Nylon Filament - Extrem Widerstandsfähiger Kunststoff für deine Projekte.
Nylon als weiterer thermoplastischer Kunststoff gehört zur Gruppe der Polyamide (PA).
Ursprünglich war Nylon der Handelsname der amerikanischen Firma „Du Pont“, daher sind im Internet dafür unterschiedliche Bezeichnungen zu finden und eine Vielzahl von Herstellern bietet die unterschiedlichsten Varianten an, die sich aber in ihrer Zusammensetzung deutlich unterscheiden.
Die wohl häufigste Bezeichnung ist PA 6.6., wobei sich die Zahlen immer auf die jeweilige Molekülstruktur des Nylons beziehen. Die erste Zahl gibt die Anzahl der Kohlenstoffatome an, während die zweite Zahl die Menge der Säuremoleküle anzeigt.
Nylon gehört aufgrund seiner Eigenschaften zu den wichtigsten Thermoplasten. Es ist sehr zäh mit einer außerordentlich hohen Festigkeit und Steifigkeit. Seine hervorragende Zugfestigkeit sowie die enorme Verschleißfestigkeit machen diesen Kunststoff sehr wertvoll.
Modifiziert man diese Eigenschaften, können maßgeschneiderte Polyamide für die jeweils notwendigen Einsatzgebiete hergestellt werden. Aus Nylon werden unter anderem Kleidung, Fallschirme, Seile, Angelschnüre, Zahnräder, Isolatoren, Nähgarn, Dübel, Gleitlager, uvm. gefertigt.
Für additive Druckverfahren wird Nylonpulver hauptsächlich in Form von PA12-Material verwendet. Die Industrie nutzt dieses Material bei verschiedenen Druckverfahren wie MJF, SLS und FDM.
Aufgrund seiner chemischen Beständigkeit kann Nylon ohne Probleme mit Öl in Kontakt kommen und wird deshalb in der Automobilindustrie oft als Metallersatz verwendet.
Es lässt sich außerdem gut recyceln.
3D-Druck mit Nylon Filament
Nylon Filament wird den technischen Materialien zugeordnet, da es sehr zäh und widerstandsfähig ist. Die hohe Verschleißfestigkeit und gute chemische Beständigkeit gegen Lösungsmittel, Fette, Laugen sowie Ölen machen das Material sehr vielseitig einsetzbar.
Aufgrund seiner guten mechanischen Eigenschaften und der ausgezeichnete Schichthaftung der einzelnen Layer ist das Material ideal für den Druck langlebiger Teile.
Die gedruckten Bauteile können anschließend chemisch geglättet werden, um die Optik und die technischen Eigenschaften zu verbessern.
Die Druckbarkeit von Nylon Filament ist sehr vom Hersteller und der Zusammensetzung des Materials abhängig. Es kann deshalb zu einigen Druckfehlern kommen. Nylon zieht sehr schnell Wasser, deshalb ist die richtige Lagerung von großer Bedeutung.
Ein wichtiger Punkt bei der Arbeit mit Nylon - Filament ist die Frischluftzufuhr im Raum. Durch die beim Erhitzen entstehenden Dämpfe werden die Atemwege gereizt. Dies kann zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen, wenn man nicht darauf achtet.
Nylon wird erst ab einer Temperatur von ca. 90°C weich, der genaue Schmelzpunkt ist wieder von der Zusammensetzung des Materials abhängig.
Die Kosten für Nylon Filament liegen im Durchschnitt bei 35-85€ pro KG.
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Allgemeine Eigenschaften
Polyamide - Nylon(PA)
Materialgruppe | Thermoplastischer Kunststoff |
Dichte | 1,14g/cm³ |
Schlagzähigkeit | 0,5 J/cm² |
Zugfestigkeit | 85 N/mm² |
Bruchdehnung | 37% |
Flammbarkeit | normal entflammbar |
Witterungsbeständigkeit | Normal (nur mit Modifikationen zu empfehlen ) |
Einsatztemperaturen (Dauereinsatz) | -40°C bis 100°C |
Mögliche Anwendungen von Nylon Filament
Aufgrund seiner großartigen mechanischen Eigenschaften ist Nylon vielseitig einsetzbar. Besonders die Robustheit ist der bedeutendste Aspekt von Nylon. Die wichtigsten Einsatzgebiete sind deshalb:
Öl- und kraftstoffbeständige Teile, Gehäuse in der Elektroindustrie, Küchenutensilien wie Kellen und Löffel, Maschinenteile, Zahnräder, Zahnradketten, Getriebe- und Kupplungsteile, Laufrollen, wartungsfreie Lager, schlagfeste Gehäuse, Skibindungen, Skateboard-Rädern
Vor-und Nachteile von Nylon Filament
Vorteile:
Nachteile:
Vorüberlegung beim 3D-Druck mit Nylon Filament
3D-Drucker Voraussetzungen:
1. Beheiztes Druckbett
Beim 3D-Druck mit Nylon ist ein beheizbares Druckbett die Grundvoraussetzung. Nur so haften die Bauteile auch richtig auf dem Druckbett.
2. Geschlossener Druckraum (optional aber empfohlen)
Ein geschlossener Druckraum ist kein Muss. Jedoch kannst du damit mögliche Druckfehler (z.B. gespaltene Schichten) umgehen bzw. auf ein Minimum reduzieren. Mit Hilfe des geschlossenen Druckraums kann eine erhöhte Umgebungstemperatur aufrechterhalten werden, wodurch der komplette Druck gleichmäßiger abgekühlt. Es kommt seltener zum Warping. Eine Umgebungstemperatur von 45°C ist zu empfehlen.
3. Besondere Druckdüse
Viele 3D-Drucker sind standardmäßig mit PEEK- und PTFE-Hottends ausgestattet. Sowohl PEEK als auch PTFE beginnen sich bei über 240 °C zu zersetzen, brennen und geben schädliche Dämpfe ab.
Beim Druck mit Nylon-Filament ist es daher wichtig, dass die Heizelemente mindestens 250°C aushalten. Falls du unsicher bist, frag am besten beim Hersteller deines 3D-Druckers nach.
4. Trockenes Filament
Gerade beim Nylon Filament ist es extrem wichtig, dass es trocken ist und immer trocken gelagert wird. Es nimmt sehr schnell Wasser auf. Feuchtes Filament kann zu vielen Problemen während des Druckvorgangs führen.
Nasses Filament erkennt man auch daran, dass beim Drucken kleine Explosionen in der Düse entstehen. Das Wasser verdampft in der Düse wodurch der gesamte Druck negativ beeinflusst wird. Die Schichthaftung und die Oberflächenqualität sinken spürbar.
Für einen erfolgreichen 3D-Druck mit Nylon und nylonbasierten Materialien ist trockenes Filament unabdinglich.
Welches Support-Material eignet sich für Nylon Filament?
Als Support-Material gut geeignet ist HIPS Filament, da es ungefähr mit der gleichen
Extrusionstemperatur verarbeitet wird.
Alternativ kannst du auch speziell für Nylon hergestellte Support-Materialien, wie Taulman SAC 1060 oder UM-Breakaway einsetzen.
Lagerung:
Nylon hat die Fähigkeit, Wasser zu binden. Daher ist es ratsam, die Filamente trocken zu lagern. Luftdichte ZIP-Beutel mit dem Trocknungsmittel Silica eignen sich gut dafür.
Neben der trockenen Lagerung achte darauf, das Material vor UV-Strahlen zu schützen.
Trocknung:
Sollte das Filament nach einiger Zeit dennoch Feuchtigkeit aufgenommen haben, kannst du es mit Hilfe eines Dörrgeräts oder auch im Backofen einfach wieder trocken. Im Handel sind auch professionelle Trocknungsboxen erhältlich.
Trocknungszeit und Temperatur für Nylon liegen ähnlich dem PVA -Material bei ca. 60-80°C und 8 Stunden Umluft.
Bitte teste vorher mit einem kleinen Stück Filament aus, ob es so passt, bevor die ganze Rolle im Ofen schmilzt.
Sicherheit:
Beim Druck von Nylon entstehen Dämpfe, die Kopfschmerzen und andere Gesundheitsprobleme auslösen können. Ein geeigneter Raum mit regelmäßiger Frischluftzufuhr ist daher zu empfehlen.
Welche Slicing-Einstellungen verwende ich für Nylon Filament?
Hier musst du deine eigenen Erfahrungen machen, ich kann in diesen Ausführungen nur Empfehlungen geben. Je nach Zusammensetzung des Filaments können verschiedene Werte auch etwas abweichen.
Zu Beginn solltest du immer mit den Herstellerwerten arbeiten, die im Anschluss durch eigene Erfahrungswerte ergänzt bzw. verändert werden können.
Drucktemperatur (230°C - 280°C)
Beim Drucken mit Nylon-Filament werden hohe Drucktemperaturen zwischen 230-280°C benötigt. Je höher die Drucktemperatur desto besser ist auch die Schichthaftung, was ideal bei technischen Bauteilen ist.
Dabei ist zu bedenken, dass sehr hohe Temperaturunterschiede zwischen Druckdüse und Druckbett schneller das unerwünschte „Warping“ zur Folge haben können.
Zu hohe Temperaturen erkennt man daran, dass die Schichten etwas verlaufen und sich Fäden am Bauteil bilden können.
Sollten die Schichten jedoch fleckig und etwas rau sein, ist das ein Zeichen für eine zu geringe Drucktemperatur.
Eine spezielle abriebfeste Druckdüse wird nicht benötigt.
Druckbett und Druckbetttemperatur (80°C - 130°C)
Beim Druck mit Nylon Filament ist ein beheizbares Druckbett unabdingbar. Es sorgt für die richtige Druckbetthaftung deines Bauteils.
Der Temperaturbereich zwischen 80°C und 130°C ist im Vergleich zu anderen Materialien sehr hoch.
Je größer dein Bauteil, desto höhere Kräfte wirken zwischen den Schichten. Um diesen Kräften entgegenzuwirken sowie Warping zu vermeiden, trage vor dem Druck etwas Haftverstärker auf das Druckbett auf. Gerade bei Glasplatten können Kapton-Band, Haarspray, Haftkleber oder Haftspray ein guter Haftverstärker sein.
Auch perforierte bzw. grobe Dauerdruckplatten, die bei einigen Prusa - 3D-Druckern zur Ausstattung gehören, eignen sich gut für das Drucken mit Nylon-Material.
Druckgeschwindigkeit (20mm/s - 40mm/s)
Um qualitativ hochwertige Nylon - Bauteile zu erhalten, solltest du geringe Druckgeschwindigkeiten zwischen 20mm/s und 40mm/s nutzen.
Je höher die Druckgeschwindigkeit gewählt wird, desto höhere Drucktemperaturen werden benötigt, um das Material auch rechtzeitig zum Schmelzen zu bringen.
Druckgeschwindigkeit erste Schicht (10mm/s - 20mm/s)
Damit die Haftung zwischen der ersten Schicht und dem Druckbett auch ausreicht, sollte eine geringe Druckgeschwindigkeit für die erste Schicht gewählt werden.
Mit 10mm/s bis 20mm/s habe ich gute Erfahrungen gemacht.
Gerade bei scharfen Ecken konnte ich dem „Warping“ so entgegenwirken.
Kühlung (0% - 30%)
Der Lüfter für dein Druckobjekt sollte während des Drucks mit Nylon Filament nicht benutzt werden oder ggf. nur auf geringer Stufe laufen (0-30%).
Generell kann man empfehlen, Nylon mit ausgeschaltetem Bauteillüfter zu drucken. Die Schichthaftung wird dadurch maximiert.
Aufgrund der hohen Schrumpfungsrate des Nylon-Filaments führt zu schnelles Abkühlen meist zu Rissen im Bauteil, weil die daraus entstehenden Spannungen nicht ausgeglichen werden können.
Sollte dein Bauteil große Überhänge oder Brücken aufweisen, kannst du den Bauteillüfter auf einer geringen Stufe laufen lassen. Auch kleine Bauteile können mit einer leichten Kühlung gedruckt werden. Die daraus entstehenden Spannungen sind eher gering, aber es kann leicht zu einer Überhitzung kommen.
Um spezielle Bereiche mit den gewünschten Lüftereinstellungen zu drucken, eignen sich individuelle Skripte, die du im Slicer einstellen kannst.
Füllung
Ähnlich wie beim ABS ist gerade das Warping ein häufiges Problem beim Druck mit Nylon.
Es ist ratsam, mit einer geringen Fülldichte von 15-30% zu arbeiten. Das verringert die Spannungen im Bauteil.
Eine gute Möglichkeit, die Stabilität deiner Bauteile trotz geringer Fülldichte zu erhöhen, wäre die Vergrößerung der Wandstärke.
Schichthöhe
Je größer die Schichthöhe, desto höher muss die Drucktemperatur sein, weil eine größere Menge an Material aufgeschmolzen werden muss. Die Schichthöhe von 0,2mm sollte bei Nylon Material nur geringfügig überschritten werden, da sich sonst zu viel Spannung zwischen den einzelnen Schichten aufbaut. Die Folge wären unschöne gespaltenen Schichten.
Schichthöhe erste Schicht
In der Regel sollte die erste Schicht 150% der normalen Schichthöhe betragen. Das erhöht die Gesamtkontaktfläche und die Haftung auf dem Druckbett verbessert sich.
Druckbetthaftung
Eine gute Druckbetthaftung ist bei Nylon Filament eine sehr große Herausforderung.
Der richtige Abstand zwischen Druckbett und Druckdüse ist dabei außerordentlich wichtig.
Zur Verbesserung der Druckbetthaftung können in den Slicern verschiedene zusätzliche Funktionen wie Raft und Brim nützlich sein.
Raft: Beim Raft wird eine horizontale Struktur unter das komplette Bauteil gedruckt. Diese große Oberfläche haftet sehr gut auf dem Druckbett, hinterlässt jedoch Spuren auf der Unterseite.
Brim: Mit Hilfe der Brim-Funktion werden in der ersten Schicht mehrere Bahnen um das Bauteil gedruckt, wodurch die Auflagefläche vergrößert wird. Diese nicht zum Bauteil gehörigen Bahnen müssen nach dem Druck entfernt werden.
Flussfaktor
Eine entscheidende Änderung des Flussfaktors ist beim Druck mit Nylon Filament nicht notwendig.
Je nach Einstellung des 3D-Druckers und der Qualität deines Druckergebnisses, kannst du mit den Herstellerwerten experimentieren.
Retraction
Der Rückzugsweg und die Rückzugsgeschwindigkeit können je nach Art des Extruders variieren.
Ein Bowden-Extruder benötigt in der Regel einen größeren Rückzugsweg, da hier der Weg zwischen der Druckdüse und dem Materialförderrad länger ist als beim Direct-Extruder.
Die Einzugslänge für Direct-Extruder liegt zwischen 0,5mm-2mm. Bei den Bowden-Extrudern sind wir dagegen bei 4mm-8mm.
Die Rückzugsgeschwindigkeiten sollten sich zwischen 20mm/s bis 45mm/s einpendeln.
Spezial Funktion:
Gerade beim Druck mit Nylon - Material ist es wichtig, dass kein Luftstrom an das Bauteil gelangt. Nur so kann Warping vermieden werden.
Eine gute Möglichkeit, den kalten Luftstrom vom Bauteil weg zu leiten, kann über den Slicer durch eine Art Windschutz erzeugt werden.
Hierbei wird eine einschichtige Wand um das Bauteil gedruckt, die verhindert, dass der Luftzug auf das eigentliche Bauteil trifft. Unser „Windschutz“ verhindert nicht nur das Warping sondern reduziert auch das Problem der gespaltenen Schichten.
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Häufige Druckfehler beim 3D-Druck mit Nylon Filament
Was tun bei Warping(Verzug)?
Aufgrund unzureichender Haftung und ungleichmäßiger Abkühlung des Nylon-Materials kann es vorkommen, dass sich das Bauteil verzieht und sich die Ecken von der Druckplatte ablösen.
Wenn das passiert, solltest du die Temperatur für die Druckplatte erhöhen oder einen der genannten Haftverstärker nutzen.
Weiterhin kannst du auch hier einen Brim oder Raft mitdrucken, da dadurch die Grundfläche des Bauteils vergrößert wird. Beide Optionen können im Slicer eingestellt werden.
Folgende Tipps können dir helfen, diesen Druckfehler zu vermeiden:
- Druckbett nivellieren
- Druckbett reinigen
- Beheizbares Druckbett verwenden
- Beheizbaren Druckraum nutzen
- Haftmittel verwenden
- Dauerdruckplatte verwenden
- Große Temperaturschwankungen vermeiden
- Druckbetthaftung aktivieren
- Füllung verringern
- Schichtstärke reduzieren
- Füllmuster ändern
- Konstruktionsdaten überarbeiten
Was tun bei Gespaltenen Schichten(Split Layers)?
Gerade beim 3D-Druck mit Nylon können gespaltene Schichten auftreten, da dieses Material hohe Schrumpfraten aufweist.
Der Temperaturunterschied zwischen den bereits gedruckten und noch zu druckenden Schichten muss so gering wie möglich sein.
Zur Vermeidung dieses Fehlers sollte man immer mit einem geschlossenen Druckraum arbeiten um so einen gleichmäßigen Temperaturbereich zu erhalten.
Folgende Tipps können dir helfen, diesen Druckfehler zu vermeiden:
- Drucktemperatur erhöhen
- Lüftergeschwindigkeit reduzieren
- Schichthöhe(Layerhöhe) verringern
- Druckgeschwindigkeit reduzieren
Was tun bei Feuchten Filament(Moist Filament)?
Filamente nehmen in kurzer Zeit viel Feuchtigkeit auf, was wesentlichen Einfluss auf die Materialeigenschaften hat.
Feuchtes, weiches Filament macht den Materialvorschub äußerst schwierig, deshalb ist es wichtig nur trockenes Material zu verwenden.
Was sind die Anzeichen von nassem Filament?
- Knall-/Knackgeräusche beim Extrudieren
- Weißer Rauch beim WExtrudieren
- Tropfen an den Außenflächen
- Ungleichmäßige Linienbreiten
- Raue Oberfläche
- Reduzierte Schichthaftung
- Instabile Druckteile
Weitere Druckfehler schnell und effektiv beheben?
Nachbearbeitung von drucken aus Nylon Filament
Bauteile, die aus Nylon- Filament gedruckt wurden, verhalten sich ähnlich wie ABS-Bauteile und lassen sich deshalb sehr gut nachbearbeiten. Die hohe Härte und Schlagfestigkeit des Materials ermöglichen es, gedruckte Werkstücke zu sägen, fräsen, schleifen, polieren, kleben, einfärben, lackieren und zu bemalen.
Eine Besonderheit, die beim Nachbearbeiten von Nylon-Material sehr schöne Oberflächen erzeugen kann, ist das sogenannte Vapor-Smoothen. Die Oberfläche wird mit Chemischem Nebel bedampft und dabei die Oberflächenstruktur des Modells geglättet.
Hierbei sollten jedoch Dienstleister beauftragt werden, die das technische und fachliche Know-How besitzen.Wichtige Fragen zum Nylon Filament
Ist Nylon Filament giftig?
Ja - Nylon gibt Dämpfe ab, wenn es bei hoher Temperatur schmilzt. Es ist bekannt, dass dabei flüchtige organische Verbindungen namens Caprolactam und Styrol abgegeben werden, die beide beim Einatmen gefährlich sind.
Sie können Kopfschmerzen und Atemprobleme verursachen.
Es wird daher dringend empfohlen, Nylon mit einer Umhausung und einem geeigneten Belüftungssystem zu drucken.
Ein geeigneter und gut durchgelüfteter Raum sollte beim 3D-Druck von Nylon Filament immer vorhanden sein. Nicht geeignet sind daher Wohnräume, in denen man sich gemeinsam mit Familie und Kindern aufhält.
Ist Nylon Filament schwierig zu drucken?
Nylon Filament ist ein hochentwickeltes Material, welches auch in der Industrie häufig verwendet wird. Aus verschiedenen Gründen wird es als schwierig zu drucken eingestuft.
Es hat erstens einen sehr hohen Schmelzpunkt, den die meisten 3D-Drucker nicht ohne ein sogenanntes Metall-Hot-End erreichen können. Außerdem ist es äußerst hygroskopisch und nimmt schnell Feuchtigkeit aus der Luft auf, wenn es nicht an einem trockenen Ort gelagert wird.
Idealerweise sollte der 3D-Drucker über ein Gehäuse und ein beheiztes Druckbett verfügen, um Nylon erfolgreich zu drucken.
Es sind einige Erfahrungswerte nötig, bis man den Dreh raushat, wie Nylon ohne Druckfehler richtig druckt.
Mit den richtigen Druckeinstellungen, der passenden Druckumgebung und trockenem Nylon Filament sollte einem erfolgreichen Druck nicht mehr im Wege stehen.
Kann man Nylon Filament einfärben?
Die Wasseraufnahmefähigkeit von Nylon hat auch eine positive Seite, man kann es einfärben.
Achte nur darauf, dass das Filament nach dem Färben gründlich trocknet. Es ist immer vorteilhafter, die Bauteile nach dem Druck einzufärben, um den Druckprozess nicht zu beeinträchtigen.
Braucht Nylon Filament eine Umhausung beim 3D-Druck?
Ja - es wird dringend empfohlen, Nylon mit einer Umhausung zu drucken.
Nylon hat einen hohen Schmelzpunkt, der anfällig für Verformungen ist. Die Verwendung eines Gehäuses minimiert das Risiko einer Verformung und sorgt dafür, dass eine konstante Umgebungstemperatur im 3D-Drucker herrscht.
Ein geschlossener Druckraum erhöht die Druckqualität und hält die von der Düse und dem Bett erzeugte Temperatur mit minimalen Schwankungen konstant. Daher kann die Verwendung eines Gehäuses beim Drucken mit Nylon zu großartigen Ergebnissen führen.
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