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3D-Drucker: Filamente

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Günstige FDM-Drucker schmelzen Kunststoff von Filament-Rollen und schichten ihn zu Modellen auf. TechStage zeigt die unterschiedlichen Materialien und gibt Tipps für Anfänger.

Dieser Artikel erscheint in unserer Themenwelt 3D-Drucker. Hier zeigen wir neben Einzeltests auch eine Top 10 der besten 3D-Drucker für Filament und Resin im Vergleich oder, wo es kostenlose Vorlagen für den 3D-Drucker gibt. Wer dreidimensional drucken will, braucht geeignetes Druckmaterial. In diesem Ratgeber zeigen wir, welche Verbrauchsmaterialien es für FDM-Drucker gibt und wie sich die verschiedenen Arten unterscheiden. Dabei konzentrieren wir uns auf die am häufigsten verwendeten Filament-Arten. Wer auf der Suche nach besonderen Sorten ist, sollte sich alternativ den Ratgeber Stein, Metall, leitend: Exotische Filamente für 3D-Drucker ansehen.

Die ersten 3D-Drucker haben Filament aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) verarbeitet. Das Material ist stabil, aber nicht einfach zu drucken: Ohne beheiztes Druckbett und einem geschlossenen Bauraum ist die Verarbeitung praktisch unmöglich. Das treibt die Kosten für den Drucker nach oben und hebt die Einstiegshürde. Später begann das deutlich unkomplizierter zu druckende Polylactide (PLA) seinen Siegeszug, das aber weit bruchempfindlicher ist. Inzwischen bietet der Markt etliche verschiedene Materialien mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen in den Standard-Durchmessern 1,75 mm und 2,85 mm. Die günstigen Drucker verarbeiten größtenteils die kleinere Variante.

Damit nicht genug: Selbst Filamente verschiedener Hersteller unterscheiden sich – trotz gleicher Bezeichnung. Sogar Filamente eines Herstellers weisen in verschiedenen Farben teils leicht abweichende Eigenschaften auf. Für den perfekten Druck ist es deshalb immer notwendig, sich an das Optimum in Sachen Einstellungen heranzutasten.

Wer Filament lagert, sollte die Spule bei Nichtbenutzung möglichst kühl, dunkel und vor allem trocken lagern. In der Praxis hat sich die Lagerung in luftdichten Zip-Tüten und dem Einsatz von Trockengranulat als zuverlässig herausgestellt, denn manche der Kunststoffe ziehen im Laufe der Zeit Wasser und lassen sich dann nicht mehr gut verarbeiten. Mehr dazu im Ratgeber 3D-Drucker: Filament richtig aufbewahren, lagern und trocknen.

Wer gerade am Anfang seiner 3D-Druckerfahrungen steht und einfach nur ein vernünftiges Filament zum guten Preis sucht, findet die Tipps dazu im Abschnitt "Für Anfänger". In unserem Artikel Top 10: Die besten 3D-Drucker für Filament und Resin im Vergleich zeigen wir, welche Geräte in den Einzeltests am meisten überzeugt haben.

Die Eckdaten für die Druck-Settings finden sich in unserer Übersicht der vorgestellten Materialien:

MaterialPLAABSPETGTPU (Flex)Holz
Drucktemperatur160-220 °C210-250 °C210-250 °C190-245 °C175-250 °C
beheiztes Druckbettnicht nötig80-110 °C0-75 °C0-60 °Cnicht nötig
Kühlung erforderlichjaneinempfohlenempfohlenempfohlen
Stabilität**********
Hitzebeständigkeit*********
Giftstoffenicht lebensmittelechtgiftige Ausdünstung beim Drucklebensmittelechtnicht lebensmittelechtnicht lebensmittelecht

Polylactide (PLA), auch Polymilchsäure genannt, ist eines der am meisten verbreiteten Materialien für 3D-Drucker. Das liegt vor allem an der verhältnismäßig unkomplizierten Verarbeitung und am günstigen Preis. Zudem kann jeder FDM-Drucker damit umgehen, da es kein beheiztes Druckbett benötigt. Beispiele für günstige Modelle sind die kürzlich getesteten Drucker Da Vinci Mini w+ (Testbericht) und Duplicator i3 Mini (Testbericht).

Das biologisch abbaubare Thermoplast wird aus erneuerbaren Ressourcen wie Zuckerrohr, Maisstärke oder Kartoffelstärke und nicht aus Erdöl hergestellt. PLA findet auch Anwendung im medizinischen Bereich: Implantate beispielsweise lösen sich innerhalb von wenigen Jahren auf und werden im Körper in ungefährliche Milchsäure umgewandelt. Das gilt allerdings nur für reines PLA Filament. Bunte Filamente für 3D-Drucker sind mit verschiedenen Farb- und Zusatzstoffen versetzt; deren genaue chemische Zusammensetzung ist meist ein Geheimnis der Hersteller. So eignet sich PLA nicht für den Druck von Bechern, Brotboxen oder ähnlichen Gegenständen, die mit Lebensmitteln in Kontakt kommen sollen.

Drucke aus PLA sind robust, aber spröde. Die Schmelztemperatur liegt mit 160 bis 220 Grad Celsius verhältnismäßig niedrig. Der Druck klappt auch auf ungeheiztem Untergrund, wer jedoch ein beheizbares Druckbett verwenden möchte, sollte dessen Temperatur auf 50 bis 60 Grad Celsius einstellen. Da das Material nur langsam abkühlt, sollte während des Druckes ein Lüfter laufen. Dieser kühlt das Filament und sorgt so für ein besseres Druckergebnis. Während des Druckvorgangs entstehen zwar Gerüche, aber keine giftigen Ausdünstungen. Der Druck kann also auch ohne Abluft in Wohnräumen stattfinden.

Nachteile von 3D-Drucken aus dem Filament sind neben der bereits erwähnten Sprödigkeit eine schlechte Hitzebeständigkeit: Bei hohen Temperaturen von 45 bis 60 Grad weicht das normale PLA auf.

Zur Nachbearbeitung empfiehlt sich der Einsatz von Schleifpapier oder Sprühspachtel. Zum Verkleben eignet sich unter anderem Sekundenkleber.

Mittlerweile gibt es eine ganze Reihe auf PLA-basierenden Sonderformen wie etwa PLA Plus, PLA Tec, Impact PLA, HD PLA, Biofusion, PLActive oder Polymax. Sie versprechen einen unproblematischen Druckvorgang und spezielle Eigenschaften wie hohe Temperaturbeständigkeit, hohe Festigkeit oder gar antibakterielle Oberflächen.

Neben einfarbigen Rollen sind auch Sonderformen aus PLA erhältlich. So gibt es beispielsweise halbtransparente, glitzernde oder nachleuchtende Filamente. Es gibt auch Varianten mit Farbwechsel-Eigenschaften bei Wärmeeinwirkung oder UV-Strahlung. Die speziellen Varianten haben allerdings nicht nur Vorteile. Bei der Verarbeitung von nachleuchtendem Filament ist insbesondere die Abnutzung der Nozzle deutlich höher als bei normalem PLA.

Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) gehört neben PLA zu den am weitesten verbreiteten Filamenten. Es ist langlebig und günstig und verspricht eine hohe Qualität des Endprodukts. ABS Filament ist allerdings etwas anspruchsvoll in der Verarbeitung: Ein Heizbett und ein geschlossener Bauraum sind für den Druck empfohlen, da bereits ein Luftzug für Probleme beim Druckvorgang führen kann. Wer mit offenem Bauraum druckt, braucht eine hohe Raumtemperatur und absolute Windstille.

ABS ist ein auf Erdöl basierender Kunststoff und damit nicht biologisch abbaubar. Spielzeug wie Legosteine, aber auch Automobilkomponenten oder Rohrleitungen sowie Helme sind häufig aus diesem Material gefertigt.

Es ist sehr schlagfest, aber trotzdem etwas elastisch und zudem hitzebeständig bis circa 100 Grad Celsius. Die optimale Druck-Temperatur liegt zwischen 210 und 250 Grad Celsius. Zur Haftung ist ein beheiztes Druckbett mit einer Temperatur von 80 bis 110 Grad Celsius notwendig. Bis vor einigen Jahren verzichteten günstige Drucker auf dieses Feature. Mittlerweile sind aber auch günstigen Drucker, wie der Tronxy X5SA (Testbericht), damit ausgestattet.

ABS kühlt schnell ab. So ist die Nutzung eines geschlossenen Bauraums von Vorteil, damit neue Druckschichten auf noch warmes Filament gedruckt werden können. Da die meisten günstigen Drucker nur über ein offenes Gehäuse verfügen, ist dies schwierig. Ausnahmen sind etwa der Creality CR-200B (Testbericht) oder Qidi X-Plus (Testbericht) und X-Pro (Testbericht). Selbstgebaute Einhausungen für 3D-Drucker (Bauanleitung) sind ebenfalls eine gute und günstige Lösung für das Problem.

Eine aktive Kühlung per Lüfter ist nicht notwendig. Beim Druck des Kunststoffes entstehen giftige Dämpfe, weshalb der Raum, in dem gedruckt wird, unbedingt gut belüftet sein sollte. Wer viel mit dem Material druckt, sollte sich eine Absauganlage zulegen.

Um ABS nachzubearbeiten, bieten sich Schleifpapier oder die Bedampfung mit Aceton an. Aceton greift den Kunststoff an und weicht ihn auf. Das Ergebnis ist eine glatte Oberfläche; einzelne Druckschichten sind nicht mehr erkennbar. Mehr Informationen zur Bearbeitung mit Aceton gibt es hier. Zum Verkleben kommt entweder Sekundenkleber oder spezieller Kunststoffkleber, wie Uhu Plast Special, zum Einsatz.

Das Material steht in zahlreichen Farben zur Verfügung, darunter auch nachleuchtendes oder halbtransparentes ABS.

Das mit Glykol modifizierte Polyethylenterephthalat (PETG) ist ein noch relativ wenig verbreiteter Kunststoff im 3D-Druck. Das Material vereint nach Angaben der Hersteller die Vorteile von PLA und ABS. Konkret bedeutet das, dass es verhältnismäßig einfach zu drucken und trotzdem widerstandsfähig ist.

In seiner Grundform begegnet uns Polyethylenterephthalat (PET) täglich in der Form von Plastikflaschen für Getränke. Die Modifizierung mit Glykol sorgt dafür, dass das Material über bessere Verarbeitungseigenschaften für den 3D-Druck verfügt. Ein Vorteil gegenüber anderen Materialien ist die hohe Transparenz und Beständigkeit.

Das synthetisch hergestellte Filament ist schlagfester als ABS und hitzebeständig bis etwa 90 Grad Celsius. Der Druck erfolgt bei Temperaturen von 210 bis 250 Grad Celsius. Damit die einzelnen Drucklagen vernünftig aneinander haften, ist ein Heizbett mit einer Temperatur von 40 bis 75 Grad Celsius nötig. Eine aktive Kühlung ist empfehlenswert.

PETG neigt dazu, Fäden zu ziehen. Diese lassen sich abschleifen. Flächige Verklebungen gelingen mit Sekundenkleber. Ein großer Vorteil des Materials ist die Witterungsbeständigkeit und die Tatsache, dass das Filament kein Wasser zieht und lebensmittelecht ist. Wer Brotdosen oder Keksausstecher drucken will, sollte also zu PETG greifen.

Zusätzlich zu halbtransparenten Versionen stehen auch Filamente in Neonfarben oder Metalloptik zur Verfügung. Es ist möglich, nahezu transparent zu drucken. Dabei gilt, sich an die idealen Einstellungen heranzutasten und mit Druckgeschwindigkeit und Temperatur zu spielen. Das Ergebnis sind milchig bis nahezu transparente Gegenstände.

Ähnlich wie Gummi verhält sich thermoplastisches Polyurethan (TPU), ein Elastomer auf Basis von Urethan. Das Material bleibt nach dem Aushärten flexibel und eignet sich unter anderem für Stoßdämpfer und Schutzgehäuse.

Durch die hohe Elastizität ist das Drucken mit diesem Material allerdings derweil problematisch. In Druckern mit Bowdenzug-Zuführung klappt die Verarbeitung meist nur nach Hardware-Modifizierungen. Diese stehen für beliebte Drucker, wie den Ender 3 (Ratgeber), als kostenlose Druckvorlage zur Verfügung. Aktuelle Geräte, wie der Anycubic Vyper (Testbericht) können das Material ab Werk problemlos verarbeiten.

Wer das Material nur ausprobieren möchte, sollte sicherheitshalber nur eine kleine Menge zum Testen bestellen und sich im Vorhinein erkundigen, ob sein Drucker mit Flex-Filament zurechtkommt.

Vorteile von TPU sind eine hohe Resistenz gegen Chemikalien, eine hohe Abriebfestigkeit und die geringe Geruchsentwicklung. Das Material ist ungiftig, allergiker- und hautfreundlich. Außerdem ist es UV-beständig und verfügt über eine hohe Witterungsbeständigkeit.

Die Druck-Temperatur variiert je nach Hersteller zwischen 190 und 245 Grad Celsius. Die Verwendung eines beheizten Druckbettes mit 60 bis 90 Grad Celsius ist zwar ratsam, allerdings klappt der Druck auch ganz ohne Heizbett. Der Einsatz eines Lüfters zur Kühlung des Druckes ist sinnvoll und empfehlenswert.

Die Auswahl an Farben ist groß, allerdings wirken diese zum Teil etwas blass. Milchig-transparentes TPU wird ebenfalls angeboten.

Drucke aus Holz-Filament haben einen ganz speziellen Charme. Nicht nur, dass die fertigen Objekte wirklich wie aus Holz aussehen und sich so bearbeiten lassen, auch der Holzduft während des Druckes hat seinen Reiz.

Das Filament besteht in den meisten Fällen aus einem Anteil an Echtholz-Partikeln und dem oben beschriebenen PLA. Die Druckeigenschaften sind deshalb ähnlich wie bei PLA.

Die Verarbeitung klappt mit den meisten Druckern, da kein beheiztes Druckbett benötigt wird. Die Extruder-Temperatur liegt zwischen 175 und 250 Grad Celsius. Farbige Unterschiede lassen sich durch Temperaturunterschiede erzeugen: Je wärmer der Druckkopf arbeitet, desto dunkler ist das fertige Ergebnis. So lässt sich sogar eine Holzmaserung darstellen.

Die Vorteile des Materials sind der natürliche Geruch, eine natürliche Haptik und eine einfache Nachbearbeitung. Druckergebnisse lassen sich einfach Schleifen, Kleben und Bohren. Die Nachteile sind eine geringe Stabilität, keine Resistenz gegen Chemikalien und die Tatsache, dass das Filament Wasser zieht. Der fertige Druck würde im Wasser aufquellen und seine Form verlieren.

Angeboten wird das Material in Brauntönen von Beige bis annähernd Schwarz. Auch Grüntöne sind mittlerweile verfügbar. Wer möchte, kann die fertigen Druckerzeugnisse mit handelsüblicher Holz-Beize veredeln.

Wer noch keine Erfahrungen mit seinem 3D-Drucker gesammelt hat, möchte erst einmal drucken, ohne dabei viel Geld zu verschwenden. Für erste Gehversuche sollte das Filament günstig und einfach zu verarbeiten sein, dennoch aber ordentliche Ergebnisse liefern. Hier bietet sich PLA an. Es ist zwar weniger widerstandsfähig als ABS oder PETG, dafür ist es deutlich einfacher zu handhaben. Im Zweifel hilft der Griff zu PLA-basierenden Sonderformen mit speziellen Eigenschaften.

Unsere Erfahrung zeigt, dass man beim Filament grundsätzlich nicht zu sparsam sein sollte. Billiges Filament ist zwar nicht automatisch schlecht, das Risiko von Problemen bei der Verarbeitung besteht aber.

Ein Beispiel für so einen Billig-Filament ist das Material der Firma Owl. Ein Kilo PLA des Herstellers kostet gerade einmal 10 bis 15 Euro. Die Konkurrenz verlangt mit 20 bis 40 Euro pro Kilo deutlich mehr. Das Hauptproblem bei Owl sind die extremen Qualitätsschwankungen. Diese machen sich beispielsweise beim Filament-Durchmesser bemerkbar. Ist dieser ungleichmäßig, kommt es zu Verstopfungen oder Überextrusion. Auch die Wicklung des Filaments kann problematisch sein. Ist das Material nicht ordentlich auf der Rolle aufgewickelt, leidet der Materialfluss. Im schlimmsten Fall bilden sich Knoten und das Material reißt. Abgebrochen Drucke und verärgerte Nutzer sind dann das Ergebnis. Ob man gutes oder schlechtes Material bekommt, ist erfahrungsgemäß Glückssache.

Wir empfehlen deshalb etwas mehr zu investieren und zu einer bewährten Marke zu greifen. Wir haben in den letzten Monaten gute Erfahrungen mit den Marken Eryone, Extrudr, Geeetech und 3DJake gemacht. Auch das verhältnismäßig günstige Amazon Basics-Filament ist empfehlenswert. Das bei Druckern beigepackte Filament ist nach unserer Erfahrung häufig von minderer Qualität.

Filamente unterscheiden sich durch ihre Farben, Druckeigenschaften und die Beständigkeit gegenüber mechanischen Kräften und Temperaturen. Welches Filament das am besten geeignetste ist, hängt vom Einsatzzweck ab.

Für Prototypen und Modellbau reicht meist die Verwendung von einfach zu verarbeitendem PLA. Wer über ein beheiztes Druckbett verfügt und gesteigerten Wert auf Haltbarkeit legt, sollte ABS einsetzen. Falls kein Heizbett verfügbar ist und das Druckergebnis trotzdem stabil und hitzebeständig sein soll, lohnt sich der Blick auf die PLA-Varianten PLA Plus, PLA Tec, Impact PLA, HD PLA, Biofusion, PLActive oder Polymax.

Wer halbtransparente Abdeckungen für Lampen oder wasserdichte Vasen drucken möchte, greift auf PETG zurück. Der Kunststoff ist auch für Gegenstände, die mit Nahrungsmitteln in Kontakt kommen, die erste Wahl.

Um einen Schutz seiner Actioncam zu fertigen oder vibrationsdämpfende Eigenschaften zu nutzen, kann man auf TPU oder verwandte Filamente zurückgreifen. Die Verarbeitung klappt aber nicht mit allen Druckern. Neben Modellen mit Direct-Extruder, wie dem Qidi X-Pro (Testbericht) ist hier unter anderem der aktuelle Testsieger Anycubic Vyper (Testbericht) geeignet.

Zum Druck von Dekorationsgegenständen lohnt sich ein Blick auf die Filamente mit Echtholz-Zusatz. Diese haben eine angenehme Haptik, sehen hervorragend aus und lassen sich einfach mit Holzbeize veredeln. Die Nachbearbeitung ist unproblematisch, die Stabilität allerdings nur mittelmäßig.

Für Sonderanwendungen stehen noch zahlreiche weitere Filament-Exoten (Ratgeber) zur Verfügung. Die Auswahl reicht von Nylon, über Stein-Filament bis hin zu in Wasser löslichen Materialien. Mehr Informationen zur Nachbearbeitung von Druckerzeugnissen gibt es im Ratgeber: 3D-Drucke glätten, lackieren & nachbearbeiten.

Wer nicht sicher ist, ob Filament überhaupt das geeignetste Druckmaterial ist, sollte den Ratgeber UV-Harz oder Kunststoff-Filament: 3D-Drucker im Vergleich lesen.

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