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Der 3D-Druck ist ein vielseitig einsetzbares Fertigungsverfahren, das sowohl zur Herstellung von Prototypen als auch zur Produktion von langlebigen Funktionsteilen eingesetzt werden kann. Für einige Anwendungen müssen die gedruckten Teile jedoch extrem langlebig und widerstandsfähig sein. Diese Eigenschaft hängt vor allem vom Design und den verwendeten 3D-Druckmaterialien ab. Werfen wir einen Blick auf die stärksten Materialien, die bei Xometry für den 3D-Druck zur Verfügung stehen.
Wodurch sich widerstandsfähige 3D-Druckmaterialien auszeichnen
Widerstandsfähige Materialien bzw. die daraus gefertigten Teile besitzen eine hohe Zug-, Druck- oder Scherfestigkeit. Sie sind in der Lage hohen Belastungen standzuhalten und verformen sich selbst unter schweren Lasten nicht. Widerstandsfähige Materialien können außerdem eine gute Stoßfestigkeit, Chemikalienbeständigkeit und Witterungsbeständigkeit aufweisen. Die Belastbarkeit der gedruckter Teile hängt außerdem von weiteren Faktoren, wie dem Design, der Nachbearbeitung und den Druckeinstellungen ab.
Die stärksten 3D-Druckmaterialien, die bei Xometry erhältlich 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 widerstandsfähigsten Materialien für den 3D-Druck
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 |
Probieren Sie die Xometry Plattform für Sofortangebote für die Beschaffung ihrer hochfesten 3D-Druck-Teile aus.
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 Sofortangebote und unserem Netzwerk aus mehr als 2.000 Fertigungspartnern können wir einen reibungslosen Produktionsablauf sicherstellen, vom ersten Angebot bis hin zu Lieferung der Teile.
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