3D-Druck mit PLA und ABS: Was ist der Unterschied?

PLA und ABS sind (neben PETG) die beiden gängigsten Materialien für den Prototypenbau im FDM-3D-Druck. Beide sind Thermoplaste, was bedeutet, dass das Filament bei Erwärmung weich wird und beim Abkühlen wieder fest wird. FDM-Drucker schmelzen PLA oder ABS und extrudieren es durch eine Düse, um Teile Schicht für Schicht aufzubauen. Obwohl beide Materialien für den FDM-Druck verwendet werden, weisen sie wesentliche Unterschiede auf, wodurch sich jedes Material besser für bestimmte Anwendungen eignet. Dieser Artikel behandelt die wichtigsten Unterschiede, die Ingenieure berücksichtigen sollten.

Sehen Sie sich hier unser Video an, in dem der Unterschied zwischen PLA- und ABS-Filamenten erklärt wird.

Was ist PLA? Drucken mit Polymilchsäure

PLA (Polymilchsäure) ist ein Thermoplast, der aus nachwachsenden Rohstoffen wie Maisstärke oder Zuckerrohr gewonnen wird. PLA ist unter bestimmten Bedingungen biologisch abbaubar und ein weit verbreiteter Biokunststoff für Anwendungen, die von Plastikbechern bis hin zu medizinischen Implantaten reichen.

Für den FDM-3D-Druck ist PLA kostengünstig und liefert eine gute Oberflächenqualität. Dieses Material lässt sich leicht drucken und weist eine höhere Steifigkeit auf als ABS und Materialien wie Nylon, verträgt jedoch keine hohen Temperaturen oder starke Beanspruchung. PLA kann fester sein als ABS und einige Nylon-Sorten, bietet jedoch nur eine begrenzte Wärme- und Chemikalienbeständigkeit.

Was ist ABS? Drucken mit Acrylnitril-Butadien-Styrol

ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) ist ein gängiger Thermoplast, der im FDM-3D-Druck zum Einsatz kommt und im Spritzgussverfahren weit verbreitet ist. Zu den typischen Anwendungsbereichen zählen Spielzeug wie LEGO-Steine, Gehäuse für Elektronik, Automobilkomponenten und Haushaltsgeräte.

ABS ist zäh und schlagfest und verfügt über mechanische Eigenschaften, die im Allgemeinen die von PLA übertreffen, während es gleichzeitig leichter und langlebiger ist. Der Nachteil sind eine schwierigere Druckbarkeit und höhere Verarbeitungstemperaturen. ABS leitet Wärme effektiver ab als PLA, verfügt jedoch nicht über eine hohe Hitzebeständigkeit.

Was ist der Unterschied zwischen PLA und ABS?

PLA und ABS unterscheiden sich erheblich in Bezug auf Zugfestigkeit, Dichte und typische Anwendungsbereiche. Zwar sind die mechanischen Eigenschaften wichtig, doch erweist sich die „Druckbarkeit“ eines Materials bei der Herstellung schneller Prototypen oft als entscheidender als seine tatsächliche Zugfestigkeit. ABS ist bekannt für seine hohe Schrumpfrate, die häufig zu verzogenen Ecken führt, während PLA während des Abkühlvorgangs formstabil bleibt.

Die folgende Tabelle vergleicht die wichtigsten Materialeigenschaften von PLA- und ABS-Filamenten

Die Wahl zwischen PLA und ABS hängt von Ihrer Anwendung, den Anforderungen an die Haltbarkeit und der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit ab. Unser Online-3D-Druckservice bietet Ihnen Zugang zu einer breiten Palette an Materialien und Technologien für Rapid Prototyping und Serienbauteile.

Wie hoch ist die Teilegenauigkeit von PLA und ABS?

Die Maßgenauigkeit beim FDM-Verfahren hängt von der Kalibrierung der Maschine, der Prozesssteuerung und der Teilegeometrie ab. PLA und ABS erreichen in der Regel eine Detailauflösung von etwa 0,8 mm, wobei die Mindestgrößen der Details bei etwa 1,2 mm liegen. Bei Teilen, die miteinander verbunden oder ineinandergesteckt werden sollen, gilt als Faustregel ein Abstand von 0,5 mm und eine Mindestwandstärke von 1 bis 2 mm, um die Festigkeit der Wände zu gewährleisten.

Da PLA bei niedrigeren Temperaturen gedruckt wird, lässt es sich im Allgemeinen leichter verarbeiten und weist bei korrekter Abkühlung ein geringeres Verformungsrisiko auf. PLA ermöglicht zudem schärfere Ecken und feinere Details als ABS.

Wie stabil sind PLA- und ABS-Teile?

PLA und ABS weisen ähnliche Zugfestigkeiten auf, was bedeutet, dass beide vor dem Bruch vergleichbaren Belastungen standhalten können. Tatsächlich hält PLA oft etwas höheren Belastungen stand, bevor es bricht, was es hinsichtlich der reinen Festigkeit zu einem stabilen Material macht.

Die Festigkeit allein sagt jedoch nicht alles aus. Ein wesentlicher Unterschied liegt in der Zähigkeit, also der Fähigkeit eines Materials, sich zu verformen, ohne zu brechen. ABS ist deutlich zäher als PLA, was bedeutet, dass es sich verbiegen und Stöße absorbieren kann, bevor es versagt, während PLA spröder ist und unter Belastung zum Brechen neigt.

Dieser Unterschied ist für das funktionale Design entscheidend. Für Teile, die Flexibilität oder wiederholte Beanspruchung erfordern, wie beispielsweise Clips, Schnappverbindungen oder Gehäuse, ist ABS in der Regel die bessere Wahl. PLA hingegen eignet sich gut für das Rapid Prototyping, bei dem optische Genauigkeit und einfache Druckbarkeit wichtiger sind als die mechanische Leistungsfähigkeit.

Im Allgemeinen ist PLA eine gute Option für Anwendungen mit geringer Belastung, die weder hohen Temperaturen noch UV-Strahlung ausgesetzt sind. ABS hingegen eignet sich besser für anspruchsvollere Umgebungen, da es eine verbesserte Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischer Beanspruchung bietet.

Wie schnell kann man mit PLA und ABS drucken?

PLA und ABS werden in der Regel mit ähnlichen Geschwindigkeiten gedruckt, sodass die Geschwindigkeitseinstellungen des Geräts beim Wechsel zwischen diesen Materialien oft unverändert bleiben. Bei PLA gelten 60 mm pro Sekunde als gängiger Richtwert. In einigen Konfigurationen werden Druckgeschwindigkeiten von über 150 mm pro Sekunde angegeben. ABS wird typischerweise im gleichen Geschwindigkeitsbereich von 40 bis 60 mm pro Sekunde gedruckt, was zu gleichmäßigeren Ergebnissen führt.

Oberflächenbeschaffenheit und Nachbearbeitung bei PLA und ABS

FDM-Teile weisen unabhängig vom Material sichtbare Schichtlinien auf. PLA ergibt oft eine glänzendere Oberfläche, während ABS eher matt erscheint. Um ABS eine glänzende Oberfläche zu verleihen, wird häufig eine Glättung mit Acetondampf angewendet. Schleifen und sekundäre Bearbeitung sind bei ABS möglich, und auch PLA lässt sich mit besonderer Sorgfalt schleifen und bearbeiten. Für Teile, bei denen die optische Qualität entscheidend ist, wird oft der SLA-3D-Druck gewählt.

Wie hitzebeständig sind PLA und ABS?

Für Anwendungen bei höheren Temperaturen wird ABS im Allgemeinen gegenüber PLA bevorzugt. ABS hat eine Glasübergangstemperatur von etwa 105 °C, während die von PLA mit etwa 60 °C deutlich niedriger ist. Wenn sich PLA dieser Temperatur nähert, beginnt es, seine strukturelle Integrität zu verlieren, und kann insbesondere unter Belastung erweichen, durchhängen oder sich verformen.

Eine einfache Möglichkeit, dies zu veranschaulichen, ist der „Heißauto-Test“. Wenn ein Bauteil an einem warmen Tag in einem geparkten Auto liegen gelassen wird, können die Temperaturen leicht über 60 °C steigen. Unter diesen Bedingungen verziehen sich PLA-Bauteile sehr wahrscheinlich oder versagen, während ABS-Bauteile stabil bleiben.

Aus diesem Grund ist PLA nicht für den Einsatz im Freien, in Umgebungen mit hohen Temperaturen oder für Anwendungen wie Motorräume geeignet. ABS hingegen eignet sich besser für Funktionsteile, die unter Hitze und mechanischer Beanspruchung ihre Form behalten müssen.

Sind PLA und ABS biologisch abbaubar?

Ein weit verbreiteter Irrtum ist, dass PLA so umweltfreundlich wie ein Apfelkern sei, doch seine biologische Abbaubarkeit setzt bestimmte industrielle Rahmenbedingungen voraus. Es zersetzt sich weder in einem Komposthaufen im Garten noch in der freien Natur. Stattdessen sind kontrollierte industrielle Kompostierungsbedingungen erforderlich. Dazu gehören Temperaturen über 60 °C und bestimmte Luftfeuchtigkeitswerte, die nur in professionellen Anlagen erreicht werden können. In diesen spezialisierten Umgebungen kann sich PLA in etwa 50 Tagen zersetzen, ohne diese Bedingungen kann es jedoch jahrzehntelang bestehen bleiben.

ABS ist in keiner Umgebung biologisch abbaubar. Es handelt sich jedoch um einen Thermoplast, der über geeignete industrielle Abfallströme recycelbar ist. Unabhängig von der Materialwahl müssen Sie, wenn Ihr Projekt Anwendungen im Lebensmittelbereich umfasst, die Sicherheit mit dem Filamentlieferanten abklären. Nicht alle Filamente sind lebensmittelecht, da bei der Herstellung Zusatzstoffe und Pigmente verwendet werden.

Los geht’s

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