3D Druck mit Biokunststoff

PLA hat sich in den vergangenen Jahren zu einem bedeutenden Rohstoff für den 3D Druck im Schmelzschichtverfahren entwickelt. 

Der 3D Druck erlebt aktuell einen regelrechten Boom. Von der neuen Technik wird erwartet, dass sie die Flexibilität in globalen Geschäftsbeziehungen erhöht, die Entwicklung von Prototypen vereinfacht und die Möglichkeit bietet, Produkte zu Hause selbst herzustellen. Das derzeit am häufigsten genutzte Verfahren ist der FDM-Druck (Fused Deposition Modelling), auch Schmelzschichtverfahren genannt.

3D Druck im Schmelzschichtverfahren

Bei diesem Verfahren wird thermoplastischer Kunststoff erhitzt und Schicht für Schicht aufgetragen bis ein Gegenstand entsteht. Der dazu benötigte Kunststoff (Filament) wird dazu in Drahtform auf einer nachladbaren Spule in einen Druckkopf eingezogen, verflüssigt und durch die Düse punktgenau aufgetragen. Dabei verbinden sich die einzelnen Schichten und verfestigen beim Auskühlen. Das Schmelzschichtverfahren ist relativ günstig und kann technisch mittels Software und Motoren leicht umgesetzt werden. Die marktdominierenden Filamente sind derzeit der Biokunststoff Polylactidacid (PLA) sowie Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS). Weitere gebräuchliche Filamente sind Polystyrol, Polyvinylalkohol, Polyamid und Gemische aus Kunststoff mit Holzpartikeln oder Mineralien.

Polymilchsäure - Poly Lactid Acid (PLA)

Je nach Einsatzbereich ergeben sich sowohl für PLA als auch für ABS Vorteile hinsichtlich Temperatur und Einsatzbereich. Der Biokunststoff PLA wird aus Monomeren der Milchsäure hergestellt und ist sowohl biologisch abbaubar als auch gesundheitlich unbedenklich. ABS hingegen wird aus fossilen Rohstoffen hergestellt. Dennoch sind es vor allem die unterschiedlichen technischen Eigenschaften, welche für eine Verwendung als Filament sprechen. PLA ist relativ hart, leicht, schwer entflammbar und gut UV-beständig. Seine Oberfläche ist damit im Vergleich zu ABS härter und unempfindlicher. Nach dem Druck kann die Oberfläche gut geschmirgelt und mit Farben und Lacken beschichtet werden. Seine Schmelztemperatur liegt bei etwa 160 – 190 °C, während ABS erst bei etwa 210 – 240 °C schmilzt. Die geringere Hitzebeständigkeit ist sowohl  Nachteil als auch Vorteil. Der Ausdruck wird durch Erhitzen zwar leichter Formbar, verliert aber auch schneller an mechanischer Stabilität. Im Allgemeinen ist PLA ein zuverlässiges gut druckbares Filament, das am Markt in großer Auswahl zur Verfügung steht. PLA zeigt zudem keinen „Warp-Effekt“. Das sind Spannungen während dem Abkühlen, die das Material verziehen lassen. Aufgrund dieser Eigenschaften ist PLA gerade für den Anfänger eine gute Ausgangsbasis. ABS hingegen ist eher weich und elastisch und kann relativ einfach mechanisch nachbearbeitet werden. Ausgehend von den Eigenschaften sprechen Entflammbarkeit und Toxizität für die Verwendung von Biokunststoff in niedrigeren Temperaturbereichen und für Produkte, welche im Innenbereich verwendet werden. Weitere Vorteile sind der angenehme Geruch während des Drucks, große Detailschärfe und eine hohe Druckgeschwindigkeit. Aktuell liegt der Preis für ein Kilo Standard-Filament in verschiedenen Farben bei etwa 30 Euro (Stand 02.12.2015) für beide Filamente.

Nachwachsender Rohstoff Polymilchsäure

PLA wird über biotechnologische Verfahren aus zucker- und stärkehaltigen Pflanzen hergestellt. Diese Pflanzen werden ausschließlich für die stoffliche Nutzung angebaut und auch für die Produktion von beispielsweise Lösungsmitteln, Papier, Baustoffen und vielem mehr eingesetzt. Da PLA ein thermoplastischer Kunststoff ist, können die Abfälle mittels eines sogenannten Filamentmakers eingeschmolzen und recycelt werden. Neben den technischen Vorteilen, ist die Verwendung von Biokunststoff aufgrund seiner Herkunft und der biologischen Abbaubarkeit zudem eine umweltfreundliche Alternative zu konventionellen Kunststoffen. Trotzdem sollte der Nutzer mit diesem wertvollem Material sorgsam umgehen und es entweder recyceln oder einer industriellen Kompostierung zuführen. 

Veröffentlicht am 19.01.2016