10 Optionen für Ihren wasserfesten 3D-Druck: Materialien und Nachbearbeitung

Dieser Artikel gibt einen Überblick über die verschiedenen Möglichkeiten, die für den 3D-Druck wasserfester Teile zur Verfügung stehen: Materialien, 3D-Druckverfahren und Veredlungsmöglichkeiten.
Water-resistance of a Xometry part being tested

Eine gute Wasserbeständigkeit ist für Teile, die feuchten Witterungsverhältnissen oder Regen ausgesetzt sind oder in dauerhaftem Kontakt mit Wasser stehen (z.B. Wasserflaschen), von zentraler Bedeutung. Beim 3D-Druck wasserfester Teile müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden: Das Material, die 3D-Druckverfahren und die Veredelungsmöglichkeiten spielen eine entscheidende Rolle.

3D-Druck wasserfester Teile

Die meisten 3D-Druckmaterialien (wie z.B. PLA) verschlechtern sich mit der Zeit, wenn sie über einen längeren Zeitraum Wasser ausgesetzt sind. Metalle fangen aufgrund der durch das Wasser ausgelösten Oxidation häufig an zu rosten. Materialien, die eine gute Wasserbeständigkeit aufweisen, gehören der Schutzklasse IP 67 und/oder der Schutzklasse IP 68 (IP steht für Ingress Protection Code) an.

Die folgenden 3D-Druckmaterialien eignen sich für den Entwurf wasserbeständiger 3D-Modelle und benötigen keine übermäßigen Oberflächenbehandlungen.

Polypropylen (PP)

Dieser Kunststoff wird häufig zur Herstellung von Lebensmittelverpackungen wie Flaschen und anderen Lebensmittelbehältern eingesetzt. Polypropylen besitzt eine geringe Dichte und hat im Gegensatz zu vielen anderen Materialien, die mit der Zeit Wasser absorbieren, wasserabweisende Eigenschaften (hydrophob).

Polypropylen ist sehr flexibel, weist eine gute Schichthaftung auf und erzeugt während des 3D-Drucks kaum Lücken zwischen den einzelnen Schichten. Dieses Material ist wasserfest und gegen aggressiven Chemikalien wie Säuren und organischen Lösungsmitteln beständig. Außerdem besitzt es eine gute Wärmebeständigkeit.

Geeignete 3D-Druckverfahren: MJF & SLS

Nylon PA 12

Dieses Material weist eine hohe Elastizität sowie Schlagfestigkeit auf. Es besitzt eine hervorragenden Beständigkeit gegen Chemikalien, Alkohol, Kraftstoffen, Ölen und Reinigungsmitteln. Außerdem ist es UV- und witterungsbeständig. PA 12 ist zu einem gewissen Grad wasserdicht und hat insgesamt ein gutes Preis-Leistungsverhältnis. Es eignet sich jedoch nicht für längerfristigen Wasserkontakt und muss speziellen Oberflächenbehandlungen (z.B. einer Epoxidbeschichtung) unterzogen werden, um eine bessere Wasserbeständigkeit sicherzustellen.

Geeignete 3D-Druckverfahren: SLS & FDM

MJF PA 12 natural

ABS

Dieses Material eignet sich hervorragend für den 3D-Druck wasserfester Teile. ABS ist ein sehr schlagfestes und zähes Material und besitzt eine Glasübergangstemperatur von ungefähr 105 °C. ABS ist sehr beständig gegen verdünnte Säuren und konzentrierte Salz- und Phosphorsäure. Es ist jedoch anfällig gegenüber Sonnenstrahlung. Es wird häufig für Rasensprenger und Abflussrohre eingesetzt.

Geeignete 3D-Druckverfahren: FDM

FDM ABS part

Polycarbonat (PC)

Polycarbonat ist ein transparentes Material, das eine hohe Schlagzähigkeit aufweist. Es eignet sich hervorragend für Babyflaschen und wiederverwendbare Trinkflaschen.

Polycarbonat ist ein widerstandsfähiges, amorphes Material mit hoher Schlagfestigkeit, Haltbarkeit und guten elektrischen Eigenschaften. Es kann in einem breiten Temperaturbereich eingesetzt werden und besitzt eine Wärmeformbeständigkeitstemperatur von 140°C.

Geeignete 3D-Druckverfahren: FDM

Polycarbonate 3D printed part

PETG

PETG besitzt eine hohe chemische Beständigkeit, Haltbarkeit und gute Formbarkeit. Es ist witterungsbeständig, flexibel und besitzt eine gute Schlagzähigkeit. Dieses Material eignet sich aufgrund seiner niedrigen Verformungstemperatur für viele Verbraucheranwendungen.

PETG wird häufig für Lebensmittelbehälter und Trinkflaschen verwendet.

Geeignete 3D-Druckverfahren: FDM

ASA (Acrylnitril-Styrol-Acrylat)

Hierbei handelt es sich um einen amorphen Thermoplast mit guter Witterungsbeständigkeit. Dieses Material wird aufgrund seiner Beständigkeit gegen UV-Strahlung und seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften häufig für die Prototypenentwicklung eingesetzt. ASA weist eine gute Chemikalien- und Hitzebeständigkeit auf und besitzt eine Glasübergangstemperatur von 108 °C.

Geeignete 3D-Druckverfahren: FDM

FDM ASA Black front

Edelstahl 316L / 1.4404

Diese Edelstahlsorte ist aufgrund ihres Chromanteils wasserbeständig. Edelstahl 316L besitzt eine relativ gute Oxidationsbeständigkeit (nicht rostend). Chlorhaltiges Wasser kann dieser Stahlsorte jedoch zusetzen. Typische Einsatzbereiche sind Maschinen zur Lebensmittelverarbeitung, Laborgeräte, Wärmetauscher, Schrauben und Muttern.

Geeignete 3D-Druckverfahren: DMLS

Vergleich der Produktionskosten verschiedener wasserabweisender Materialien

Die Produktionskosten verschiedener wasserabweisender Materialien lassen sich mit Hilfe der Xometry Plattform für Sofortangebote anhand eines Beispiels miteinander vergleichen:

Material 3D-Druckverfahren Stückkosten Stückkosten ab 10 Teilen Stückkosten ab 100 Teilen
Polypropylen MJF € 51.00 € 11.72 € 8.89
Polypropylen SLS € 51.00 € 31.57 € 30.69
Nylon PA 12 SLS € 20.96 € 15.03 € 12.73
Nylon PA 12 FDM € 18.70 € 10.35 € 5.63
ABS FDM € 9.13 € 6.34 € 2.57
Polycarbonat FDM € 34.45 € 25.89 € 25.03
PETG FDM € 10.84 € 4.28 € 3.32
ASA FDM € 18.75 € 6.60 € 3.99
Edelstahl 316L / 1.4404 DMLS € 387.12 € 294.83 Preis auf Anfrage

3D-Druckverfahren für wasserfeste Teile 

Die 3D-Druckverfahren Fused Deposition Modeling (FDM), Stereolithographie (SLA) und Selektives Lasersintern (SLS) sind für die Fertigung wasserfester Teile am besten geeignet. Die folgenden Methoden können vor allem beim FDM 3D-Druck eingesetzt werden, um die Wasserbeständigkeit zu verbessern.

Wanddicke

Eine Schichtdicke von 0,15 mm führt zu einer guten Druckqualität und wasserfesten Teilen. Durch eine Erhöhung der Wanddicke kann die Porosität verringert werden. Die Wanddicke kann durch niedrigere Schichthöhen, eine vollständige Füllung (Solid Infill) und hohe Temperatur erhöht werden.

Anzahl der Perimeter erhöhen

Als Faustregel gilt: Mit der Anzahl der Perimeter steigt auch die Wahrscheinlichkeit, dass das hergestellte Teil wasserfest ist. Tatsächlich funktioniert eine Kombination aus 4 bis 6 Perimetern und einer Wanddicke von ungefähr 3 mm gut für wasserdichte Teile. Allerdings variieren die notwendigen Perimeter-Grenzwerte von Material zu Material. Daher müssen die Perimeter-Grenzwerte des jeweils gewählten Materials berücksichtigt werden.

Höhere Drucktemperatur

Höhere Temperaturen können zu einer besseren Haftung zwischen den einzelnen Lagen führen. Aufgrund dieser verbesserten Haftung können die Lücken zwischen den Lagen geschlossen werden, die sonst zu einem Wasserleck führen könnten.

Wasserfeste Teile durch Nachbearbeitung

Nachbearbeitungsverfahren können sicherstellen, dass ihre Teile die erforderliche Wasserbeständigkeit erreichen.

Vapor smoothing

Bei diesem Verfahren werden die Oberflächen der Lagen miteinander verschmolzen, Lücken zwischen den Lagen geschlossen und die Abdichtung an der Oberfläche des Teils verbessert. Hierfür wird das gedruckte Teil einem geeigneten Lösungsmittel ausgesetzt. Welches chemische Lösungsmittel eingesetzt wird, hängt von dem jeweiligen 3D-Druckmaterial ab.

Diese Oberflächenbehandlung ist sowohl für den MJF als auch den SLS 3D-Druck erhältlich.

Vapour smoothing 3D printed parts
3D-Druck nach Behandlung mit Vapour Smoothing

Epoxidbeschichtung

Vor dem Auftragen des Epoxids muss die Oberfläche des Teils geschliffen und poliert werden, damit sie so glatt wie möglich ist. Nur so kann die Oberfläche des Teils auf die Beschichtung vorbereitet werden. Aus zwei Komponenten bestehende Epoxide eignen sich hervorragend, um 3D-Druck-Teile wasserfest zu machen. Die Fließeigenschaften des Epoxids reichen gerade aus, um in alle Risse, Hohlräume und Lücken des 3D-Drucks vorzudringen. Anschließend härtet das Epoxid aus und erzeugt eine harte, wasserdichte Schicht.

Fazit

Xometry Europe bietet die Materialien, 3D-Druckverfahren und Veredelungen an, die zur Produktion hochwertiger und funktionaler wasserbeständiger Teile benötigt werden. Auf unserer Plattform für Sofortangebote können Sie verschiedene Kombinationen aus Materialien, Verfahren und Veredelungen ausprobieren und Ihr 3D-Modell hochladen.

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