Die widerstandsfähigsten Materialien für den 3D-Druck

Der 3D-Druck hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt und bietet heute eine Vielzahl von Materialien, die für unterschiedlichste Anwendungen geeignet sind. Besonders widerstandsfähige Materialien spielen dabei eine entscheidende Rolle, da sie den hohen Anforderungen in Industrien wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Medizintechnik gerecht werden müssen. In diesem Artikel stellen wir Ihnen die stärksten Materialien für den 3D-Druck vor. Wir beleuchten ihre einzigartigen Eigenschaften, Anwendungsbereiche und die am besten geeigneten 3D-Druckverfahren, um sicherzustellen, dass Ihre Projekte sowohl robust als auch langlebig sind.

Mit einer breiten Palette an Hochleistungsmaterialien wie PEEK, ULTEM 9085, Aluminium AlSi10Mg, Edelstahl 316L, Nylon 12 und EPU 40 bieten wir Ihnen fundierte Informationen, um die bestmögliche Materialwahl für Ihre spezifischen Anforderungen zu treffen. Erfahren Sie, welches Material für hohe Temperaturen, chemische Beständigkeit oder extreme mechanische Belastungen geeignet ist und wie Sie durch die richtige Wahl des 3D-Druckverfahrens optimale Ergebnisse erzielen können.

Wichtige Eigenschaften widerstandsfähiger und starker 3D-Druck-Materialien

Widerstandsfähige 3D-Druck-Materialien zeichnen sich durch eine Kombination von Eigenschaften aus, die sie besonders robust und langlebig machen. Zu den entscheidenden Merkmalen gehören hohe mechanische Festigkeit, thermische Stabilität, chemische Beständigkeit und ausgezeichnete Ermüdungsresistenz. Materialien wie PEEK (Polyetheretherketon) und ULTEM 9085 bieten eine herausragende chemische Beständigkeit und können hohe Temperaturen über längere Zeiträume aushalten, was sie ideal für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt und im Automobilbau macht.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Maßhaltigkeit, die sicherstellt, dass die gedruckten Teile präzise und konsistent den vorgesehenen Spezifikationen entsprechen. Aluminium AlSi10Mg und Edelstahl 316L sind Beispiele für Materialien, die nicht nur mechanischen Belastungen standhalten, sondern auch korrosionsbeständig sind, was ihre Einsatzmöglichkeiten in der Medizin- und Lebensmittelindustrie erweitert.

Strength and flexibility test on 3D prints — Wir verglichen die Festigkeit und Flexibilität von fünf 3D-Drucken: MJF PA 12 (wie gedruckt), FDM ULTEM 1010 (wie gedruckt), FDM PETG (wie gedruckt), SLS PP, wie gedruckt und SLS PA 12 (schwarz eingefärbt).

Die stärksten 3D-Druck-Materialien, die bei Xometry verfügbar sind

Je nach 3D-Druckverfahren können verschiedene Kunststoffe oder Metalle eingesetzt werden. Werfen wir einen Blick darauf, welches Material sich für welches 3D-Druckverfahren eignet und welche genauen Eigenschaften diese Materialien aufweisen.

CE 221 (Cyanate Ester)

Dieses Material ist vor allem für seine Hitzebeständigkeit und Steifigkeit bekannt. Aufgrund seiner hohen Wärmeformbeständigkeitstemperatur kann CE 221 bei Anwendungen mit hohen thermischen Anforderungen sicher eingesetzt werden. Dieses Harz hat eine langfristige thermische Stabilität mit einer Glasübergangstemperatur von etwa 225° C.

Dieses Material kann hohen Drücken standhalten und kann mit einem hochpräzisen Oberflächenfinish ausgestattet werden.

3D-Druckverfahren: Carbon DLS
Anwendungen: Industrieprodukte, Elektronikbauteile, Fluidverteiler

Nylon PA 12 Carbonverstärkt

Eine Kombination aus Nylon 12 Kunstharz und Carbonfasern verleiht diesem Material hervorragende strukturelle Eigenschaften. Die Carbonfasern machen etwa 35% des Gesamtgewichts aus. Dies eröffnet neue Gestaltungsmöglichkeiten beim Entwurf des Designs, insbesondere bei der Prototypenentwicklung.

Nylon PA 12 ist ziemlich starr und kann bei einigen Anwendungen Metall als Werkstoff ersetzen, z.B. bei Halterungen, Vorrichtungen, Bohrschablonen und Gewindeeinsätzen

Es ist für eine Vielzahl verschiedener Anwendungen im Automobil-, Industrie- und Freizeitbereich geeignet. Nylon PA 12 CF ist außerdem als das FDM-Material mit dem höchsten verfügbaren Verhältnis von Festigkeit zu Masse bekannt.

3D-Druckverfahren: FDM
Anwendungen: Werkzeugbau, Prototypenentwicklung

EPX 82

Dieses auf Epoxid basierende Photopolymer zeichnet sich durch eine hervorragende Mischung aus Zähigkeit, Steifigkeit, Festigkeit, Widerstandsfähigkeit, Temperaturbeständigkeit und einer hohen Zugfestigkeit von 82 MPa aus. Aufgrund seiner Temperatur- und UV-Beständigkeit eignet es sich für eine große Bandbreite an verschiedenen Anwendungen einschließlich Gehäuse, Leuchtkörper, Vorrichtungen und vielem mehr.

Aufgrund seiner hohe Schlagzähigkeit und Hitzebeständigkeit eignet sich dieses Material für den Dauereinsatz bei schwankenden Temperaturen.

3D-Druckverfahren: Carbon DLS
Anwendungen: Vorrichtungen, Leuchtkörper, Halterungen, Verbindungsstücke

Polycarbonat (PC)

Bei Polycarbonat handelt es sich um ein widerstandsfähiges, amorphes Material mit hoher Schlagfestigkeit, Beständigkeit und guten elektrischen Eigenschaften. Außerdem erlaubt dieses Material die Übertragung von Licht in seinem inneren in ähnlichem Umfang wie in Glas. Es kann in einem breiten Temperaturbereich eingesetzt werden und besitzt eine Wärmeformbeständigkeitstemperatur von 140°C.

Polycarbonat wird für viele verschiedene Anwendungen einsetzt, unter anderem bei der Produktion von Schutzhelmen, Linsen für Autoscheinwerfer und Panzerglas. Es kann problemlos mit Flammschutzmitteln kombiniert werden, ohne einer nennenswerten Verschlechterung der Materialeigenschaften.

3D-Druckverfahren: FDM
Anwendungen: Medizinische Geräte, Industrieprodukte, Elektronikbauteile

Edelstahl 17.4 / 1.4542

Dies ist ein Chrom-Nickel-Kupfer-Stahl mit hoher Festigkeit und ausgezeichneter Zähigkeit. Er hat eine Zugfestigkeit von 1070 N/mm2. Edelstahl 17.4 hat eine gute Korrosionsbeständigkeit. Aufgrund seiner hohen Festigkeit wird er in der Luft- und Raumfahrt und in der High-Tech-Industrie in Komponenten wie Getrieben, Turbinenschaufeln, Wellen und Formwerkzeugen eingesetzt.

Dieses Material ist aufgrund der möglichen Hitzebehandlung in vielen verschiedenen Härte- und Zähigkeitsstufen erhältlich. Das gängigste 3D-Druckverfahren für Edelstahl ist Direktes Metall-Lasersintern (DMLS). Weitere mögliche Verfahren sind Binder Jetting und Selektives Laserschmelzen (SLM).

3D-Druckverfahren: DMLS, Binder Jetting, SLM
Anwendungen: Luft- und Raumfahrt, High-Tech-Industrie

ULTEM 1010

Dieses Material besitzt unter den FDM Thermoplasten die höchste Hitzebeständigkeit, chemische Beständigkeit und Zugfestigkeit. ULTEM 1010 ist als transparente, intransparente und glasgefüllte Ausführung erhältlich. Es wird häufig für Sonderwerkzeuge für die Fertigung von Metall- oder Kunststoffteilen, medizinischen Hilfsmitteln und temperaturbeständigen Matrizen verwendet.

Ultem 1010 ist ein Hochleistungsthermoplast aus Polyetherimid und wird weitläufig als stärkstes der erhältlichen FDM-Materialien angesehen. Es hat den niedrigsten Wärmeausdehnungskoeffizienten. Aufgrund der Zertifikate bezüglich Biokompatibilität und dem Kontakt mit Lebensmitteln ist dieses Material hervorragend für die Lebensmittelindustrie geeignet.

3D-Druckverfahren: FDM
Anwendungen: Lebensmittelindustrie, Werkzeugbau

PEEK

Es besitzt eine hervorragende Chemikalienbeständigkeit, hohe mechanische Festigkeit und Maßhaltigkeit. Aufgrund der Eigenschaft seine Steifigkeit auch bei hohen Temperaturen zu behalten, ist es für den Dauereinsatz bei Temperaturen von bis zu 170°C geeignet.

PEEK, auch bekannt als Polyetheretherketon, besitzt eine hervorragende Ermüdungs- und Spannrissbeständigkeit. Es kommt in der Luft- und Raumfahrt, der Öl- und Gas- und Halbleiterproduktion zum Einsatz.

3D-Druckverfahren: FDM
Anwendungen: Lager, Dichtungen, Ventile, Rohre

ULTEM 9085

Dieses Material besitzt ein hohes Festigkeits-Masse-Verhältnis, eine hohe Schlagfestigkeit und eine gute Hitzebeständigkeit. Es ist schwer entflammbar. Es wird für die Fertigung von Prototypen und Werkzeugen wie Heft- und Spannvorrichtungen, Verbundwerkstoff-Formen usw. eingesetzt. Es ist mit Nylon 6.68 (9800) vergleichbar.

ULTEM 9085 ist aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Festigkeit und seinem geringen Gewicht für die Produktion von Endverbrauchsteilen geeignet.

3D-Druckverfahren: FDM
Anwendungen: Halterungen, Vorrichtungen, Verbundwerkstoff-Formen

Aluminum AlSi10Mg / EN 1706: 1998

Dieses Material hat eine ausgezeichnete Festigkeit bei erhöhten Temperaturen (ca. 200°C). Es weist eine gute Korrosionsbeständigkeit auf und kann leicht poliert werden. Außerdem besitzt es eine gute Bearbeitbarkeit und gute Hitzerissbeständigkeit. Die Ermüdungsfestigkeit ist mit 110 N/mm2 ausgezeichnet.

Das Material ist gut schweißbar und wird häufig in Teilen für Fahrzeuge, Maschinen und Flugzeuge eingesetzt. Es hat eine Zugfestigkeit von 290 MPa bei Raumtemperatur.

3D-Druckverfahren: DMLS
Anwendungen: Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt

Edelstahl 316L / 1.4404

Dieses Material besitzt einen niedrigen Carbon-Anteil und ist ein Chrom-Nickel-Molybdän-Edelstahl. Edelstahl 316L besitzt eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen Chlor und nichtoxidierende Säuren. Er besitzt eine hohe Zugfestigkeit von ca. 500N/mm².

Edelstahl 316L für Anlagen in der Lebensmittelverarbeitung, Laborausrüstung, Wärmetauschern, Schrauben und Muttern verwendet. Unter den Metall-Werkstoffen besitzt Edelstahl 316L die glatteste Oberfläche.

3D-Druckverfahren: DMLS
Anwendungen: Lebensmittel- und Getränketechnik, Pharmazeutische Geräte

Preisvergleich der stärksten 3D-Druck-Materialien

Vergleichen wir nun die Preise der drei verschiedenen Kunstharze auf der Xometry Plattform für Sofortangebote. Hierfür verwenden wir das folgende CAD-Modell als Beispiel.

Material	Verfahren	Zugfestigkeit	Stückpreis	Stückpreis bei 10 Teilen	Stückpreis bei 100 Teilen
CE 221	Carbon DLS	92	645.21	171.58	Preis auf Anfrage
Nylon PA 12 CF	FDM	76	24.60	18.49	14.31
EPX 82	Carbon DLS	82	201.85	46.38	46.38
PC	FDM	60	34.45	25.89	25.03
Edelstahl 17.4	DMLS	1103	387.12	294.83	Preis auf Anfrage
ULTEM 1010	FDM	105	50.03	35.80	34.61
PEEK	FDM	110	44.21	32.32	23.56
ULTEM 9085	FDM	70	47.64	35.80	34.61
Aluminum AlSi10Mg	DMLS	230 – 290	174.76	89.19	87.80
Edelstahl 316L	DMLS	490 – 690	387.12	294.83	Preis auf Anfrage

Nutzen Sie die Plattform für Sofort-Angebote von Xometry für die Beschaffung ihrer hochfesten 3D-Druck-Teile.

Fazit

Die widerstandsfähigsten Materialien für den 3D-Druck lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen: Kunststoffe, die mit FDM, SLS, SLA, Carbon DLS,MJF und kompatibel sind, und Metalle (DMLS). Für diese Verfahren und Materialien bietet Xometry Europe schnelle, zuverlässige und hochpräzise Online-3D-Druck-Dienste an.

Mit Hilfe unserer Plattform für Sofort-Angebote und unserem Netzwerk aus mehr als 2.000 Fertigungspartnern können wir einen reibungslosen Produktionsablauf sicherstellen, vom ersten Angebot bis hin zu Lieferung der Teile.