Technische Datenblätter
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Wie man ein Material-SDB und ein TDS für den FFF-3D-Druck interpretiert
Bei der Auswahl eines Filaments für den FFF-3D-Druck stoßen Maker oft auf zwei zentrale Dokumente: das Sicherheitsdatenblatt (SDS) und das Technische Datenblatt (TDS). Während das SDS sich auf sichere Handhabung, Lagerung und Gefahren konzentriert, präsentiert das TDS die mechanischen, thermischen und verarbeitungstechnischen Eigenschaften des Materials. Zu wissen, wie man diese Werte liest, ermöglicht es Ihnen, Materialien zu vergleichen und die Einstellungen für Ihre Anwendung zu optimieren.
Im Folgenden finden Sie einen Leitfaden zum Verständnis der Werte und Diagramme, die üblicherweise in einem TDS zu finden sind, anhand des Polymaker HT-PLA als Beispiel.
Thermische Eigenschaften
FFF-Materialien enthalten eine Reihe temperaturbezogener Messwerte, die beschreiben, wie sich der Kunststoff unter Hitze verhält.
Glasübergangstemperatur (Tg): Tg ist die Temperatur, bei der das Polymer von einem starren, glasartigen Zustand in einen weicheren, gummiähnlicheren 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 hat HT-PLA einen Schmelzpunkt von etwa 177 °C. Zu wissen, dass dieser Wert deutlich überschritten werden sollte, hilft dabei, eine Extrusionstemperatur für einen gleichmäßigen Fluss zu wählen. Amorphe Polymere haben keine definierte Schmelztemperatur.
Kristallisationstemperatur (Tc): Die Temperatur, bei der sich amorphe Bereiche des Polymers beim Abkühlen zu geordneteren, kristallinen Strukturen neu anordnen. Bei HT-PLA liegt Tc bei etwa 77 °C. Eine starke Kristallisation erhöht die Steifigkeit und die Wärmebeständigkeit nach dem Druck.
Zersetzungstemperatur (Td): Hier beginnt sich das Material chemisch zu zersetzen. Bei HT-PLA tritt die Zersetzung bei etwa 336 °C ein. Wird diese Temperatur überschritten, besteht die Gefahr des Verbrennens oder der Freisetzung von Dämpfen.
Vicat-Erweichungstemperatur (Vicat): Die Temperatur, bei der sich ein Material unter einer festgelegten Last zu verformen beginnt. Bei HT-PLA werden im geglühten Zustand Werte über 100 °C erreicht. Dies hilft, den Arbeitsbereich zu bestimmen, bevor das Durchhängen beginnt.
Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT): Die HDT misst, wann sich ein Material bei einer bestimmten Temperatur unter Last verformt. Die HDT von HT-PLA liegt im gedruckten Zustand bei etwa 58 °C, steigt jedoch beim Glühen auf über 150 °C. Dies ist ein wichtiger Maßstab für die thermische Stabilität von Teilen, die in heißen Umgebungen eingesetzt werden.
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, der ein Material beim Ziehen vor dem Bruch standhalten kann. HT-PLA zeigt ~43 MPa in XY-Richtung, aber nur ~20 MPa in Z-Richtung, was die bei FFF-Teilen übliche Schwäche der Schichthaftung zeigt.
Elastizitätsmodul: Ein Maß für die Steifigkeit unter Zugbelastung. Die Werte werden in Megapascal angegeben. HT-PLA hat ~3000 MPa, was darauf hinweist, 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 um weniger als 3 Prozent, was es im Vergleich zu Nylons oder TPU zu einem steifen und spröden Material macht.
Biegefestigkeit: Die Spannung, der das Material beim Biegen vor dem Bruch standhalten kann. Bei HT-PLA liegen die Werte in der Ebene bei etwa 66–74 MPa, was auf eine gute Steifigkeit hinweist.
Biegeelastizitätsmodul (Flexuralmodul): Ähnlich wie der Elastizitätsmodul, jedoch unter Biegebeanspruchung statt unter Zug gemessen. Dies hilft, die Steifigkeit von Trägern und lasttragenden Teilen vorherzusagen.
Kerbschlagzähigkeit nach Charpy: Misst, wie viel Energie die Probe bei einem plötzlichen Schlag aufnehmen kann. HT-PLA zeigt Werte von etwa 4–5 kJ/m², was im Vergleich zu schlagzäh modifizierten Sorten wie ABS oder PC-Blends moderat ist. Dieser Test macht Sprödigkeit oder Zähigkeit sichtbar.
Druck- und Verarbeitungsdaten
Ein TDS enthält typischerweise empfohlene Druckbedingungen:
Düsentemperatur: 210–230 °C für HT-PLA
Druckbetttemperatur: 25–60 °C
Trocknungsanforderung: 60 °C für 6 Stunden, wenn Feuchtigkeit aufgenommen wurde
Druckgeschwindigkeit: bis zu 300 mm/s
Tempern: 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 eine deutlich reduzierte Festigkeit und Stabilität aufweisen.
SDS und chemische Beständigkeit
Die SDS geht auf chemische Sicherheit, Lagerung, Entsorgung und Handhabungsgefahren ein. Tabellen enthalten oft die Beständigkeit des Materials gegenüber Säuren, Laugen oder Ölen. Zum Beispiel führt HT-PLA an:
Gute Beständigkeit gegen Öle und Fette
Geringe Beständigkeit gegen starke Säuren
Mäßige bis geringe Beständigkeit gegen Laugen
Dies hilft bei der Beurteilung der Eignung für Umgebungen, in denen chemische Belastung ein Thema ist.
TDS und SDS gemeinsam verwenden
Verwenden Sie das TDS wenn Sie entscheiden, ob die mechanischen und thermischen Eigenschaften des Materials zu den Anforderungen Ihres Bauteils passen.
Verwenden Sie das SDS wenn Sie festlegen, wie das Filament sicher verwendet, gehandhabt und gelagert werden kann.
Indem Sie lernen, die in beiden Dokumenten angegebenen technischen Kennwerte zu interpretieren, können Sie das Verhalten eines Filaments an Ihre Anwendung anpassen, Materialien intelligenter auswählen und vorhersagen, wie sich 3D-gedruckte Teile im Einsatz verhalten werden.
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