Die 10 hitzebeständigsten Materialien für den 3D-Druck

Eine der vielen Vorzüge des 3D-Drucks besteht in der Möglichkeit, direkt voll funktionsfähige Teile für eine große Bandbreite von Anwendungen herstellen zu können, die in verschiedenen Industriezweigen unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen arbeiten. So werden Teile, die mittels 3D-Druck hergestellt wurden, häufig in Hochtemperaturanwendungen eingesetzt.

Um den fehlerfreien Betrieb unter diesen Einsatzbedingungen gewährleisten zu können, müssen diese Teile aus hitzebeständigen Materialien gefertigt werden. In diesem Artikel werden einige der hitzebeständigsten 3D-Druckmaterialien für den Einsatz in Hochtemperaturanwendungen besprochen.

Die besten hitzebeständigen Materialien für den 3D-Druck

Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS)

ABS kann Temperaturen von bis zu 100°C standhalten. Es besitzt eine Wärmeformbeständigkeitstemperatur von 88-89°C und einen Schmelzpunkt von ca 200°C. ABS ist außerdem für seine Steifigkeit und Schlagzähigkeit bekannt. Daher eignen sich 3D-Druckteile aus ABS für Anwendungen mit hohen Belastungen. ABS weist eine Glasübergangstemperatur von 105°C auf und besitzt eine hohe Beständigkeit gegen wässrige Säuren, Phosphor- und Salzsäuren.

• 3D-Druckverfahren: Fused Deposition Modeling (FDM)
• Hauptmerkmale: Chemikalienbeständigkeit, Schlagzähigkeit
• Typische Anwendungen: Abfluss- bzw. Abfallrohre, Inhalatoren, Gehäuse für elektrische Bauteile

ULTEM 1010

Dieses Material besitzt unter den verfügbaren FDM Thermoplasten die höchste Hitzebeständigkeit, chemische Beständigkeit und Zugfestigkeit. ULTEM 1010 ist als transparente, intransparente und glasgefüllte Ausführung erhältlich. Es wird häufig für Sonderwerkzeuge für die Fertigung von Metall- oder Kunststoffteilen, medizinischen Hilfsmitteln und temperaturbeständigen Matrizen verwendet. 

Ultem 1010 ist ein Hochleistungsthermoplast aus Polyetherimid mit einem Schmelzpunkt von 340°C und einer Glasübergangstemperatur von 216°C. Es hat den niedrigsten Wärmeausdehnungskoeffizienten. Aufgrund der Zertifizierung bezüglich Biokompatibilität und dem Kontakt mit Lebensmitteln ist dieses Material hervorragend für die Lebensmittelindustrie geeignet.

• 3D-Druckverfahren: Fused Deposition Modeling (FDM)
• Hauptmerkmale: hervorragende Hitzebeständigkeit, Zugfestigkeit, niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient
• Typische Anwendungen: Medizinische Geräte, temperaturbeständige Formen

CE 221 (Cyanatester)

Dieses Material zeichnet sich durch seine Hitzebeständigkeit und Steifigkeit aus. Aufgrund seiner hohen Wärmeformbeständigkeit kann es bei Anwendungen mit hohen thermischen Anforderungen sicher eingesetzt werden.

Das Kunstharz CE 221 verfügt über eine hervorragende thermische Langzeitstabilität, eine Glasübergangstemperatur von etwa 225°C und eine Wärmeformbeständigkeitstemperatur von 231°C. Dieses Material kann hohen Drücken standhalten und kann mit einem hochpräzisen Oberflächenfinish ausgestattet werden.

• 3D-Druckverfahren: Carbon DLS
• Hauptmerkmale: temperaturbeständig, starr, hochdruckfest
• Typische Anwendungen: Industrieprodukte, Elektronikbauteile, Fluidverteiler

ULTEM 9085

Dieses Material besitzt ein hohes Festigkeits-Masse-Verhältnis, eine hohe Schlagzähigkeit und eine gute Hitzebeständigkeit. ULTEM 9085 ist schwer entflammbar. Es wird zur Fertigung von Prototypen und Werkzeugen für die Luft- und Raumfahrt und die Automobilindustrie eingesetzt. ULTEM 9085 besitzt eine Glasübergangstemperatur von 186°C und eine Wärmeformbeständigkeitstemperatur von 153°C.

ULTEM 9085 ist aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Festigkeit und seines geringen Gewichts für die Produktion von Funktionsteilen geeignet.

• 3D-Druckverfahren: Fused Deposition Modeling (FDM)
• Hauptmerkmale: Schwer entflammbar, hohe Schlagzähigkeit
• Typische Anwendungen: Halterungen, Vorrichtungen, Verbundwerkstoff-Formen

Polycarbonat (PC)

Dieses Material besitzt einen Schmelzpunkt zwischen 230°C und 260°C (in kristallisierten Form) und eine Glasübergangstemperatur von 147°C. Polycarbonat ist ein widerstandsfähiges, amorphes Material mit einer hohen Schlagzähigkeit, Strapazierfähigkeit und guten elektrischen Eigenschaften. Es kann in einem breiten Temperaturbereich eingesetzt werden und besitzt eine Wärmeformbeständigkeitstemperatur von 140°C. Polycarbonat wird für viele verschiedene Anwendungen eingesetzt, unter anderem zur Herstellung von Schutzhelmen, Linsen für Autoscheinwerfer und Panzerglas. 

• 3D-Druckverfahren: Fused Deposition Modeling (FDM)
• Hauptmerkmale: Lichtdurchlässig, Biegsamkeit
• Typische Anwendungen: Kunststoffgläser, Schutzausrüstung, Automobilbauteile

PEEK

Es besitzt eine hervorragende Chemikalienbeständigkeit, hohe mechanische Festigkeit und Maßhaltigkeit. Der Schmelzpunkt liegt bei 343°C und die Glasübergangstemperatur bei 143°C. PEEK kann seine Steifigkeit auch bei hohen Temperaturen erhalten und ist für Dauereinsätze bei Temperaturen von bis zu 170°C geeignet. Es kommt in der Luft- und Raumfahrt, der Öl- und Gas- und Halbleiterproduktion zum Einsatz.

• 3D-Druckverfahren: Fused Deposition Modeling (FDM)
• Hauptmerkmale: Chemikalienbeständigkeit, gute Steifigkeit, Dampf- und Wasserbeständigkeit
• Typische Anwendungen: Halbleiterkomponenten, Bauteile für Ventile und Pumpen, Maschinen zur Lebensmittelverarbeitung

PC – Like Heat Resist Translucent / Accura 48

Hierbei handelt es sich um einen hochtemperaturbeständigen Kunststoff, der sich vor allem für Anwendungen eignet, die eine hohe Festigkeit und Steifigkeit erfordern. Er wird in großem Umfang zur Fertigung von Prototypen für Elektronik- und Lichtkomponenten eingesetzt. Dieser Werkstoff erlaubt außerdem eine hohe Detailgenauigkeit. 

Bei einem Prüfdruck von 0,46 MPa weist PC-Like Heat Resist Translucent eine Wärmeformbeständigkeitstemperatur zwischen 70°C und 85°C auf. Dieser Wert kann durch thermische Nachbehandlung auf etwa 135°C verbessert werden.

• 3D-Druckverfahren: Stereolithographie (SLA)
• Hauptmerkmale: Temperaturbeständigkeit, hohe Festigkeit, Steifigkeit
• Typische Anwendungen: Elektronik- und Lichtkomponenten

Aluminium AlSi10Mg

Dieses Material besitzt eine hervorragende Festigkeit bei erhöhten Temperaturen (ca. 200°C). Aluminium AlSi10Mg ist beständig gegen Korrosion und kann leicht poliert werden. Außerdem besitzt es eine gute Bearbeitbarkeit, gute Hitzerissbeständigkeit und einen Schmelzpunkt von 670°C. Die Ermüdungsfestigkeit ist mit 110N/mm² ausgezeichnet.

Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich der Werkstoff für den Druck komplizierter Designs und wird häufig zur Fertigung von Teilen für Fahrzeuge, Maschinen und Flugzeuge eingesetzt. Bei Raumtemperatur besitzt es eine Zugfestigkeit von 450 MPa.

• 3D-Druckverfahren: Direktes Metall-Lasersintern (DMLS)
• Hauptmerkmale: leicht, belastbar
• Typische Anwendungen: Motoren, Antriebssysteme

Edelstahl 316L / 1.4404

Edelstahl 316L kann im Dauereinsatz bei Temperaturen von bis zu 550°C verwendet werden. Dieser Chrom-Nickel-Molybdän-Edelstahl besitzt einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt und einen Schmelzpunkt von 1400°C. Edelstahl 316L besitzt eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber chlorhaltigen Lösungen und nichtoxidierende Säuren. Aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit und Duktilität ist es ideal für verschiedene industrielle Anwendungen, unter anderem in der Luft- und Raumfahrt, Medizin und Automobilindustrie.

• 3D-Druckverfahren: Direktes Metall-Lasersintern (DMLS)
• Hauptmerkmale: Korrosionsbeständigkeit, Duktilität
• Typischen Anwendungen: Laborgeräte, Wärmetauscher, Schrauben und Muttern

Inconel 718 (Nickel-Chrom Superlegierung)

Hierbei handelt es sich um eine hochfeste Superlegierung auf Nickel-Chrom-Basis. Inconel 718 ist korrosions- und druckbeständig sowie beständig gegen hohe Temperaturen von bis zu 700°C. Der Schmelzpunkt liegt bei ca. 1400°C. Inconel 718 besitzt eine Zugfestigkeit von 1035 MPa. Dieser Werkstoff ist zwar spröde, lässt sich aber gut mit hartem Schneidwerkzeug bearbeiten. Er wird häufig in der verarbeitenden Industrie, in der Luft- und Raumfahrt und für militärische Ausrüstung eingesetzt.

• 3D-Druckverfahren: Direktes Metall-Lasersintern (DMLS)
• Hauptmerkmale: korrosionsbeständig, spröde, mechanische Festigkeit
• Typische Anwendungen: Gasturbinenteile, Verdichtergehäuse, Werkzeughalter

Eigenschaften hitzebeständiger 3D-Druckmaterialien

In der folgenden Tabelle werden die 10 besten hitzebeständigen Materialien für den 3D-Druck hinsichtlich Schmelzpunkt und Glasübergangstemperatur miteinander verglichen:

Material	Schmelzpunkt	Glasübergangstemperatur	Zugfestigkeit
ABS	200°C	105°C	42.5 – 44.8 MPa
ULTEM 1010	340°C	216°C	105 MPa
CE 221	–	225°C	92 MPa
ULTEM 9085	–	186°C	71.6 MPa
PC	230 – 260°C	147°C	60 MPa
PEEK	343°C	143°C	110 MPa
Aluminium AlSi10Mg	670°C	–	450 MPa
Edelstahl 316L	1,400°C	–	520 – 690 MPa
Inconel 718	1,370 – 1,430°C	–	965 MPa
PC – Like Heat Resist Translucent / Accura 48	Formbeständigkeitstemperatur bei 0,46 MPa mit thermischer Nachbehandlung: 170 – 250°C	Glasübergangstemperatur mit UV-Aushärtung und thermischer Nachbehandlung: 122°C	50 MPa

Preisvergleich der hitzebeständigen 3D-Druckmaterialien

Mit Hilfe der Xometry Plattform für Sofortangebote können wir die Preise der hitzebeständigen Materialien miteinander vergleichen. Hierfür verwenden wir das folgende CAD-Modell als Beispiel.

Material	Verfahren	Stückpreis	Stückpreis bei 10 Teilen	Stückpreis bei 100 Teilen
ABS	FDM	€ 9,13	€ 6,34	€ 2,57
ULTEM 1010	FDM	€ 50,03	€ 35,80	€ 34,61
CE 221	Carbon DLS	€ 645,21	€ 171,58	Preis auf Anfrage
ULTEM 9085	FDM	€ 53,20	€ 23,83	€ 13,66
PC	FDM	€ 34,45	€ 25,89	€ 25,03
PEEK	FDM	€ 88,42	€ 64,65	€ 47,12
PC – Like Heat Resist Translucent	SLA	€ 72,87	€ 21,64	€ 18,03
Aluminium AlSi10Mg	DMLS	€ 174,76	€ 89,19	€ 87,80
Edelstahl 316L	DMLS	€ 387,12	€ 294,83	Preis auf Anfrage
Inconel 718	DMLS	€ 487,77	€ 333,16	Preis auf Anfrage

Fazit

Xometry Europe bietet einen schnellen, zuverlässigen und hochpräzisen 3D-Druck-Service mit den in diesem Artikel besprochenen 3D-Druckverfahren und hitzebeständigen Materialien. Mit Hilfe unserer Online-Plattform für Sofortangebote und unserem Netzwerk aus mehr als 2.000 Fertigungspartnern können wir einen reibungslosen Produktionsablauf sicherstellen, vom ersten Angebot bis hin zur Lieferung der Teile.