Arten von Nylon, die im FDM-3D-Druck verwendet werden

Nylon, auch bekannt als Polyamid (PA), ist eine Familie thermoplastischer Polymere, die im FDM-3D-Druck wegen ihrer Festigkeit, Flexibilität und Verschleißfestigkeit geschätzt werden. Trotz ihrer attraktiven mechanischen Eigenschaften gehören Nylon-Filamente zu den schwierigsten Materialien zum Drucken, da sie hohe Drucktemperaturen, eine Neigung zum Verzug und eine starke Affinität zu Feuchtigkeit aufweisen. Für das FDM-Drucken sind mehrere Nylon-Typen formuliert, jeder mit eigenen Eigenschaften, die Druckqualität, mechanische Leistung und Benutzerfreundlichkeit beeinflussen.

PA6 (Nylon 6)

PA6 ist eines der am häufigsten verwendeten Nylons im FDM-Druck. Es ist ein zähes Material mit hoher Zugfestigkeit und ausgezeichnetem Schlagzähigkeit und eignet sich daher für funktionale Teile und mechanische Komponenten. PA6 nimmt jedoch schnell Feuchtigkeit aus der Luft auf, was zu Blasenbildung und schlechter Schichthaftung führen kann, wenn es nicht richtig getrocknet wird. Zudem neigt es stark zum Verzug, es sei denn, es wird mit beheizter Platte und geschlossener Kammer gedruckt. Typische Extrusionstemperaturen liegen zwischen 250 °C und 270 °C. Nach dem Tempern gewinnen PA6-Teile durch erhöhte Kristallisation an dimensionsstabilität und Hitzebeständigkeit.

PA66 (Nylon 66)

PA66 ist in der Zusammensetzung PA6 ähnlich, hat jedoch einen etwas höheren Schmelzpunkt von etwa 260 °C. Dadurch bietet es höhere Steifigkeit, Verschleißfestigkeit und Hitzebeständigkeit im Vergleich zu PA6. Es zeigt unter Belastung geringe Kriecheigenschaften und eignet sich gut für präzise mechanische Teile. Wie PA6 ist PA66 stark hygroskopisch und neigt beim Drucken zum Verzug, daher erfordert es trockene Filamentlagerung, eine beheizte Druckplatte (etwa 80 °C–100 °C) und eine Umhausung. Das Material härtet nach dem Tempern erheblich aus. Wenn es danach jedoch Feuchtigkeit ausgesetzt wird, wird es duktiler und schlagzähiger.

PA12 (Nylon 12)

PA12 ist ein häufiges, im technischen Bereich eingesetztes Filament, das sich von PA6 und PA66 durch längere Molekülketten und geringere Feuchtigkeitsaufnahme unterscheidet. Das macht es dimensionsstabiler und leichter zu drucken mit weniger Verzugproblemen. Seine typische Extrusionstemperatur liegt zwischen 240 °C und 260 °C. PA12 bietet hohe Schlagzähigkeit, sehr gute Chemikalienbeständigkeit und größere Flexibilität als andere Nylons. Die geringere Wasseraufnahme bedeutet auch, dass es in feuchteren Umgebungen länger seine Maßhaltigkeit behält. PA12 ist hitzebeständig bis etwa 180 °C und spricht gut auf Tempern an, um die Kristallisation und Zähigkeit weiter zu verbessern.

PA612 (Nylon 612)

PA612 kombiniert Eigenschaften von PA6 und PA12. Es bietet eine geringere Feuchtigkeitsaufnahme als PA6, behält dabei aber eine höhere Steifigkeit als PA12. Das Ergebnis ist ein Material, das sich gut für Anwendungen eignet, die ausgewogene mechanische Festigkeit und Stabilität erfordern. Es ist einfacher zu drucken als PA6 oder PA66 und weniger anfällig für Verzug. PA612-Teile haben glatte Oberflächen und sind weniger spröde, wodurch sie vielseitig für sowohl ästhetische als auch funktionale Komponenten einsetzbar sind. Die Hitzebeständigkeit ist moderat, in der Regel unter der von PA66, aber über der von PA12.

Andere Nylonmischungen und Verbundwerkstoffe

Einige Nylonformulierungen mischen mehrere Polyamidtypen oder enthalten Zusatzstoffe, um spezifische Ziele zu erreichen. Faserverstärkte Nylons sind besonders beliebt: Kohlefaser- und Glasfaserverstärkungen erhöhen Steifigkeit, Festigkeit und dimensionsstabilität und verringern Schrumpfung und Verzug. Diese Zusatzstoffe verbessern auch die Oberflächenqualität, indem sie thermische Verformung während des Drucks begrenzen. Allerdings sind fasergefüllte Filamente abrasiver und erfordern daher gehärtete Düsen.

Druckbarkeit-Herausforderungen

Erfolgreiches Drucken von Nylon erfordert hohe Extrusionstemperaturen (typischerweise 240 °C–280 °C), eine beheizte Druckplatte und kontrollierte Umgebungstemperaturen (sofern nicht mit Polymaker-Nylons gedruckt wird). Die natürliche Hygroskopizität von Nylon führt zu Feuchtigkeitsaufnahme, die während der Extrusion Dampfblasen erzeugen kann und zu Oberflächenausrissen und schwacher Schichthaftung führt. Filament sollte stets trocken gehalten werden, idealerweise in einem luftdichten Behälter oder einem Filamenttrockner. Verzug ist eine weitere große Schwierigkeit, da Nylon beim Abkühlen stark schrumpft.

Um Verzug zu begegnen, hat Polymaker die Warp Free Technology entwickelt, die die Materialformulierung optimiert, um innere Spannungen während des Abkühlens zu reduzieren. Dadurch können größere Nylonteile auf offenen Druckern mit reduziertem Risiko von Aufrollen oder Schichttrennung gedruckt werden.

Auswirkungen von Tempern und Feuchtigkeit

Das Tempern von Nylonteilen fördert deren Kristallisation und erhöht strukturelle Festigkeit, Steifigkeit und Hitzebeständigkeit. Vollständig kristallisierte Teile verhalten sich unter Belastung und bei erhöhten Temperaturen besser. Mit der Zeit jedoch, wenn Teile Feuchtigkeit aufnehmen, werden die Polymerketten beweglicher, was zu höherer Duktilität und Schlagzähigkeit, aber geringerer Steifigkeit führt. Dieser Kompromiss macht Nylonanwendungen anpassungsfähig für Teile, die Zähigkeit und leichte Flexibilität erfordern.

Zusammenfassung

Jeder Nylontyp bietet ein anderes Gleichgewicht zwischen Druckfreundlichkeit, mechanischer Leistung und Umweltstabilität. PA6 und PA66 liefern hohe Steifigkeit und Hitzeleistung auf Kosten eines anspruchsvolleren Druckverhaltens, während PA12 und PA612 verträglicher und feuchtigkeitsresistenter sind. Verstärkte Nylons gehen darüber hinaus auf Verzug und mechanische Grenzen ein. Mit richtiger Trocknung, Temperatursteuerung und der Verwendung fortschrittlicher Formulierungen wie Warp Free Technology bleibt Nylon eines der leistungsfähigsten Materialien zur Herstellung langlebiger, funktionaler Teile im FDM-3D-Druck.