ABS war in den Anfängen des FDM-3D-Drucks ein typisches Material und galt lange Zeit als Standard für die Herstellung von technischen Teilen. PLA und PETG haben aufgrund ihrer einfachen Druckbarkeit zwar an Boden gewonnen, decken aber nicht alle Anforderungen ab, insbesondere wenn ein Teil Stößen standhalten oder bei niedrigen Temperaturen verwendet werden muss.
ABS wird nach wie vor häufig in der Industrie eingesetzt und ist auch heute noch von großem Interesse, sofern bestimmte Druck- und Sicherheitsanforderungen erfüllt werden.
In diesem Artikel werden wir die technischen Eigenschaften von ABS, seine Anwendungsbereiche, gute Druckverfahren und die Elemente, die für eine effiziente Verwendung berücksichtigt werden sollten, betrachten.
Was ist ABS
ABS, für Acrylnitril-Butadien-Styrol, ist ein thermoplastisches Polymer, das häufig im 3D-Druck und in der Industrie verwendet wird.
Es handelt sich um ein Terpolymer, das durch die Kombination von drei Monomeren gebildet wird: Acrylnitril, Butadien und Styrol. Diese besondere Struktur verleiht ABS ein gutes Gleichgewicht zwischen Steifigkeit, Wärmebeständigkeit und ausgezeichneter Schlagfestigkeit.
Auf mikroskopischer Ebene besteht ABS aus einer SAN-Matrix (Styrol-Acrylnitril) mit darin verteilten Polybutadien-Knollen, die die Fähigkeit des Materials verbessern, Energie zu absorbieren und die Ausbreitung von Rissen zu begrenzen.
Aufgrund dieser Eigenschaften ist ABS-Filament auch heute noch ein bevorzugtes Material für die Herstellung von Funktionsteilen im 3D-Druck.
Zu Lehrzwecken erzeugtes Bild.
ℹ️ Diese Illustration wurde von echten elektronenmikroskopischen (TEM) Beobachtungen von ABS inspiriert.
Um das Urheberrecht zu respektieren und die direkte Verwendung von geschützten Bildern zu vermeiden, haben wir uns entschieden, unser eigenes Lehrbild zu erstellen.
Um eine echte TEM-Schliffbildaufnahme anzusehen, die die Struktur von ABS zeigt, können Sie den Originalartikel von Bernal et al. (1995) auf ResearchGate lesen.
In welchen Anwendungen findet man ABS?
ABS ist ein in der Industrie weit verbreitetes Material, vor allem in Bereichen, in denen Schlagfestigkeit, geringes Gewicht und Dimensionsstabilität im Vordergrund stehen. Man findet es in vielen Produkten des täglichen Bedarfs und in speziellen technischen Anwendungen.
In der industriellen Fertigung :
- Automobilkomponenten (Fahrzeuginnenräume, Abdeckungen, Befestigungselemente, Lüftungsgitter, Armaturenbrettverkleidungen): Seine gute Schlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen und seine leichte Bearbeitbarkeit machen es zu einem langjährigen Standard in diesem Bereich.
- Elektronikgehäuse und Haushaltsgeräte (Gehäuse von Fernbedienungen, Netzteilen, Kaffeemaschinen, Staubsaugern, Haartrocknern, Druckern): ABS wird wegen seiner hervorragenden Dimensionsstabilität, der einfachen Formbarkeit und der guten Wärmebeständigkeit verwendet.
- Spielzeug, Werkzeuge, Alltagsgegenstände (Bausteine, Kinderwerkzeuge, Koffer, Clip-On-Teile, Aufbewahrungsfächer): ABS ermöglicht die Herstellung von langlebigen, steifen und leichten Teilen. Es ist insbesondere das Material, das für die berühmten LEGO®-Bausteine verwendet wird.
Im 3D-Druck eignet sich ABS-Filament für :
- Funktionale und technische Teile, die Stößen oder dem Einsatz in leicht belastenden Umgebungen ausgesetzt sind.
- Prototypen von Spritzgussteilen, da ABS selbst häufig im Spritzgussverfahren verwendet wird, was eine gute Kontinuität zwischen Prototypen und Produktion ermöglicht.
- Objekte, die nachbehandelt werden müssen (Schleifen, Bohren, Lackieren, Glätten mit Aceton), insbesondere in den Bereichen Design-Prototyping oder Modellierung.
- Teile, die geklebt oder mechanisch zusammengebaut werden müssen, aufgrund seiner guten Bearbeitbarkeit.
Die Eigenschaften von ABS für den 3D-Druck
Schlüsselleistungen und -eigenschaften :
ABS ist ein Material, das wegen seiner Vielseitigkeit und seines mechanischen Verhaltens geschätzt wird. Hier sind seine wichtigsten Eigenschaften :
- Gute Steifigkeit
- Ausgezeichnete Dimensionsstabilität
- Korrekte mechanische Beständigkeit, insbesondere gegen Stöße bei niedrigen Temperaturen
- Kratzfestigkeit
- Leicht (Dichte ≈1,05 g/cm³)
- Temperaturbeständigkeit bei Dauergebrauch bis 80 °C
- Einfach zu bearbeiten (Bohren, Gewindeschneiden etc.)
- Einfaches Glätten und Kleben mit Aceton
- Erschwinglicher Preis
Zu berücksichtigende Punkte :
- Adhäsion zwischen Schichten schwieriger als bei anderen Materialien
- Starke Verzerrung beim Drucken (Warping)
- UV-empfindlich: neigt im Freien zum Vergilben
- Amorphes, aber undurchsichtiges Material aufgrund der zwei konstituierenden Phasen (SAN-Matrix und Butadien-Knollen)
- Styrolemissionen beim Drucken, eine als möglicherweise krebserregend eingestufte Substanz (IARC-Gruppe 2B)
Wie druckt man ABS?
Um den Druck zu optimieren :
- Verwenden Sie einen Drucker mit geschlossener Kammer, um die Umgebungstemperatur um den Raum herum zu stabilisieren und das Warping zu begrenzen.
- Schützen Sie die Schale mit einer geeigneten Haftlösung (Spray, PEI-Folie, BuildTak® usw.), um ein Ablösen zu verhindern.
- Reduzieren Sie die Belüftung: Eine zu schnelle Abkühlung fördert Schrumpfungen und Risse.
- Bei komplexen Teilen oder Teilen mit großer Kontaktfläche sollten Sie Brims oder Rafts verwenden.
- Durch eine Verringerung der Druckgeschwindigkeit lässt sich die Haftung zwischen den Schichten verbessern.
Massive Teile: Vorsicht bei der Differenzialkühlung
Beim Drucken von großen Teilen profitieren die unteren Schichten von der Wärme der Druckplatte, während die oberen Schichten schneller abkühlen. Dies führt zu inneren Spannungen und fördert die Rissbildung.
Ein beheizter oder temperaturgesteuerter Raum ermöglicht es, diese Temperaturunterschiede zu begrenzen und den Zusammenhalt der Schichten über die gesamte Höhe zu verbessern.
Welche Risiken birgt der 3D-Druck mit ABS?
Bei Raumtemperatur gilt ABS als stabil, ohne besondere Toxizität für den Benutzer. Beim Erhitzen, insbesondere beim Drucken, kann es jedoch Styrol, das von der IARC als mögliches Karzinogen eingestuft wird, und ultrafeine Partikel freisetzen.
Zum sicheren Drucken von ABS :
- Einen geschlossenen Raum verwenden
- Effektive Filterung vorsehen(Typ HEPA + Aktivkohle)
- Nach dem Drucken systematisch lüften
- Vermeiden Sie Orte, an denen Sie leben
- Überprüfen Sie den Zustand und die Wartung des Filtersystems.
- Begrenzen Sie die Exposition in gemeinsam genutzten Räumen (Klassenzimmer, Büros, Fablabs...).
PLA, PETG, ABS, ASA: Welches Filament sollte man wählen?
Je nach Anwendung eignen sich bestimmte Polymere besser als andere. Eine kurze Zusammenfassung der wichtigsten Unterschiede zwischen PLA, PETG, ABS und ASA :
Schlussfolgerung
ABS ist nach wie vor eine interessante technische Lösung für stoßfeste Teile, insbesondere bei Kälte, die leicht nachbehandelt oder bearbeitet werden können. Es erfordert jedoch strengere Druckbedingungen, um die Sicherheit des Anwenders und die Qualität des Drucks zu gewährleisten.
Bibliografie
- INRS - Nationales Institut für Forschung und Sicherheit.
Toxikologisches Merkblatt Nr. 105: Acrylnitril.
https://www.inrs.fr/publications/bdd/fichetox/fiche.html?refINRS=FICHETOX_105 - Bernal C., Frontini P., & al.
Mikrostruktur, Deformation und Bruchverhalten von kommerziellen ABS-Harzen.
Polymer Engineering & Science, 1995.
https://www.researchgate.net/publication/229904621_Microstructure_deformation_and_fracture_behavior_of_commercial_ABS_resins - Seelig T., Van der Giessen E.
Effects of microstructure on crack tip fields and fracture toughness in PC/ABS polymer blends.
https://www.researchgate.net/publication/30494524_Effects_of_microstructure_on_crack_tip_fields_and_fracture_toughness_in_PCABS_polymer_blends - MDPI Polymers (Polymere)
Review-Artikel über ABS-Kunststoffe.
https://www.mdpi.com/2073-4360/14/10/2105 - Alveo3D - Filtrationslösungen für den 3D-Druck.
https://www.alveo3d.com/en/shop/ - Omnexus - SpecialChem
Selection Guide: Acrylonitril Butadiene Styrene (ABS) Plastic - Key Applications.
https://omnexus.specialchem.com/selection-guide/acrylonitrile-butadiene-styrene-abs-plastic/key-applications - Francofil
Additive Fertigung: Die in FDM (Fused Deposion Modeling) verwendeten Polymere
Interne Schulung, die 2022 auf Anfrage von NextMove durchgeführt wurde.
