Technische Datenblätter
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Wie man ein Material-SDS und TDS für FFF-3D-Druck interpretiert
Bei der Auswahl eines Filaments für den FFF-3D-Druck stoßen Anwender häufig auf zwei wichtige Dokumente: das Sicherheitsdatenblatt (SDS) und das Technische Datenblatt (TDS). Während das SDS sich auf sicheren Umgang, Lagerung und Gefahren konzentriert, stellt das TDS die mechanischen, thermischen und verarbeitungstechnischen Eigenschaften des Materials dar. Zu wissen, wie man diese Werte liest, ermöglicht es Ihnen, Materialien zu vergleichen und Einstellungen für Ihre Anwendung zu optimieren.
Nachfolgend finden Sie eine Anleitung zum Verständnis der Werte und Diagramme, die häufig in einem TDS zu finden sind, bezogen auf das Polymaker HT-PLA V1.1 als Beispiel.
Thermische Eigenschaften
FFF-Materialien listen eine Reihe von temperaturbezogenen Messungen auf, die beschreiben, wie sich das Kunststoff unter Hitze verhält.
Glasübergangstemperatur (Tg): Tg ist die Temperatur, bei der das Polymer von einem starren, glasähnlichen Zustand in einen weicheren, gummiartigen Zustand übergeht. Bei HT-PLA wird Tg mit etwa 59,8 °C angegeben.
Schmelztemperatur (Tm): Die Temperatur, bei der die kristallinen Bereiche des Materials schmelzen. Hier hat HT-PLA einen Schmelzpunkt von etwa 177 °C. Das Wissen darüber stellt sicher, dass Sie eine Extrusionstemperatur deutlich über diesem Wert wählen, um einen gleichmäßigen Fluss zu erreichen. Amorphe Polymere haben keine definierte Schmelztemperatur.
Kristallisationstemperatur (Tc): Die Temperatur, bei der amorphe Bereiche des Polymers beim Abkühlen in geordnetere, kristalline Strukturen umorganisieren. Für HT-PLA liegt Tc bei etwa 77 °C. Starke Kristallisation erhöht die Steifigkeit und die Hitzebeständigkeit nach dem Drucken.
Zersetzungstemperatur (Td): Dies ist der Punkt, an dem das Material beginnt, chemisch auseinanderzufallen. Bei HT-PLA tritt die Zersetzung bei etwa 336 °C auf. Das Überschreiten dieser Temperatur birgt das Risiko von Verbrennung oder Dampfentwicklung.
Vicat-Erweichungstemperatur (Vicat): Die Temperatur, bei der sich ein Material unter einer festgelegten Last zu verformen beginnt. HT-PLA zeigt nach dem Nachglühen Werte über 100 °C. Dies hilft, den Arbeitsbereich vor dem Einsetzen von Durchhängen anzuzeigen.
Wärmeverformungstemperatur (HDT): Die HDT misst, wann ein Material bei gegebener Last und Temperatur durchbiegend verformt. Die HDT von HT-PLA liegt als gedrucktes Material bei etwa 58 °C, steigt jedoch beim Nachglühen auf über 150 °C. Dies ist ein wichtiges Maß für die thermische Stabilität von Teilen, die in heißen Umgebungen eingesetzt werden.
Interpretation einer HDT-Kurve
Eine HDT-Kurve zeichnet die Durchbiegung eines Materials unter Last bei steigender Temperatur auf. Flache Bereiche zeigen gute Beständigkeit gegen Erweichung, während steile Abfälle den Übergangspunkt anzeigen, an dem plastische Verformung auftritt. Bei HT-PLA zeigt die Kurve, warum 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 Zug aushalten kann, bevor es bricht. HT-PLA zeigt etwa 43 MPa in XY-Richtung, aber nur etwa 20 MPa in Z, was die schwache Schichthaftung bei FFF-Teilen verdeutlicht.
E-Modul (Youngscher Modul): Ein Maß für die Steifigkeit unter Zug. Die Werte werden in Megapascal angegeben. HT-PLA hat etwa 3000 MPa, was anzeigt, dass es im Vergleich zu flexiblen Materialien wie TPU relativ steif ist. Ein höherer Modul bedeutet weniger Dehnung unter Last.
Bruchdehnung: Die Dehnung (prozentuale Streckung), die das Material vor dem Bruch aushalten kann. HT-PLA dehnt sich vor dem Bruch unter 3 Prozent, wodurch es im Vergleich zu Nylons oder TPU ein steifes und sprödes Material ist.
Biegefestigkeit (Flexuralfestigkeit): Die Spannung, die das Material vor dem Bruch beim Biegen aushalten kann. Bei HT-PLA liegen die Werte in der Ebene bei etwa 66–74 MPa, was auf gute Steifigkeit hinweist.
Biegemodul (Flexuralmodul): Ähnlich dem Youngschen Modul, jedoch unter Biegebeanspruchung statt Zug gemessen. Dies hilft, die Steifigkeit von Balken und tragenden Teilen vorherzusagen.
Kerbschlagzähigkeit nach Charpy: Misst, wie viel Energie die Probe bei einem plötzlichen Schlag aufnehmen kann. HT-PLA zeigt Werte um 4–5 kJ/m², was im Vergleich zu schlagzähmodifizierten Typen wie ABS- oder PC-Mischungen moderat ist. Dieser Test hebt Sprödigkeit oder Zähigkeit hervor.
Druck- und Verarbeitungsdaten
Ein TDS enthält typischerweise empfohlene Druckbedingungen:
Düsentemperatur: 210–230 °C für HT-PLA
Betttemperatur: 25–60 °C
Trocknungsanforderung: 60 °C für 6 Stunden, falls Feuchtigkeit aufgenommen wurde
Druckgeschwindigkeit: bis zu 300 mm/s
Nachbehandlung (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 zeigen.
SDS und chemische Beständigkeit
Das SDS geht näher auf chemische Sicherheit, Lagerung, Entsorgung und Handhabungsgefahren ein. 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 gegenüber starken Säuren
Mäßige bis schlechte Beständigkeit gegenüber Laugen
Dies hilft bei der Bestimmung der Eignung für Umgebungen, in denen chemische Exposition von Bedeutung ist.
Kombinierte Verwendung von TDS und SDS
Verwenden Sie das TDS wenn Sie entscheiden, ob die mechanischen und thermischen Eigenschaften des Materials den Anforderungen Ihres Teils entsprechen.
Verwenden Sie das SDS bei der Bestimmung, wie das Filament sicher verwendet, gehandhabt und gelagert werden soll.
Wenn Sie lernen, die in beiden Dokumenten angegebenen technischen Daten zu interpretieren, können Sie das Verhalten eines Filaments auf Ihre Anwendung abstimmen, Materialien intelligenter auswählen und vorhersagen, wie 3D-gedruckte Teile im Einsatz funktionieren werden.
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