PC Filament - Extrem harter Kunststoff der schwer entflammbar ist.
Polycarbonat ist ein thermoplastischer Kunststoff, dessen Herstellungsverfahren in den 1950er Jahren vom deutschen Unternehmen Bayer AG patentiert wurde.
Hergestellt wird er durch Polykondensation von Bisphenol A und Phosgen, einer organischen und einer chemischen Komponente.
Polycarbonat ist ein äußerst widerstandsfähiges Material, dass sich ideal für den Einsatz in der Industrie eignet. Ausschlaggebend dafür sind seine hervorragenden Eigenschaften wie Schlagzähigkeit, Hitzebeständigkeit und Transparenz.
Als einer der härtesten Kunststoffe, die es zurzeit auf dem Markt gibt, ist Polycarbonat besonders stoßfest. Trotz seiner Härte ist dieser Kunststoff sehr anfällig gegenüber Kratzern.
PC wird in der Baustoffklasse 1 eingestuft und ist sehr schwer entflammbar.
In der Industrie findest du dieses Material als Hauptbestandteil in CDs, DVDs und Blue Ray Discs oder als kugelsicheres Glas sowie in Tauchmasken, Autoscheinwerfern oder Touchscreens.
Dieser Kunststoff hat ähnliche Eigenschaften wie Plexiglas (PMMA) mit dem entscheidenden Vorteil, dass er im Ernstfall weder zersplittert noch zerbricht.
PC ist beständig gegenüber zahlreichen Fetten, Ölen und verdünnten Säuren.
Ein Wehrmutstropfen bei diesem Material ist allerdings seine schlechte Beständigkeit gegenüber Basen und Ketonen (z.B. Aceton).
3D-Druck mit PC Filament
PC Filament wird den technischen Materialien zugeordnet, da es sehr verschleißfest und formstabil ist. Er besitzt eine hohe Schlagzähigkeit und ist dabei enorm biegsam. Dadurch wird es möglich, hohen Zugkräften standzuhalten.
Polycarbonat druckt sich relativ schwierig, da keine großen Temperaturen beim Druckvorgang notwendig sind. Ein großes Problem ist das „Warping“. Einige Filamenthersteller haben deshalb versucht, dieses Problem mit Zusätzen im Filament zu reduzieren.
Die mechanischen Eigenschaften sind aber durchaus herausragend. Man sollte jedoch eine gewisse Erfahrung im 3D-Druck aufweisen. Sonst kann es schnell frustrierend werden.
Polycarbonat ist sehr anfällig gegenüber Wasser. Dies hat wiederum enormen Einfluss auf seine technischen Eigenschaften. Daher ist es auch hier wieder äußerst wichtig, das Filament trocken und UV- geschützt zu lagern.
Wird das PC Filament über einen längeren Zeitraum UV-Strahlen ausgesetzt, kann es spröde werden und brechen. Dies kann einen Druckabbruch zur Folge haben.
Ein wichtiger Punkt bei der Arbeit mit PC Filament ist die Frischluftzufuhr im Raum. Aufgrund der beim Erhitzen entstehenden Dämpfe werden die Atemwege gereizt. Wenn man nicht darauf achtet, kann es zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen.
Polycarbonat wird erst ab einer Temperatur von 115° C weich.
Die Kosten für PC Filament liegen im Durchschnitt bei 30-80€ pro KG.
Allgemeine Eigenschaften
Polycarbonat (PC)
Materialgruppe | Thermoplastischer Kunststoff |
Dichte | 1,22g/cm³ |
Schlagzähigkeit | 0,75 J/cm² |
Zugfestigkeit | 55-75 N/mm² |
Bruchdehnung | 4-100% |
Flammbarkeit | sehr schwer entflammbar |
Witterungsbeständigkeit | gering(nur mit UV-Stabilisatoren) |
Einsatztemperaturen (Dauereinsatz) | -80°C bis 115°C |
Mögliche Anwendungen von PC Filament
Aufgrund seiner großartigen mechanischen Eigenschaften ist PC vielseitig einsetzbar. Besonders seine hohe Festigkeit und die gute Wärmebeständigkeit sind die bedeutendsten Aspekte von Polycarbonat.
Die wichtigsten Einsatzgebiete sind deshalb:
Gehäuse für technische Geräte, Schaltungen etc., Verschiedene Dekoartikel,CD-, DVD- und Blu-Ray-Rohlinge, Funktionale Prototypen, Sichtschutzelemente, Campinggeschirr, Sicherheitsglas, Drohnen, Ferngesteuerte Autos, Klarsichtteile für Prototypen, Teile und Modelle, die großer Hitze und Belastung ausgesetzt sind.
Vor-und Nachteile von PC Filament
Vorteile:
Nachteile:
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Vorüberlegung beim 3D-Druck mit PC Filament
3D-Drucker Voraussetzungen:
1. Beheiztes Druckbett
Beim 3D-Druck mit PC 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, wofür gerade PC Filament sehr anfällig ist.
Welches Support-Material eignet sich für PC Filament?
Als Support-Material gut geeignet ist HIPS Filament, da es ungefähr mit der gleichen
Extrusionstemperatur verarbeitet wird.
Lagerung:
Polycarbonat 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 doch Feuchtigkeit aufgenommen haben, so 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 PC liegt bei ca. 80-90°C und 4-6 Stunden Umluft.
Bitte teste vorher mit einem kleinen Stück Filament, ob es so passt, bevor die ganze Rolle im Ofen schmilzt.
Sicherheit:
Beim Druck von PC Filament 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 PC Filament?
Es sei erwähnt, dass es sich bei 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 (250°C - 310°C)
Beim Drucken mit PC Filament werden hohe Drucktemperaturen zwischen 250-310°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 (95°C - 125°C)
Beim Druck mit PC Filament ist ein beheizbares Druckbett unabdingbar. Es sorgt für die richtige Druckbetthaftung des Bauteils.
Der Temperaturbereich zwischen 95°C und 125°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 PC Material.
Druckgeschwindigkeit (30mm/s - 70mm/s)
Um qualitativ hochwertige PC-Bauteile zu erhalten, solltest du mittlere Druckgeschwindigkeiten zwischen 30mm/s und 70mm/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 (15mm/s - 30mm/s)
Damit die Haftung zwischen der ersten Schicht und dem Druckbett auch ausreicht, sollte eine geringe Druckgeschwindigkeit für die erste Schicht gewählt werden.
Mit 15mm/s bis 30mm/s habe ich gute Erfahrungen gemacht.
Gerade bei scharfen Ecken konnte ich dem „Warping“ so entgegenwirken.
Kühlung (0% - 20%)
Der Lüfter für dein Druckobjekt sollte während des Drucks mit PC-Filament nicht benutzt werden oder ggf. nur auf geringer Stufe laufen (0-20%).
Generell kann man empfehlen, PC mit ausgeschaltetem Bauteillüfter zu drucken. Die Schichthaftung wird dadurch maximiert. Generell wird Polycarbonat sehr schnell fest.
Aufgrund der hohen Schrumpfungsrate des PC-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 und ASA ist gerade das Warping ein häufiges Problem beim Druck mit PC.
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 PC-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 PC Filament 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 sehr 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 PC 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 PC-Material ist es wichtig, dass kein Luftstrom an das Bauteil gelangt. Nur so kann Warping vermieden werden.
Eine gutes Instrument, 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 PC Filament
Was tun bei Warping(Verzug)?
Aufgrund unzureichender Haftung und ungleichmäßiger Abkühlung des PC - Materials kann es vorkommen, dass sich das Bauteil verzieht und sich die Ecken von der Druckplatte ablösen.
Wenn das passiert, solltest du die Temperatur der Druckplatte erhöhen oder einen der genannten Haftverstärker nutzen.
Weiterhin kannst du auch hier zusätzlich einen Brim oder Raft drucken, um die Grundfläche des Bauteils zu vergrößern. 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 PC 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
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
Was tun bei Tropfen an den AUßenflächen?
Tropfen an der Außenhülle werden oftmals durch eine überhöhte Extrusionsmenge verursacht.
Während des Drucks kann es passieren, dass der 3D-Drucker den Materialfluss stoppt, zu einer anderen Position fährt und anschließend den Materialfluss wieder fortsetzt.
Der Fehler tritt dann genau an dieser Stelle auf. Dieses eher optische Problem kannst du mit einfachen Einstellungsänderungen beseitigen.
Zur Fehlerbehebung gibt es verschiedene Möglichkeiten:
- Drucktemperatur reduzieren
- Flussrate verringern
- Filamentdurchmesser prüfen
- Linienbreite reduzieren
- Rückzugsweg erweitern
- Rückzugsgeschwindigkeit erhöhen
- Coasting einschalten
- Druckgeschwindigkeit reduzieren
- Startpunkt manuell verändern
- Filament trocknen
Weitere Druckfehler schnell und effektiv beheben?
Nachbearbeitung von drucken aus PC Filament
Bauteile, die aus PC 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 PC–Material unbedingt beachtet werden muss, ist dessen Kratzanfälligkeit. Daher arbeite vorsichtig und wenn notwendig mit nassen Schleifmitteln.
Wichtige Fragen zum PC Filament
Ist PC Filament giftig?
Es ist nicht direkt giftig, erzeugt jedoch während des thermischen Prozesses „3D-Druck“ winzige Mikropartikel und gesundheitsschädliche Dämpfe, die aber deutlich geringer als beim ABS Filament sind.
Ein geeigneter und gut durchgelüfteter Raum sollte beim 3D-Druck von PC Filament immer vorhanden sein. Nicht geeignet sind daher Wohnräume, in denen man sich gemeinsam mit Familie und Kindern aufhält.
Ist PC Filament UV-beständig?
Nein - mit der Zeit vergilbt es und es wird spröde. Die mechanischen Eigenschaften nehmen schon nach kurzer Zeit deutlich ab.
Ein Ersatzmaterial für Außenanwendungen ist ASA Filament.
Wie hitzebeständig ist PC?
PC Filament hält je nach Zusammensetzung Temperaturen von bis zu 115°C aus.
Ist 3D-gedrucktes Polycarbonat kugelsicher?
Obwohl 3D-gedruckte Polycarbonatmodelle stabil sind, gibt es keine Hinweise darauf, dass sie kugelsicher sind.
Das Polycarbonat, dass für die Herstellung von kugelsicherem "Glas" verwendet wird, unterscheidet sich von dem, welches für den 3D-Druck angeboten wird.
PC Filament online kaufen
Hier findest du eine Übersicht, wo du PC Filament online kaufen kannst. Die Paltzierung erfolgt rein zufällig.
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