PMMA Filament: Robust, transparent und vielseitig
Polymethylmethacrylat, kurz PMMA, ist ein synthetischer Kunststoff mit hervorragenden Eigenschaften, die ihn in einer Vielzahl von Bereichen zum Einsatz kommen lassen.
Unter seinen Handelsnamen Plexiglas oder Acrylglas ist er weitaus bekannter.
Ende der 1920er Jahre begannen nahezu zeitgleich die ersten Forschungen zu PMMA in Deutschland, Großbritannien und Spanien. In Deutschland spielte der Chemiker Walter Bauer eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung dieses Kunststoffes.1933 gelang es Otto Röhm in Deutschland, die ersten gegossenen Scheiben aus PMMA herzustellen und zur Marktreife zu bringen. Er ließ das Material unter dem Namen Plexiglas schützen.
PMMA ist ein hochtransparenter, robuster und witterungsbeständiger Kunststoff mit einer glatten, glänzenden Oberfläche, der sich leicht verarbeiten lässt und eine hohe chemische Beständigkeit aufweist. Aufgrund dieser Eigenschaften ist er vielseitig einsetzbar.
Seine Ästhetik, Vielseitigkeit, Langlebigkeit und vor allem seine Sicherheit (splitterfrei im Gegensatz zu Glas) qualifizieren PMMA zu einem beliebten Werkstoff in zahlreichen Industriezweigen wie Bauwesen, Beleuchtung, Werbung, Fahrzeugbau, Optik und der Medizintechnik.
PMMA wird in der Regel mit Polycarbonat (PC) verglichen, da es sich bei beiden um transparente Kunststoffe handelt.
3D-Druck mit PMMA Filament
PMMA Filament wird den technischen Materialien zugeordnet.
Der Druck dieses Kunststoffes erfordert etwas mehr Aufwand als bei anderen Materialien, aber das Ergebnis kann beeindruckend sein. Mit den richtigen Einstellungen und Vorkehrungen kannst du hochwertige und langlebige Objekte aus PMMA drucken.
PMMA ist hart, steif und hat eine gute Schlagfestigkeit. Somit ist es gut geeignet für funktionale Prototypen. Es ist resistent gegen viele Chemikalien und vergilbt nicht so schnell wie andere Kunststoffe. Es eignet sich auch für Anwendungen im Außenbereich und hat eine Lichtdurchlässigkeit von über 90 % gegenüber normalem Glas.
Beim 3D Druck wird eine hohe Schmelztemperatur benötigt, wodurch es beim Abkühlen zu starkem Warping oder Rissen im Modell kommen kann. Es ist daher unerlässlich, mit einem Drucker zu arbeiten, der einen beheizbaren Druckraum besitzt, um Temperaturschwankungen zu reduzieren.
Trotz seiner Härte ist es kratzanfällig und entflammbar. Beachte dies bei möglichen Anwendungen.
Gedruckte PMMA Bauteile lassen sich gut nachbearbeiten. Bohren, Schleifen, Polieren, Sägen, Kleben und Färben sind ohne Probleme möglich.
Ein wichtiger Punkt bei der Arbeit mit PMMA 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.
PMMA wird erst ab einer Temperatur von 100° C weich.
Die Kosten für PMMA Filament liegen im Durchschnitt bei 29-78€ pro KG.
Allgemeine Eigenschaften
Polymethylmethacrylat - PMMA
Materialgruppe | Thermoplastischer Kunststoff |
Dichte | 1,18g/cm³ |
Schlagzähigkeit | 1,0 J/cm² |
Zugfestigkeit | 74 N/mm² |
Bruchdehnung | 3-5% |
Flammbarkeit | normal entflammbar |
Witterungsbeständigkeit | hoch |
Einsatztemperaturen (Dauereinsatz) | -40°C bis 100°C |
Mögliche Anwendungen von PMMA Filament
Seine Kombination aus Transparenz, mechanischer Festigkeit und guter Bearbeitbarkeit macht das PMMA Filament für folgende Einsatzgebiete interessant:
Transparente Modelle, Funktionale Prototypen, Halbleiterindustrie, Architekturmodelle, Elektronikgehäuse, Beschilderung, Zahnmedizin, Orthopädie, Dekorative Gegenstände
Vor-und Nachteile von PMMA Filament
Vorteile:
Nachteile:
Vorüberlegung beim 3D-Druck mit PMMA Filament
3D-Drucker Voraussetzungen:
1. Beheiztes Druckbett
Ja, ein beheiztes Druckbett ist für den 3D-Druck mit PMMA Filament dringend empfohlen.
2. Geschlossener Druckraum
Ein beheizbarer Druckraum ist zwingend erforderlich, nur so kann eine hohe Druckqualität gewährleistet werden. Während ein beheiztes Druckbett die erste Anlaufstelle ist, um das Verziehen (Warping) von PMMA-Teilen zu verhindern, kann ein geschlossener und beheizbarer Bauraum zusätzliche Vorteile bieten.
Du kannst 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.
Welches Support-Material eignet sich für PMMA Filament?
Aufgrund der hohen Extrusionstemperaturen würde ich HIPS Filament, als mögliches Support-Material vorschlagen. Allerdings habe ich damit selbst noch keine eigenen Erfahrungen gesammelt.
Lagerung:
PMMA Filament hat die Fähigkeit, nur ganz geringe Mengen an Wasser zu binden. Trotzdem solltest du die angefangene Filament Spule in einem Luftdichten ZIP-Beutel zusammen mit dem Trocknungsmittel Silica einlagern. Der Beutel schützt auch vor Verunreinigung durch Umwelteinflüsse (Staub, Schmutz, etc.).
Neben der trockenen Lagerung achte immer darauf, das Material vor UV-Strahlen zu schützen.
Trocknung:
Sollte das Filament nach einiger Zeit doch 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 PMMA liegen ähnlich dem ABS -Material bei ca. 60-70°C und 2-4 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 PMMA 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 PMMA Filament?
Es sei erwähnt, dass es sich diesen Ausführungen nur um Empfehlungen handelt.
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 (240°C - 260°C)
Beim Drucken mit PMMA Filament werden hohe Drucktemperaturen zwischen 240-260°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 Druckdüse wird nicht benötigt.
Druckbett und Druckbetttemperatur (100°C - 120°C)
Beim Druck mit PMMA Filament ist ein beheizbares Druckbett unabdingbar. Es sorgt für die richtige Druckbetthaftung deines Bauteils.
Der Temperaturbereich zwischen 100°C und 120°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, kann die Haftung verbessert werden.
Druckgeschwindigkeit (20mm/s - 40mm/s)
Um qualitativ hochwertige PMMA 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 - 15mm/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 15mm/s habe ich gute Erfahrungen gemacht.
Gerade bei scharfen Ecken konnte ich dem „Warping“ so entgegenwirken.
Kühlung (10% - 50%)
Der Lüfter für dein Druckobjekt sollte während des Drucks mit PMMA Filament nicht benutzt werden oder ggf. nur auf geringer Stufe laufen (10-50%).
Generell kann man empfehlen, PMMA mit ausgeschaltetem Bauteillüfter zu drucken. Die Schichthaftung wird dadurch maximiert.
Aufgrund der hohen Schrumpfungsrate des PMMA Filaments führt das zu schnelle 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 PMMA.
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 PMMA Material nur geringfügig viel 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 verbessert die Haftung auf dem Druckbett.
Druckbetthaftung
Eine gute Druckbetthaftung ist bei PMMA Material eine sehr große Herausforderung.
Der richtige Abstand zwischen Druckbett und Druckdüse ist dabei außerordentlich wichtig.
Zur weiteren Verbesserung der Druckbetthaftung können in den Slicern verschiedene zusätzliche Funktionen wie Raft und Brim nützlich sein.
Raft: Mit der Raft-Funktion 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 der Brim-Funktion werden in der ersten Schicht mehrere Bahnen um dein Bauteil gedruckt. Dies vergrößert die Auflagefläche, muss aber nach dem Druck entfernt werden.
Flussfaktor
Eine entscheidende Änderung des Flussfaktors ist beim Druck mit PP 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 PMMA Filament 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.
Häufige Druckfehler beim 3D-Druck mit PMMA Filament
Was tun bei Warping(Verzug)?
Aufgrund unzureichender Haftung und ungleichmäßiger Abkühlung des PMMA 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 mit drucken, 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 PMMA können gespaltene Schichten auftreten, da dieses Material hohe Schrumpfraten aufweist. Der Temperaturunterschied zwischen den bereits gedruckten und noch zu drucken Schichten muss so gering wie möglich sein.
Zur Vermeidung dieses Fehlers sollte man immer mit einem geschlossenen Druckraum arbeiten, um einen gleichmäßigen Temperaturbereich zu erhalten.
Folgende Tipps können dir helfen, diesen Druckfehler zu vermeiden:
- Drucktemperatur erhöhen
- Lüftergeschwindigkeit reduzieren
- Schichthöhe(Layerhöhe) verringern
- Druckgeschwindigkeit reduzieren
Weitere Druckfehler schnell und effektiv beheben?
Nachbearbeitung von drucken aus PMMA Filament
Bauteile, die aus PMMA 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, lackieren und zu bemalen.
Eine Besonderheit, die beim Nachbearbeiten von PMMA Material sehr schöne Oberflächen erzeugen kann, ist das sogenannte Smoothen. Aceton löst PMMA an. Durch kurzes Eintauchen oder Bestreichen mit einem Pinsel kannst du die Oberfläche glätten und kleine Unebenheiten beseitigen.
Achtung: Aceton ist ein Lösungsmittel und sollte mit Vorsicht behandelt werden.
Es besitzt gesundheitsschädliche Inhaltsstoffe und ist leicht brennbar.
Wichtige Fragen zum PMMA Filament
Ist PMMA Filament giftig?
Polymethylmethacrylat (PMMA), der Hauptbestandteil von PMMA-Filament, ist ein Kunststoff, der in vielen Bereichen eingesetzt wird, auch im direkten Kontakt mit Lebensmitteln. Es ist für seine geringe Toxizität bekannt.
Was ist besser – PMMA oder PC?
Die Frage, ob PMMA (Polymethylmethacrylat) oder PC (Polycarbonat) besser ist, lässt sich nicht pauschal beantworten, da beide Materialien ihre eigenen Stärken und Schwächen haben und sich für unterschiedliche Anwendungen eignen. Die Wahl hängt maßgeblich von den spezifischen Anforderungen Ihres Projekts ab.
Kurz gesagt:
PMMA ist wie ein klares, leichtes und elegantes Glas.
PC ist wie ein schlagfestes, robustes Sicherheitsglas.
Wie hitzebeständig ist PMMA?
PMMA hält Temperaturen bis zu 100°C aus. Dieser Kunststoff hält auch extremen Witterungseinflüssen stand und behält über Jahre hinweg seine Farbe.