ABS Filament - Industrieller Kunststoff ist dank des 3D-Drucks auch in den heimischen Kellern angekommen.
ABS Filament und auch das herkömmliche ABS-Material ist ein amorpher Thermoplast, das aus Mineralöl gewonnen wird.
In den 50er Jahren begann der Siegeszug dieses Werkstoffes in Industrie und der Konsumgüterwirtschaft. Gerade die Vielseitigkeit und die hervorragenden mechanischen Eigenschaften machten diesen Copolymer zu einem der beliebtesten Kunststoffe unserer Zeit.
Dieses Terpolymer besteht aus drei verschiedenen Stoffen, den sogenannten Monomeren. Jedes einzelne Monomer gibt dem Kunststoff seine besonderen Eigenschaften:
- Acrylnitril (15-35%) bietet chemische und thermische Stabilität,
- Butadien (5-30%) erhöht die Zähigkeit und Schlagfestigkeit,
- Styrol (40-60%) verleiht dem Kunststoff eine schöne und glänzende Oberfläche.
Da das Mengenverhältnis der einzelnen Stoffe sehr unterschiedlich ausfällt, werden dadurch auch die mechanischen Eigenschaften beeinflusst.
Die elastische und stabile Struktur dieses Werkstoffes ist besonders gut geeignet für mechanisch beanspruchte Teile im Hobbybereich sowie im Auto- und Flugzeugmodellbau (Zahnräder, Stoßfänger, etc.).
Die wohl weltweit bekanntesten ABS-Produkte sind LEGO® Bausteine.
3D-Druck mit ABS Filament
Im Bereich 3D-Druck ist ABS Filament bekannt für seine Schlag-, Chemikalien- und Wärmebeständigkeit. Es wird deshalb besonders für langlebige Teile verwendet. Dieses Material bietet gute elektrische Isolationseigenschaften und eignet sich deshalb besonders für Elektronikgehäuse.
ABS besitzt eine robuste und harte Oberfläche. Es ist bruchfest und temperaturbeständig, weshalb es für den Einsatz im und am Automobil sehr gut geeignet ist.
Beim Arbeiten mit ABS Filament ist darauf zu achten, dass zum 3D-Druck sehr hohe Temperaturen benötigt werden. Mit ca. 2% zieht sich das Material in hohem Maße zusammen, was du schon beim Design berücksichtigen solltest.
Aufgrund diverser Materialverspannungen ist schon ein solider Erfahrungsschatz notwendig, um exakte und gute Ergebnisse zu erzielen. ABS ist schwieriger zu drucken als z.B. PLA Filament.
Ein wichtiger Punkt bei der Bearbeitung von ABS-Filament ist die Frischluftzufuhr im Raum. Aufgrund der beim Erhitzen entstehenden Dämpfe werden die Atemwege gereizt, was zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen kann.
ABS wird erst ab einer Temperatur von ca. 95°C weich.
Die Kosten für ABS Filament liegen im Durchschnitt bei 20-55€ pro KG.
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Allgemeine Eigenschaften
Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)
Materialgruppe | Copolymer |
Dichte | 1,03-1,07g/cm³ |
Schlagzähigkeit | 1,3-3,5 J/cm² |
Zugfestigkeit | 32 bis 56 N/mm² |
Bruchdehnung | 8-10% |
Flammbarkeit | normal entflammbar |
Witterungsbeständigkeit | hoch |
Einsatztemperaturen (Dauereinsatz) | -35°C bis 95°C |
Mögliche Anwendungen von ABS Filament
Da ABS ein recht vielseitiges Material mit großartigen mechanischen Eigenschaften ist, lassen sich damit sehr unterschiedliche Dinge drucken. Wärmebeständigkeit und Festigkeit sind die hervorstechenden Aspekte von ABS.
Es findet Anwendung in der: Elektrotechnik (Fernsehgehäuse), Sportindustrie (Ski/Snowboards), Feinwerktechnik (Zahnräder), Automobilindustrie (Radkappen), Haushaltsindustrie (Spielzeug), Maschinenbau (Rohre),Computer-Tastaturen, Gängige Haushaltsgeräte, Steckdosen
Vor-und Nachteile von ABS Filament
Vorteile:
Nachteile:
Vorüberlegung beim 3D-Druck mit ABS Filament
3D-Drucker Voraussetzungen:
1. Beheiztes Druckbett
Für den 3D-Druck mit ABS Filament ist ein beheizbares Druckbett die Grundvoraussetzung dafür, dass die Bauteile auch ausreichend auf dem Druckbett haften.
2. Geschlossener Druckraum (optional)
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.
Welches Support-Material eignet sich für ABS Filament?
Als Support-Material gut geeignet ist HIPS Filament, da es ungefähr mit der gleichen
Extrusionstemperatur verarbeitet wird.
Lagerung:
ABS 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 dennoch Feuchtigkeit aufgenommen haben, kannst du es mit Hilfe eines Dörrgeräts oder Backofens wieder trocken. Im Fachhandel sind auch professionelle Trocknungsboxen erhältlich.
Trocknungszeit und Temperatur für ABS liegen bei ca. 60-80°C und 4 Stunden Umluft.
Bevor du die ganze Rolle in den Ofen steckst, teste es bitte vorher mit einem kleinen Stück Filament aus.
Sicherheit:
Beim Druck von ABS 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 ABS Filament?
Bitte beachte, dass die hier gemachten Angaben nur Empfehlungen sind. Je nach Zusammensetzung des Filaments können einige Werte auch etwas abweichen. Am Anfang solltest du immer mit den Herstellerwerten arbeiten.
Drucktemperatur (230°C - 260°C)
Beim Drucken mit ABS Filament werden hohe Drucktemperaturen von 230-260°C benötigt. Je größer die Drucktemperatur umso besser ist auch die Schichthaftung, was ideal für technische Bauteile ist.
Bedenke aber dabei! Je größer die Temperaturunterschiede zwischen Druckdüse und Druckbett sind, desto schneller kann „Warping“ entstehen.
Zu hohe Temperaturen erkennst du an etwas verlaufenen Schichten und daran, dass sich Fäden am Bauteil bilden.
Sollten die Schichten jedoch fleckig und etwas rau sein, ist das ein Zeichen für eine zu niedrige Drucktemperatur.
Eine spezielle Druckdüse wird nicht benötigt.
Druckbett und Druckbetttemperatur (80°C - 110°C)
Beim Druck mit ABS Filament ist ein beheizbares Druckbett unverzichtbar. Es sorgt für die wichtige Haftung deines Bauteiles auf dem Druckbett. Der Temperaturbereich ist im Vergleich zu anderen Materialien sehr hoch (80°C-110°C).
Je größer das Bauteil desto höhere Kräfte wirken zwischen den Schichten. Um diesen Kräften entgegenzuwirken und um ein „Warping“ zu vermeiden, trage Haftverstärker auf das Druckbett auf. Gerade bei Glasplatten können Kapton-Band, Haarspray, Haftkleber oder Haftspray gute Haftverstärker sein.
Für eine erhöhte Haftung von ABS-Filament sorgen auch PEI-, Flashforge- und BuildTak-Druckplatten.
Auch perforierte bzw. grobe Dauerdruckplatten, mit denen einige Prusa-3D-Drucker ausgestattet sind, eignen sich für das Drucken mit ABS-Material.
Druckgeschwindigkeit (40mm/s - 80mm/s)
Um qualitativ hochwertige ABS-Bauteile zu erhalten, solltest du mittlere Druckgeschwindigkeiten zwischen 40mm/s und 80mm/s nutzen.
Je größer die Druckgeschwindigkeit ist, desto höhere Drucktemperaturen werden benötigt, um das Material rechtzeitig zum Schmelzen zu bringen.
Druckgeschwindigkeit erste Schicht (15mm/s - 30mm/s)
Um eine optimale Haftung zwischen dem Druckbett und der ersten Schicht zu erreichen, sollte dafür eine sehr geringe Druckgeschwindigkeit gewählt werden.
Mit 15mm/s bis 30mm/s habe ich gute Erfahrungen gemacht.
Gerade bei scharfen Ecken kann so dem „Warping“ entgegengewirkt werden.
Kühlung (0% - 25%)
Der Lüfter für das Druckobjekt sollte während des Drucks mit ABS-Filament nur auf geringer Stufe laufen (10-25%) oder komplett ausgeschaltet werden.
Generell kann ABS ohne Bauteillüfter gedruckt werden, wodurch die Schichthaftung maximiert wird.
Aufgrund der hohen Schrumpfungsrate des ABS Filaments kann es bei zu schnellem Abkühlen passieren, dass Spannungen entstehen und sich Risse im Bauteil bilden.
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. Größere Spannungen werden dadurch vermieden, 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
Gerade das Warping ist ein häufiges Problem beim ABS-Drucken. Deshalb sollte bei ABS generell mit einer geringen Fülldichte von ca. 15-30% gearbeitet werden. Das verringert die Spannungen im Bauteil.
Eine gute Möglichkeit, die Stabilität deiner Bauteile trotz geringer Fülldichte zu erhöhen, ist die Vergrößerung der Wandstärke.
Schichthöhe
Je größer die Schichthöhe desto höher muss die Drucktemperatur sein, da eine größere Menge Material aufgeschmolzen werden muss. Die Schichthöhe von 0,2 mm sollte bei ABS-Material kaum überschritten werden. Bei größeren Schichthöhen baut sich zu viel Spannung zwischen den einzelnen Schichten auf in deren Folge sich diese unschön spalten.
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 ABS Filament eine sehr große Herausforderung.
Am wichtigsten ist der richtige Abstand zwischen Druckbett und Druckdüse.
Die Druckbetthaftung kannst du auch mithilfe der passenden Slicingeinstellungen verbessern. Dafür gibt es die nützlichen Funktionen Raft und Brim.
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
Der Flussfaktor beim Druck mit ABS Filament erfordert keine großen Änderungen. Je nachdem wie dein 3D-Drucker eingestellt und dein Druckergebnis am Ende aussieht, kannst du mit den Werten experimentieren.
Retraction
Der Rückzugsweg und die Rückzugsgeschwindigkeit können je nach Extruderart variieren.
Ein Bowden-Extruder benötigt in der Regel einen größeren Rückzugsweg, da hier ein größerer Abstand zwischen der Druckdüse und dem Materialförderrad zurückzulegen ist.
Die Einzugslänge für Direct-Extruder liegt zwischen 0,5-2mm. Bowden Extruder benötigen 4-8mm.
Die Rückzugsgeschwindigkeiten sollten sich zwischen 20mm/s bis 45mm/s einpendeln.
Spezial Funktion:
Gerade beim Druck mit ABS Filament ist es wichtig, dass kein Luftstrom an das Bauteil gelangt. Nur so kann das Warping vermieden werden.
Eine gute Möglichkeit, diesen kalten Luftstrom vom Bauteil zu entfernen, ist die Erzeugung einer Art von Windschutz durch den Slicer.
Hierbei wird eine einschichtige Wand um das Bauteil gedruckt, die verhindert, dass der Luftzug auf das eigentliche Bauteil trifft. Dadurch wir nicht nur das Warping verhindert, sondern auch das Problem der gespaltenen Schichten reduziert.
Häufige Druckfehler beim 3D-Druck mit ABS Filament
Was tun bei Warping(Verzug)?
Aufgrund unzureichender Haftung und ungleichmäßiger Abkühlung des ABS-Materials kann es vorkommen, dass sich das Bauteil verzieht und es sich an den Ecken von der Druckplatte ablöst.
Wenn das passiert, ist es empfehlenswert, die Temperatur der Druckplatte erhöhen oder einen von den oben genannten Haftverstärkern zu nutzen.
Eine weitere Möglichkeit dem Warping entgegenzuwirken, besteht darin, zusätzlich einen Brim oder Raft zu drucken. So wird die Grundfläche des Bauteils entscheidend vergrößert. 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)?
Beim 3D-Druck mit ABS kann es zu gespaltenen Schichten kommen, wenn die Druckeinstellungen zueinander nicht richtig passen.
Folgende Tipps können dir helfen, diesen Druckfehler zu vermeiden:
- Drucktemperatur erhöhen
- Lüftergeschwindigkeit reduzieren
- Schichthöhe(Layerhöhe) verringern
- Druckgeschwindigkeit reduzieren
Was tun bei Stringing(Fäden)?
Dieser Fehler tritt auf, wenn der Druck in der Düse zu groß ist und das aufgeschmolzene Material unter dem Einfluss der Schwerkraft aus der Düse läuft.
Zur Fehlerbehebung gibt es verschiedene Möglichkeiten:
- Rückzugs-Einstellungen verändern
- Drucktemperatur reduzieren
- Flussrate reduzieren
- Linienbreite verringern
- Lüftergeschwindigkeit erhöhen
- Düse reinigen
Weitere Druckfehler schnell und effektiv beheben?
Nachbearbeitung von drucken aus ABS Filament
Bauteile, die aus ABS Filament gedruckt worden sind, lassen sich sehr gut nachbearbeiten. Die hohe Härte und die Schlagfestigkeit des Materials ermöglichen es, die gedruckten Werkstücke zu sägen, fräsen, schleifen, polieren, kleben, lackieren und zu bemalen.
Eine Besonderheit, welche beim Nachbearbeiten von ABS-Material sehr schöne Oberflächen erzeugen kann, ist das sogenannte Smoothen. Hier wird die Oberfläche mit Aceton bedampft und dadurch die Oberflächenstruktur des Modells sehr gut geglättet.
Bei der Arbeit mit Aceton ist jedoch äußerte Vorsicht geboten, da es leicht brennbar ist und gesundheitsschädliche Inhaltsstoffe besitzt.
Wichtige Fragen zum ABS Filament
Wofür nutze ich ABS Filament?
Aufgrund seiner guten mechanischen Eigenschaften und der hohen Beständigkeit gegenüber vielen Ölen, Säuren, Laugen und Reinigungsmitteln eignet sich ABS Filament für Prototypen, Spielzeug und stark belastbare Bauteile.
Ist ABS Filament giftig?
Nein - ABS ist nicht giftig, erzeugt jedoch beim thermischen Prozess mittels 3D-Druck winzige Mikropartikel und gesundheitsschädliche Dämpfe.
Deshalb sollte ein geeigneter, gut durchgelüfteter Raum beim 3D-Druck von ABS-Filament immer vorhanden sein. Es ist daher ungeeignet für Drucke in Wohnräumen oder Räumen, in denen man sich selbst oder Kinder aufhalten.
Was ist der Unterschied zwischen PLA und ABS?
Generell ist PLA etwas härter und spröder als ABS. PLA lässt sich leichter drucken und man benötigt kein beheizbares Druckbett.
ABS ist weicher und besitzt nach Abschluss des Druckes eine schönere Oberfläche und lässt sich besser nachbearbeiten.
Ist ABS hygroskopisch?
Ja - ABS Filament zieht gut und gern Wasser aus der Raumluft. Deshalb sollte das Material stets luftdicht verpackt sein oder in einer Trockenbox gelagert werden. Zu nasses Filament kann viele Druckprobleme zur Folge haben.
Gibt es Alternativen zu ABS?
Als gute Alternative zu ABS haben sich mittlerweile PETG und ASA herausgestellt. Sie besitzen gleiche bzw. bessere mechanische Eigenschaften und lassen sich deutlich einfacher drucken.
Ist ABS-Filament UV-beständig?
Nein - ABS Filament ist nicht UV-beständig. Die 3D-geruckten Bauteile verlieren bei dauerhafter Sonneneinstrahlung ihre guten mechanischen Eigenschaften, werden instabiler und verfärben sich mit der Zeit.
Eine UV-beständige Alternative wäre das ASA Filament.
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