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Hitzebeständigkeit im Test: PLA, GreenTec und HTPLA

Allmählich hält der Sommer endlich auch in Deutschland Einzug und das Quecksilber im Thermometer steigt und steigt. Sahara anmutende Temperaturen werden es wohl nicht werden, aber dennoch kann es ziemlich heiß werden, wenn man beispielsweise das Auto in der prallen Sonne stehen lässt. Überstehen unsere 3D-Drucke überhaupt solche Temperaturen? Diese Frage war Grund genug drei unserer Filamente auf Herz und Nieren zu testen, was die Temperaturbeständigkeit angeht: Klassisches PLA von uns, HTPLA aus dem Hause Proto Pasta und die GreenTec-Reihe von Extrudr.

PLA vs. HTPLA vs. GreenTec – eine Übersicht

PLA: Polylactide sind seit langer Zeit der „Klassiker“ im FDM-Druck und zeichnen sich durch einfache Bearbeitung ohne Warping aus. Allerdings geht mit vielen positiven Eigenschaften auch eine zusätzliche einher: Die Temperaturbeständigkeit ist niedrig. Ich bin gespannt.

HTPLA: Hochtemperatur-PLA ist ein modifiziertes PLA und wird vom Spezialfilamentexperten Proto Pasta aus den USA hergestellt. 140 Grad Celsius wird versprochen, mal sehen, was sich daraus machen lässt.

GreenTec: GreenTec ist ein relativ neues Filament von Extrudr mit dem Hauptinhaltsstoff Lignin. Der Hersteller gibt eine mögliche Temperaturbeständigkeit von etwa 120 Grad an, bei gleichen Druckeigenschaften wie PLA.

Vorbereitung und Testobjekt

Ich verwendete das 3DBenchy-Boot von CreativeTools (Link zum Objekt) als Testobjekt und druckte drei Stück für unsere kleine Filamentworld-Flotte. Für Interessierte habe ich hier meine Druckeinstellungen kurz aufgelistet.

Drei Testobjekte für unseren Hitzebeständigkeitstest von Filament

Unsere Flotte für den  Test: v.l.n.r GreenTec, HTPLA und PLA

PLA/ HTPLA / GreenTec

Hotend: 195 ° C/ 220° C/ 200° C

Heizbett: 60 Grad

Druckgeschwindigkeit: 60mm/s

Unterlage: BuildTak Dauerdruckplatte

Anstatt auf hohe See haben wir unsere Flotte anschließend in den Backofen geschickt. Jeweils eine halbe Stunde bei steigender Temperatur. Dabei haben wir bei freundschaftlichen 50 °Celsius angefangen.

Phase #1: 30 Minuten @ 50 °Celsius

Die erste Phase unseres Tests überstanden wie erwartet alle drei Testobjekte – ohne jegliche Probleme. Alles fest an seinem Platz und noch keine Anzeichen von Erweichung oder gar Deformierung. Für uns Motivation genug das Tempo ein wenig anzuziehen.

Phase #2: 30 Minuten @ 75 °Celsius

Eine Randnotiz: Den Testobjekten wurde zwischen den einzelnen Phasen etwa eine Minute Abkühlpause gegeben, wohingegen wir den Ofen weiterheizten.

Weiter ging´s: Es ist allgemein bekannt, dass PLA bei etwa 75 °Celsius seine Formstabilität verliert, doch hier kam die erste Überraschung: Das Material hielt bestens stand. Die Oberfläche war etwas glänzender und fühlte sich sanfter an als zuvor, doch selbst starkes Ziehen und Drehen konnte unserem PLA-Boot nichts anhaben. HTPLA und GreenTec waren völlig unbeeindruckt von unserem Stress-Test.

Phase #3: 30 Minuten @ 85 °Celsius

Dieses Mal erhöhten wir die Temperatur um zehn Grad Differenz. Ich wollte das PLA an seine Grenzen bringen. 30 Minuten und zwei Kaffeetassen später machte ich einen kleinen Test in Anlehnung an die Vicat-Erweichungstemperatur. Dabei wird eine Nadel einen Millimeter tief in das Testobjekt gestochen. Hierfür verwendete ich zehn Newton und siehe da: Der Einstich war erfolgreich. Das PLA ist etwas weich geworden und trotzdem muss man festhalten, dass dies bei 85 °Celsius keine Schande ist. Weitaus mehr als angegeben und ich erwartet hatte und selbst zu diesem Zeitpunkt war das Boot noch in Form. Man konnte es einstechen und mit ein wenig Kraft verbiegen, doch ohne Krafteinwirkung wäre es noch stabil gewesen.

Unsere zwei anderen Testobjekte waren noch immer stabil. Beim Einstechen brach meine Nadel fast ab, daher beließ ich es dabei.

 

Phase #4: 45 Minuten @ 125 °Celsius

Nun drehten wir auf. Verlängerte Backzeiten und ein Sprung von 40 °Celsius nach oben. Aus Freude ließ ich das PLA ebenfalls im Ofen und das Ergebnis dieser Tortur kann man hier betrachten.

Das PLA nach 125 °Celsius.

Das PLA nach 125 °Celsius. Alles eingeschmolzen.

GreenTec wird mit einer Hitzebeständigkeit von etwa 110-120 °Celsius angegeben, daher waren wir sehr gespannt auf das Ergebnis. Hier konnten wir die Herstellerangaben bestätigen. Das GreenTec hielt gerade so noch stand. Mit starkem Drücken habe ich den Bug unseres Bootes eindrücken können, mehr aber auch nicht.

Das GreenTec Boot konnte eingedrückt werden.

Das GreenTec Boot konnte eingedrückt werden.

Unser drittes Boot aus Kaffeefilament war selbst nach diesen 45 Minuten völlig stabil. Doch nun wollte ich es wissen.

Phase #5: 60 Minuten @ 150 Grad Celsius

Das Große Finale. Eine zweite Halbzeit mit Verlängerung: 60 Minuten. Ofen gegen HTPLA. Das Ergebnis etwas ungewollt: Beim Versuch das Boot zu biegen, brach ich leider die Kajüte ab. Ich schloss daraus, dass 150 Grad wohl auch das HTPLA in die Knie zwingen kann. Interessanterweise war es allerdings nicht geschmolzen, sodass an der Bruchstelle Fäden entstanden wären, sondern wirklich sauber abgebrochen. Die Haptik und Optik des Bootes war nahezu gleich wie noch zu Anfang unseres Testes. Die mechanischen Eigenschaften wurden wohl allerdings in Mitleidenschaft gezogen.

Ergebnis und Fazit

PLA: Das PLA überraschte uns sehr, da es sehr lange und vorallem höhere Temperaturen als erwartet durchstand. Wir sind sehr zufrieden mit dem Ergebnis: Eine halbe Stunde bei jeweils 75° bzw 85 °Celsius können sich sehen lassen.

GreenTec: Was Hitzebeständigkeit anging, hielt GreenTec genau, was es versprach. Manchmal ist Bestätigung eben auch eine Erkenntnis. Ich bin ein großer Fan von GreenTec und bin gespannt, was das Hause Extrudr in Zukunft auf den Markt bringen wird.

HTPLA: Das Kaffee-HTPLA von Proto Pasta war von Anfang an der Favorit in Fragen Hitzebeständigkeit und hat diesen Titel auch ehrlich und fair verteidigt. Kein Wunder, wer den Präfix „Hochtemperatur“ im Namen hat, sollte in dieser Kategorie glänzend abschneiden. Selbst zehn Grad Celsius über der angegebenen Maximaltemperatur zeigte das Filament keine Anzeichen eines einsetzenden Schmelzprozesses. Ein kleiner Wermutstropfen war der Bruch beim Versuch es zu biegen. Das kann man allerdings verschmerzen, wenn man bedenkt, wie lange der Test ingesamt andauerte und wir stets über angegebener Maximaltemperatur testeten.

Nach knapp dreieinhalb Stunden Laufzeit schaltete ich unseren Ofen ab und verabschiedete mich von unserer Filamentflotte. Bis zum nächsten Test!

 

3 Antworten
  1. Florian
    Florian says:

    Interessanter Test. Scheint mir ja so das HTPLA bei starker Erhitzung anfängt spröde zu werden, was deinen sauberen Bruch erklären könnte.

    Das PLA sogar bei ~80°C noch ausreichend stabil bleibt hat mich überrascht. Somit scheint PLA für die meisten Outdoor-Anwendungen dennoch ganz gut geeignet zu sei im Bezug auf die Temmperaturstabilität.

    Leider sind GreenTec Filamente und HTPLA ca. 3x so teuer wie normales PLA, sodass man die Vorteile abwägen sollte…

    Antworten
  2. 3DDP
    3DDP says:

    Was für Temperaturen können denn im Auto herrschen? Das hab ich mich erst mal gefragt, als ich hier anfing zu lesen. Hab dann gegoogelt und festgestellt, dass es tatsächlich an die 70°C rangehen kann (bei hohen Außentemperaturen und/oder langen Standzeiten). Im Extremfall vielleicht auch noch mehr. Das hat mich überrascht. Dass es heiß werden kann – okay – das war klar, aber so heiß? Uff. Aus der Sicht finde ich den Test doch nützlich und auch interessant. Anwendungsorientiert. Dass die Filamente der 3 Hersteller ihre Angaben bestätigen, finde ich gut. Ihr könnten ja das auch noch mal mit qualitativ schlechteren Anbietern machen.

    Gruß,
    Christian

    Antworten

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