ABS CF10 – was ist das eigentlich?

Beim 3D-Druck denken viele zuerst an Plastik. Das ist auch nicht falsch, denn in den Anfängen des 3D-Drucks wurde mit einfachen Polymeren wie PLA gedruckt. Seit dieser Zeit wurden die Materialien enorm weiterentwickelt und es gibt für nahezu jeden Anwendungsbereich ein passendes 3D-Druck Material. In unserem heutigen Blogbeitrag stellen wir Ihnen den Verbundwerkstoff ABS-CF10 genauer vor.

Vom einfachen Spielzeugfrosch zum stabilen Rennsport-Bauteil

1988 stellte der Gründer von Stratasys S. Scott Crump mit einer Heißklebepistole einen Spielzeugfrosch für seine Tochter her, indem er Schicht für Schicht geschmolzenes Plastik übereinanderlegte. Er mischte dazu Wachs mit Kunststoff und auch wenn das Ergebnis eher nach geschmolzenem Plastik als nach einem Frosch aussah erfand er damit das 3D-Druckverfahren FDM (Fused Deposition Modeling).

Für den FDM (oder FFF – Fused Filament Fabrication) Druck, um den es hier gehen soll, betrachten wir eine Gruppe Polymere die man auch Thermoplaste nennt. Thermoplastische Polymere schmelzen bei einer bestimmten Temperatur, lassen sich dann verformen und härten nach dem Abkühlen wieder aus.

Aber kurz zurück zu den Polymeren. Die Vorsilbe „Poly“ bedeutet, dass der Kunststoff aus mehreren Monomeren besteht, „Mono“ steht hierbei für allein, einzig. Man unterscheidet dabei unterschiedliche Gruppen:

• Homopolymere: das Polymer besteht aus einer Monomereinheit, Beispiele wären Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polyvinylchlorid (PVC)
• Copolymere: das Polymer besteht aus zwei oder mehr Monomereinheiten, Beispiele wären Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder Polyurethan (PU)
• Mischungen aus unterschiedlichen Polymeren wie beispielsweise PA6/PA66 oder PE/PP

Alle diese Materialien haben unterschiedliche Eigenschaften und der Einsatzzweck bestimmt hier die manchmal nicht leichte Auswahl. PLA ist einfach zu drucken und günstig, ABS ist glatt, langlebig und hitzebeständig, ASA ist ähnlich wie ABS aber zusätzlich UV-beständig, PA (Nylon) abriebfest, belastbar und schlagfest, um nur einige zu nennen. Bei den Mischungen aus unterschiedlichen Polymeren, auch Blends genannt, werden die Eigenschaften der vermischten Materialien kombiniert. PC-ABS vereint beispielsweise die Festigkeit und Hitzebeständigkeit von PC mit den bereits genannten Vorzügen von ABS.

Verbundwerkstoffe und ihre Vorteile

Seit geraumer Zeit kam nun eine völlig neue Gruppe Materialien für den 3D Druck hinzu, die sogenannten Verbundwerkstoffe oder Composite Materialien. Hierbei handelt es sich zumeist um faserverstärkte Polymere. Bei dem hier vorgestellten ABS-CF10 von Stratasys handelt es sich um ein ABS-Material welches mit einem Karbonfaseranteil von 10% verstärkt wurde. Karbon- oder Kohlenstofffasern kommen immer dann zum Einsatz, wenn höchste Ansprüche an eine hohe Steifigkeit, bei gleichzeitig geringem Gewicht, gestellt werden, wie zum Beispiel im Rennsport.

Die Karbonfasern sind hierbei „gehackt“ und in kleinen Stücken dem ABS beigemischt. Das Composite-Material kann wie gewohnt im FDM-Verfahren gedruckt werden. Hierfür wird lediglich eine gehärtete Düse verwendet, da die Karbonfasern abrasiv sind und eine Standarddüse zu schnell verschleißen würde.

Eine andere Möglichkeit  ist die Verwendung von Kohlenstoff-Endlosfasern, die nebeneinander zur Schicht des Polymers gelegt werden und die höchste Steifigkeit in der X- und Y-Achse bietet. Hierdurch ergeben sich jedoch gleichzeitig Einschränkungen bei der Geometriefreiheit des Bauteils.

Der Stratasys Verbundwerkstoff ABS-CF10 wird wie gewöhnliches ABS gedruckt und verwendet das laugenlösliche Stützmaterial QSR für komplexe Geometrien, mit engsten Radien und erhöhter Steifigkeit in allen 3 Achsen. Die folgende Grafik veranschaulicht das Biegemodul (Steifigkeit) und die Zugfestigkeit im Vergleich zu Polymeren:

Für welche Anwendungen eignet sich das Material nun am besten?

ABS-CF10 ist besonders gut geeignet für komplexe Prüflehren, weil es die nötige Steifigkeit besitzt, sich nicht zu verformen. Diese Steifigkeit ist genauso wichtig bei Werkzeugen wie Schweißteilvorrichtungen sowie für Ausrichtungs- und Passprüfungen.

Der größte Vorteil besteht bei Bauteilen, die üblicherweise aus Aluminium hergestellt werden, wie beispielsweise Endeffektoren für Roboterarme, Bohrschablonen und Fixierwerkzeuge. Der Endeffektor aus ABS-CF10 ist nicht nur deutlich günstiger und schneller produziert als sein Pendant aus Aluminium, sondern auch deutlich leichter, was die Nutzlast des Roboterarms erhöht.

Wenn Sie sich von den Vorteilen des Verbundwerkstoffs ABS-CF10 überzeugen und im persönlichen Gespräch mehr darüber erfahren möchten, begrüßen wir Sie gerne in unserem 3D-Druck DemoCenter in Butzbach.