternehmen und Institutionen Vorteile bei der Designfreiheit, die Serienfertigung zu geringeren Kosten und das Herstellen spezifischer Objekte (Größe, Komplexität, usw.).

Weitere 3D-Drucker-Materialien

GIPS

Nicht nur Kunststoffe und Metalle, sondern auch Gips kann für den 3D-Druck genutzt werden. In der Regel ist dieses Material weiß, kann aber schon vor der Weiterverarbeitung eingefärbt werden. Der sogenannte Polymergips ist nach der Verarbeitung sehr steif, kann aber leicht zerbrechen.

Die Oberfläche erscheint porös und sandartig, sie sollte bei Bedarf ein entsprechendes Finishing erfahren. Beim 3D-Druck mit Gips sollte eine Mindestwandstärke von 2 mm gewählt werden und die Schichtdicke zwischen 0,089 und 0,102 mm betragen. Die Temperaturbeständigkeit liegt gerade einmal bei etwa 115 Grad Celsius.

3D-Drucke aus Gips werden beispielsweise für die Fertigung von Präsentationsmodellen für Investoren, Haus- und Gebäudekomplexmodelle, für den Hobbymodellbau und die Landschaftsplanung genutzt. Aber auch in der Medizin und in der Biologie können sie verwendet werden.

Beim 3D-Druck eines Gipsmodells verteilt eine Walze zuerst eine dünne Schicht Gipspulver auf die Druckplatte. Danach geben Tintenstrahldruckköpfe, die mit Farbbinder ausgestattet sind, die erste Schicht der Tinte auf das Pulver. Beide vermengen sich dann und härten dann zum Querschnitt des 3D-Modells aus. Im kurz danach folgenden Schritt fährt die Trägerplatte um 0,1 mm nach unten, sodass Platz für eine neue Schicht wird. Hier wird ebenfalls zuerst das Pulver und dann die Tinte aufgetragen, die sich dann wieder vermischen und aushärten.

Diese Verfahrensweise wird so lange wiederholt, bis das Objekt fertig gedruckt ist. Überschüssiges Pulver sollte abgesaugt und für den nächsten Druckvorgang mit Gips wiederverwendet werden. Innerhalb weniger Stunden ist das gewünschte Modell fertig. Danach muss unter Umständen noch ein Feinschliff vorgenommen werden. Das 3D-gedruckte Modell aus Gips kann dann durch Infiltrate und Lacke die gewünschte Textur erhalten.

KERAMIK

Unter dem Begriff Keramik sind anorganische nichtmetallische Werkstoffe zu verstehen. Im Groben unterscheidet man hier zwischen Irdengut, Steinzeug, Steingut, Porzellan und Sondermassen. Zugleich ist er auch Oberbegriff für geformte bzw. gebrannte Produkte, zu denen unter anderem Gebrauchsgegenstände, Bauteile und Werkzeuge gehören.

Das Wort Keramik selbst kommt im Übrigen aus dem Griechischen und steht für Tonminerale.  Zur technischen Keramik gehört auch die sogenannte Verbundkeramik.

Auch für den 3D-Druck wird mittlerweile Keramik eingesetzt. So hat beispielsweise die französische Firma Z3DLab das erste Titan-Keramik-Pulver entwickelt und patentieren lassen. Dieses ist für Pulverbetten und laserbasierte Metalle einsetzbar, sofern das SLM 3D-Druck-Verfahren verwendet wird.

Das Verbundpulver trägt die Bezeichnung ZTI. Seine großen Vorteile liegen in der Biegsamkeit, dem geringen Gewicht des Titans und der Stärke des Keramik-Zinkoxids. Von diesem Pulver werden verschiedene Versionen angeboten, zwei davon eignen sich für den Einsatz in der Medizin und in der Raumfahrt. Beide Materialien sind im Übrigen biokompatibel.

GLAS

Glas kann aus aus verschiedenen Mineralien bzw. Materialien bestehen und gehört zu den amorphen Feststoffen. Für die Herstellung von Trink- und Fenstergläsern wird beispielsweise Siliciumdioxid verwendet.

Forschern gelang es vor einiger Zeit, auch Glas für den 3D-Druck nutzbar zu machen. Mit Hilfe eines Roboterarms wird eine Kachel rund um einen Extruder bewegt. Dieser trägt wiederum geschmolzenes Glas auf die Kachel auf. Das Sechs-Achsen-Glasverfahren sorgt allerdings für eine nicht ganz so gerade Oberfläche. Dies liegt darin begründet, dass Glas ungleichmäßig abkühlt. Komplexe und hochauflösende Objekte lassen sich so noch nicht herstellen.

Derzeit ist das Verfahren noch nicht ausgereift, was sich aber bestimmt in den nächsten Jahren ändern wird. Die für die Glasherstellung notwendigen Rohstoffe sind fast überall auf der Erde anzutreffen, was auch dazu beitragen dürfte, dass sich auch diese Technologie weiter durchsetzt.