Technische Datenblätter
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Wie man ein Material-SDS und ein TDS für FFF-3D-Druck interpretiert
Bei der Auswahl eines Filaments für den FFF-3D-Druck stoßen Hersteller häufig auf zwei wichtige Dokumente: Sicherheitsdatenblatt (SDS) und dem Technischen Datenblatt (TDS). Während sich das SDS auf sicheren Umgang, Lagerung und Gefahren konzentriert, stellt das TDS die mechanischen, thermischen und Verarbeitungskennwerte des Materials dar. Zu wissen, wie man diese Werte liest, ermöglicht den Vergleich von Materialien und die Optimierung der Einstellungen für Ihre Anwendung.
Nachfolgend finden Sie eine Anleitung zum Verständnis der Werte und Diagramme, die häufig in einem TDS zu finden sind, wobei das Polymaker HT-PLA V1.1 als Beispiel dient.
Thermische Eigenschaften
FFF-Materialien geben eine Reihe temperaturbezogener Messwerte an, die beschreiben, wie sich der Kunststoff bei Hitze verhält.
Glasübergangstemperatur (Tg): Tg ist die Temperatur, bei der der Polymer von einem starren, glasähnlichen Zustand in einen weicheren, gummiartigen Zustand übergeht. Bei HT-PLA liegt Tg bei etwa 59,8 °C.
Schmelztemperatur (Tm): Die Temperatur, bei der die kristallinen Bereiche des Materials schmelzen. Hier liegt der Schmelzpunkt von HT-PLA bei etwa 177 °C. Dies zu wissen stellt sicher, dass Sie eine Extrusionstemperatur wählen, die deutlich über diesem Wert liegt, um einen gleichmäßigen Fluss zu erzielen. Amorphe Polymere haben keine definierte Schmelztemperatur.
Kristallisationstemperatur (Tc): Die Temperatur, bei der sich amorphe Bereiche des Polymers beim Abkühlen in stärker geordnete, kristalline Strukturen umorganisieren. Für HT-PLA liegt Tc bei etwa 77 °C. Starke Kristallisation erhöht die Steifigkeit und Wärmebeständigkeit nach dem Drucken.
Zersetzungstemperatur (Td): Dies ist der Punkt, an dem das Material beginnt, chemisch zu zerfallen. Bei HT-PLA tritt die Zersetzung bei etwa 336 °C auf. Die Überschreitung dieser Temperatur birgt das Risiko von Verbrennung oder der Freisetzung von Dämpfen.
Vicat-Erweichungstemperatur (Vicat): Die Temperatur, bei der sich ein Material unter einer definierten Belastung zu verformen beginnt. HT-PLA zeigt Werte über 100 °C, wenn es nachbehandelt (annealed) wurde. Dies hilft dabei, den Arbeitsbereich vor dem Einsetzen von Durchhang anzugeben.
Wärmeformbeständigkeit (HDT): Die HDT misst, wann sich ein Material unter Belastung bei einer bestimmten Temperatur verformt. Die HDT von HT-PLA beträgt gedruckt etwa 58 °C, steigt jedoch beim Nachglühen auf über 150 °C. Dies ist ein entscheidender Maßstab für die thermische Stabilität von Teilen, die in heißen Umgebungen eingesetzt werden.
Interpretation einer HDT-Kurve
Eine HDT-Kurve stellt die Durchbiegung eines Materials unter Last dar, während die Temperatur ansteigt. Flache Abschnitte zeigen eine gute Beständigkeit gegen Erweichung an, während steile Abfälle den Übergangspunkt markieren, an dem plastische Verformung auftritt. Für HT-PLA zeigt die Kurve, warum das Nachglühen die Hochtemperatureigenschaften dramatisch verbessert und den Erweichungspunkt um bis zu 50 °C verschiebt.
Mechanische Eigenschaften
Das Verständnis von Zug-, Biege- und Schlagprüfungen ist entscheidend, da diese zeigen, wie stark, steif und zäh ein Filament ist.
Zugfestigkeit: Die maximale Spannung, die ein Material beim Ziehen aushält, bevor es bricht. HT-PLA zeigt etwa 43 MPa in XY-Richtung, aber nur etwa 20 MPa in Z, was die übliche Schwäche der Schichtbindung bei FFF-Teilen zeigt.
E-Modul (Youngscher Modul): Ein Maß für die Steifigkeit unter Zug. Die Werte werden in Megapascal angegeben. HT-PLA hat etwa 3000 MPa, was darauf hinweist, dass es im Vergleich zu flexiblen Materialien wie TPU relativ steif ist. Ein höherer Modul bedeutet weniger Dehnung unter Belastung.
Bruchdehnung: Die Dehnung (prozentuale Verlängerung), die das Material vor dem Bruch aushalten kann. HT-PLA dehnt sich vor dem Bruch unter 3 Prozent, was es im Vergleich zu Nylons oder TPU zu einem steifen und spröden Material macht.
Biegefestigkeit (Flexuralfestigkeit): Die Spannung, die das Material beim Biegen aushält, bevor es bricht. Für HT-PLA liegen die Werte in der Ebene bei etwa 66–74 MPa und spiegeln eine gute Steifigkeit wider.
Biegemodul (Flexuralmodul): Ähnlich dem E-Modul, jedoch gemessen unter Biegebeanspruchung statt Zug. Dies hilft, die Steifigkeit von Balken und tragenden Teilen vorherzusagen.
Kerbfähigkeits-Schlagzähigkeit (Notched Charpy): Misst, wie viel Energie die Probe bei einem plötzlichen Schlag absorbieren kann. HT-PLA zeigt Werte von etwa 4–5 kJ/m², was im Vergleich zu schlagverbesserten Typen wie ABS- oder PC- Mischungen moderat ist. Dieser Test macht Sprödigkeit oder Zähigkeit deutlich.
Druck- und Verarbeitungsdaten
Ein TDS enthält typischerweise empfohlene Druckbedingungen:
Düsentemperatur: 210–230 °C für HT-PLA
Druckbett-Temperatur: 25–60 °C
Trocknungsanforderung: 60 °C für 6 Stunden, wenn Feuchtigkeit aufgenommen wurde
Druckgeschwindigkeit: bis zu 300 mm/s
Nachglühen (Annealing): 30 Minuten bei 80–90 °C erhöhen die Kristallinität und verbessern die HDT
Diese Hinweise sind entscheidend, um die angegebenen Eigenschaften zu erreichen. Ein Material, das außerhalb dieser Parameter gedruckt wird, kann deutlich reduzierte Festigkeit und Stabilität aufweisen.
SDS und Chemikalienbeständigkeit
Das SDS erweitert Informationen zu chemischer Sicherheit, Lagerung, Entsorgung und Handhabungsrisiken. Tabellen enthalten oft die Beständigkeit des Materials gegenüber Säuren, Laugen oder Ölen. Zum Beispiel listet HT-PLA:
Gute Beständigkeit gegen Öle und Fette
Schlechte Beständigkeit gegen starke Säuren
Mäßige bis schlechte Beständigkeit gegen Laugen
Dies hilft bei der Bestimmung der Eignung für Umgebungen, in denen chemische Exposition ein Thema ist.
Verwendung von TDS und SDS zusammen
Verwenden Sie das TDS bei der Entscheidung, ob die mechanischen und thermischen Eigenschaften des Materials den Anforderungen Ihres Teils entsprechen.
Verwenden Sie das SDS bei der Festlegung, wie das Filament sicher verwendet, gehandhabt und gelagert werden soll.
Wenn Sie lernen, die in beiden Dokumenten berichteten technischen Kennwerte zu interpretieren, können Sie das Verhalten eines Filaments besser an Ihre Anwendung anpassen, Materialien klüger auswählen und vorhersagen, wie 3D-gedruckte Teile im Einsatz performen werden.
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