In der Welt des 3D-Drucks gab es in der Vergangenheit schon viele verschiedene Trends. Manche sind geblieben, manche sind schnell wieder verschwunden. Weil jeder etwas vom Kuchen abhaben möchte, sind von Zeit zu Zeit verschiedenste Akteure aktiv.
Angefangen haben Entwickler mit organischen Designs bzw. bionisch optimierte Bauteile, die aussehen, als seien sie aus einer anderen Welt. Dabei sollten Bauteile auf ihre Lastwege optimiert werden und unnötiges Material wegfallen. Bis heute beeindrucken die teilweise alienartigen Strukturen. Doch treten einmal Belastungen bei diesen Teilen auf, die in eine andere Richtung wirken, schon funktioniert das gesamte Bauteil nicht mehr.
Dieser Designtrend wurde durch 3D-Drucker einfach realisierbar. Durch den schichtweisen Aufbau lassen sich diese organischen Formen vergleichsweise einfach herstellen. Genau da setzt der nächste Trend an: 3D-Drucker müssen über immer mehr Technik verfügen. Teilweise sind diese wirklich hilfreich und erhöhen Effizienz und Qualität spürbar und senken die Fehlerrate. Aber teilweise stelle ich fest, dass es sich mehr oder weniger um ein Wettrüsten handelt. Wer hat die meisten Kameras im Druckraum, wer hat die meisten Feuermelder integriert, wer baut den stabilsten Rahmen und wer hat das komplizierteste Ritzel zur besseren Materialförderung (natürlich mit 20.000 Extrusionsdrehmomentregelungen pro Sekunde). Dann kommen in den Drucker noch Laserschneidanlagen und Stifthalter (warum auch immer) hinein. Als Ingenieur kann man über diese teilweise Überdimensionierung und 3D-Druck-Wettrüsten nur den Kopf schütteln.
Während sich die Druckerhersteller hier in verschiedensten Richtungen noch überbieten, haben die Slicer-Software-Entwickler ihren Trend scheinbar etwas gebremst, indem man mit einer Fülle von kleinsten Einstellungen jede Bewegung genauestens einstellen kann. Jeder noch so einfache 3D-Druck wurde wegen komplexer Slicer zu einer eigenen wissenschaftlichen Aufgabe. Bestes Beispiel: Infillmuster. Vorab: Ein Infillmuster ist nach dem Druck von außen nicht mehr sichtbar. Und zur Stabilität trägt im wesentlichen die Wanddicke (bzw. Anzahl der Wandlinien/Perimeter), Top/Bottom-Schichten und Infill-Dichte bei. Es gibt Slicer, die über 20 unterschiedliche Infillmuster haben, die weder wesentlich zur Festigkeit, noch zur Optik beitragen. Es ist aus Ingenieursseitiger-Sicht nicht erklärbar, warum der Slicer-Trend dazu ging, Muster wie Rectilinear, Aligned Rectilinear, Zig Zag, Cross Zag, Grid, Triangles, Tri-hexagon, Cubic, Adaptive Cubic, Quarter Cubic, Support Cubic, Lightning, Honeycomb, 3D Honeycomb usw anzubieten. Das verunsichert eher als dass es den Nutzern hilft.
Screenshot von Google Trends weltweit der letzten 12 Monate zu CF-Filamenten.
Nachdem sich Bauteildesigner, Slicer-Entwickler und 3D-Druck-Entwickler mit neuen, teilweise völlig unnötigen, Trends überboten haben, scheint sich bei den Filamentherstellern etwas zu tun. Als Werkstoffwissenschaftler muss ich hier eine deutliche Meinung vertreten: Es ist schon interessant, dass trotz eines Überangebots an FDM-Filamenten noch weitere regionale Hersteller in der Garage/Werkstatt ihre eigenen Filamente herstellen und gegen den Weltmarkt versuchen anzutreten, die das seit Jahren extrem kostengünstig mit hoher Qualität tun (ja, auch wenn Filament aus Asien kommt!). Es kommt auch innerhalb der Kunststoffauswahl zu einem Trend, der aus Werkstoffwissenschaftlicher Sicht mehr als unsinnig bezeichnet werden muss.
Nun wird als neuer Trend von den Filamentherstellern (neben des existierenden Filament-Überangebots) noch Kohlefasern (Carbon Fiber, kurz CF) eingemischt. Dabei ist die Festigkeit nicht zu vergleichen mit Langfasern, die zu einer deutlichen Festigkeit führen. In den Filamenten sind nur sehr kleine Fasern, die mit Orientierung das Kunststoffpolymer besser zusammenhalten. Dies soll eine höhere Festigkeit, Temperaturstabilität und eine matte “technische” Optik vermitteln und verkaufen. Und ein Blick auf Google Trends zeigt, dass tatsächlich eine erhöhte Nachfrage nach CF-Filamenten weltweit erkennbar ist.
Während CF in Kombination mit bestimmten technischen Thermoplasten absolut Sinn ergibt, gibt es aber auch bedenkliche Angebote, die einfach nur als Schrott und unseriöse Verkaufstaktik der Filamenthersteller bezeichnet werden muss.
PLA-CF: PLA ist einfach zu verarbeiten. Aber Kohlefasern bringen hier kaum erkennbare Vorteile. Das Basispolymer ist immer noch PLA und damit nicht für höhere Temperaturen ausgelegt. Der Kunststoff wird damit eher Steifer und Spröder. Zudem nutzt er die Messingdüse (wenn eine eingesetzt wird) durch die C-Fasern ab.
PETG-CF: PETG wird häufig wegen der sehr guten Zähigkeit genutzt. Durch die C-Fasern wird das Material tendenziell eher steifer und brüchiger. Lediglich die Maßhaltigkeit wird dadurch etwas besser.
TPU-CF / TPE-CF: TPU wird wegen der Flexibilität und Dämpfung genutzt. Die C-Fasern nehmen jedoch diese Flexibilität und erhöhen die Steifigkeit.
ABS-CF / ASA-CF: Beide Basispolymere haben eine gute Materialzähigkeit. Die Kohlefasern darin machen das Material jedoch eher Rissanfälliger und weniger Schlagstabil.
Wir sollten uns daher nicht zu sehr von neuen Trends beeinflussen lassen. Wenn etwas heute funktioniert, dann wird es auch in Zukunft sehr gut funktionieren.