PP Filament: Der perfekte Werkstoff für funktionale Prototypen
Polypropylen (PP) ist ein synthetischer Kunststoff, der durch die Polymerisation von Propen entsteht. Er gehört zur Gruppe der Polyolefine und ist einer der am häufigsten verwendeten Kunststoffe weltweit.
Seine Kombination aus Härte, Flexibilität, Hitzebeständigkeit und chemischer Beständigkeit macht PP zu einem äußerst vielseitigen Kunststoff. Zudem ist er leicht zu verarbeiten und kostengünstig. Diese Eigenschaften machen PP zu einem idealen Material für eine Vielzahl von Anwendungen in unserem täglichen Leben. Von der Verpackung über Textilien bis hin zur Medizintechnik – PP ist ein unverzichtbarer Bestandteil unserer modernen Welt.
Im Spritzgussverfahren ist dieser Kunststoff weit verbreitet
Polypropylen ist ein umweltfreundlicher Kunststoff. Als lebensmittelechter Werkstoff kommt er in direktem Kontakt mit Nahrungsmitteln zum Einsatz. Seine geringe Dichte macht ihn zum idealen Material für leichte Bauteile. PP ist vollständig recycelbar und trägt so zur Nachhaltigkeit bei.
Polypropylen ist hitzebeständig und kann daher auch für heiße Flüssigkeiten verwendet werden.
Der 3D Druck von Polypropylen (PP) erfordert aufgrund seiner teilkristallinen Struktur eine anspruchsvolle Prozessführung. Im Gegensatz zu anderen Kunststoffen besitzt PP einen kleinen Schmelzbereich. Schwankungen der Prozesstemperatur können somit zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Bauteilqualität führen.
3D-Druck mit PP Filament
PP (Polypropylen) ist ein Material, dass aufgrund seiner Eigenschaften wie Hitzebeständigkeit, Flexibilität und Chemikalienbeständigkeit durchaus interessant für den 3D-Druck ist. Allerdings stellt es aufgrund seiner spezifischen Schmelz- und Abkühlcharakteristiken eine größere Herausforderung dar als beispielsweise PETG oder ABS.
Weiterhin ist PP sehr bruchfest und hat allgemein sehr gute mechanische Eigenschaften sowie eine hohe Chemikalien- und Temperaturstabilität. Bemerkenswert sind auch die geringe Dichte, seine Lebensmittelechtheit und vieles mehr.
Polypropylen zeigt eine ausgeprägte thermische Schwindung, was zu Verzug (Warping) von Bauteilen führen kann. Die geringe Oberflächenenergie erschwert die Haftung auf unbehandelten Druckbettoberflächen.
Trotz guter Chemikalienbeständigkeit gegenüber Säuren, Basen und Lösungsmitteln liegt das Einsatzgebiet von PP vor allem in der Herstellung flexibler Formteile. Die hohe elektrische Widerstandsfähigkeit prädestiniert PP auch für isolierende Anwendungen.
Obwohl Polypropylen (PP) grundsätzlich für Lebensmittel geeignet ist, wird für 3D-gedruckte Teile davon abgeraten. Das liegt daran, dass beim FDM-Druckverfahren feine Schichten übereinandergelegt werden. In diesen Schichten könnten sich kleine Poren bilden, in denen sich Bakterien festsetzen können.
PP wird erst ab einer Temperatur von ca. 125°C weich.
Die Kosten für PP Filament liegen im Durchschnitt bei 30-155€ pro KG.
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Allgemeine Eigenschaften
Polypropylen - PP
Materialgruppe | Thermoplastischer Kunststoff |
Dichte | 0,90g/cm³ |
Schlagzähigkeit | 2,7 J/cm² |
Zugfestigkeit | 30 N/mm² |
Bruchdehnung | 500% |
Flammbarkeit | sehr schwer entflammbar |
Witterungsbeständigkeit | normal |
Einsatztemperaturen (Dauereinsatz) | 0°C bis 80°C |
Mögliche Anwendungen von PP Filament
Die Kombination aus Flexibilität, Beständigkeit und Leichtigkeit prädestiniert PP Filament für eine Vielzahl von Anwendungen. Die wichtigsten Einsatzgebiete im Überblick:
Getriebeteile, Lager, Scharniere, Schutzhüllen für Elektronikbauteile, Griffe, Knöpfe, Halterungen, Schutzteile, Orthesen
Vor-und Nachteile von PP Filament
Vorteile:
Nachteile:
Vorüberlegung beim 3D-Druck mit PP Filament
3D-Drucker Voraussetzungen:
1. Beheiztes Druckbett
Beim 3D-Druck mit PP Filament ist ein beheizbares Druckbett die Grundvoraussetzung. Nur so haften die Bauteile auch richtig auf dem Druckbett.
2. Druckbett Beschichtung / spezielles Druckbett
Um eine gute Haftung zu gewährleisten und Verzug zu minimieren, empfiehlt sich die Verwendung von speziellen Druckbetten oder ein für PP Filament hergestelltes Haftmittel, zum Beispiel Magigoo PP.
Mit PEI-, P-surface 141 oder Build-Tak -Druckbettplatten konnten in der Vergangenheit gute Ergebnisse erzielt werden.
3.Geschlossener Druckraum (empfehlenswert)
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, was gerade bei PP Filament der häufigste Druckfehler ist.
Welches Support-Material eignet sich für PP Filament?
Als Support-Material gut geeignet ist HIPS Filament, da es etwa die gleichen Extrusionstemperaturen benötigt. Jedoch habe ich selbst noch keine Erfahrungen damit sammeln können.
Es gibt von der Firma PPprint ein spezielles Support-Material P-support 279 natural, was jedoch für den Privatgebrauch mit 233,33€ pro Kg sehr kostenintensiv ist.
Lagerung:
PP 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:
Da PP Filament nur sehr wenig Feuchtigkeit aufnimmt, brauchst du das Material in der Regel auch nicht trocknen.
Sicherheit:
Beim Druck von PP Filament entstehen Dämpfe, diese können je nach Konzentration Kopfschmerzen und andere Gesundheitsprobleme auslösen. Ob diese gefährlich sind, ist von verschiedenen Faktoren und deinem Gesundheitszustand abhängig. Ein geeigneter Raum mit regelmäßiger Frischluftzufuhr ist daher immer zu empfehlen, genau wie bei den anderen Materialien.
Welche Slicing-Einstellungen verwende ich für PP Filament?
Auch bei diesen Ausführungen kann es sich wieder nur um Empfehlungen handeln.
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 (220°C - 240°C)
Beim Drucken mit PP Filament werden normale Drucktemperaturen zwischen 220-240°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 (80°C - 105°C)
Beim Druck mit PP Filament ist ein beheizbares Druckbett unabdingbar. Es sorgt für die richtige Druckbetthaftung deines Bauteils.
Der Temperaturbereich zwischen 80°C und 105°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.
Um eine gute Haftung zu gewährleisten und Verzug zu minimieren, empfiehlt sich die Verwendung von speziellen Druckbetten oder eine für PP Filament hergestelltes Haftmittel zum Beispiel Magigoo PP.
Mit PEI-, P-surface 141 oder Build-Tak -Druckbettplatten konnten in der Vergangenheit gute Ergebnisse erzielt werden.
Druckgeschwindigkeit (35mm/s - 70mm/s)
Um qualitativ hochwertige PP Bauteile zu erhalten, solltest du mittlere Druckgeschwindigkeiten zwischen 35mm/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 - 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 15mm/s bis 20mm/s habe ich gute Erfahrungen gemacht.
Gerade bei scharfen Ecken konnte ich dem „Warping“ so entgegenwirken.
Kühlung (10% - 60%)
Der Lüfter für dein Druckobjekt sollte während des Drucks mit PP Filament nur auf geringer bis mittlerer Stufe laufen (10-60%).
Generell kann man empfehlen, PP mit ausgeschaltetem Bauteillüfter zu drucken. Die Schichthaftung wird dadurch maximiert.
Aufgrund der hohen Schrumpfungsrate des PP 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 PP Filament.
Es ist ratsam, mit einer geringen Fülldichte von 15-30% zu arbeiten. Das verringert die Spannungen im Bauteil.
Eine gute Möglichkeit, die Stabilität der 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 PP Material nur geringfügig überschritten werden, da sich sonst zu viel Spannung zwischen den einzelnen Schichten aufbaut. Die Folge wären unschöne gespaltene 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
Die gute Druckbetthaftung ist bei PP Material eine besonders große Herausforderung.
Der richtige Abstand zwischen Druckbett und Druckdüse ist dabei außerordentlich wichtig. Neben den schon oben genannten speziellen Druckbettplatten und Klebemitteln, kannst du in deinem Slicer Programm zusätzliche Funktionen wie Raft und Brim einschalten.
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 PP 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.
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Häufige Druckfehler beim 3D-Druck mit PP Filament
Was tun bei Warping(Verzug)?
Aufgrund unzureichender Haftung und ungleichmäßiger Abkühlung des PP 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 PP 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 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 PP Filament
Eigenschaften von PP wie Flexibilität und Wärmebeständigkeit eröffnen vielfältige Möglichkeiten für die Nachbearbeitung. Gedruckte Werkstücke können problemlos gesägt, gefräst und oberflächenbehandelt werden, beispielsweise durch Lackieren oder Bemalen. Die glatte, chemisch resistente Oberfläche stellt jedoch eine Herausforderung dar, wenn es um das Verkleben oder eine mechanische Bearbeitung wie Polieren oder Schleifen geht.
Wichtige Fragen zum PP Filament
Ist PP Filament giftig?
Nein, PP-Filament wird im Allgemeinen nicht als giftig eingestuft. Polypropylen (PP) ist ein Kunststoff, der aufgrund seiner Eigenschaften wie Hitzebeständigkeit, Flexibilität und Lebensmittelechtheit häufig für den 3D-Druck verwendet wird.
Es ist nicht giftig, erzeugt jedoch während des thermischen Prozesses „3D-Druck“ winzige Mikropartikel und gesundheitsschädliche Dämpfe. Diese sind aber nicht so stark wie beispielsweise beim ABS Filament.
Ein geeigneter und gut durchgelüfteter Raum sollte beim 3D-Druck von PP Filament vorhanden sein. Nicht geeignet sind daher Wohnräume, in denen man sich gemeinsam mit Familie und Kindern aufhält.
Was ist PP Filament?
PP Filament ist ein vielseitiges Material für den 3D-Druck, dass sich durch seine Lebensmittelechtheit, Flexibilität und Robustheit auszeichnet. Es eignet sich für eine breite Palette von Anwendungen, sowohl im privaten als auch im gewerblichen Bereich.
Kann man PP drucken?
Ja, man kann PP (Polypropylen) drucken, allerdings erfordert es etwas mehr Erfahrung und spezielle Einstellungen im Vergleich zu anderen Filamenten wie PLA oder ABS.
Besonders das Warping spielt beim Druck von PP Filament eine entscheidende Rolle.
Ist PP Filament lebensmittelecht?
Ja - Obwohl Polypropylen (PP) grundsätzlich für Lebensmittel geeignet ist, wird für 3D-gedruckte Teile davon abgeraten. Das liegt daran, dass beim FDM-Druckverfahren feine Schichten übereinandergelegt werden. In diesen Schichten können sich kleine Poren bilden, in denen sich Bakterien festsetzen könnten.
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