Filament Trocknen: PA, TPU, PLA, PVA & PET

Obwohl es für einen Anfänger nicht offensichtlich sein mag, weiß jeder erfahrene 3D-Druck-Enthusiast, wie wichtig die richtige Lagerung und Trocknung des Filaments ist. Tatsächlich kann der Feuchtigkeitsgehalt im 3D-Drucker-Filament darüber entscheiden, ob ein Druck gelingt oder misslingt. Wir erklären Ihnen, warum es entscheidend ist, die meisten Thermoplaste vor dem Drucken trocken zu halten, und wie Sie Filament trocknen können, um einen erfolgreichen Druckvorgang zu gewährleisten.

Wie man Filament trocknet

Das Trocknen von Filament ist ein wichtiger Schritt im 3D-Druckprozess, da es die Chancen auf einen erfolgreichen Druckvorgang erheblich verbessern kann. Die gute Nachricht ist, dass es kein schwieriger Schritt sein muss: Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um sicherzustellen, dass Ihr Filament frei von Feuchtigkeit ist. Werfen wir einen Blick darauf.

Filament-Trockner

Ein Filament-Trockner ist ein speziell entwickeltes Gerät zur Entfernung von Feuchtigkeit aus dem Filament. Das Prinzip dahinter ist recht einfach: Filament-Trockner halten eine Filamentspule in einem Gehäuse mit kontrollierter Erwärmung, wodurch die Wassermoleküle im Thermoplast gleichmäßig verdunsten.

Heutzutage gibt es verschiedene Arten von Filament-Trocknern auf dem Markt, darunter einfache Plug-and-Play-Produkte für den Hobbybereich und fortschrittlichere Systeme für professionelle Anwender. Die einfachsten Filament-Trockner bestehen aus einem beheizten Behälter, in den mindestens eine Filamentspule passt. Ausgefeiltere Geräte verfügen über zusätzliche Funktionen wie Spulenrotation und Luftzirkulation für eine gleichmäßige Wärmeverteilung. Darüber hinaus sind einige Filament-Trockner darauf ausgelegt, eine ganze Spule Filament auf einmal zu trocknen, die dann entnommen und in den 3D-Drucker geladen werden kann. Es gibt auch andere Systeme, sogenannte Inline-Filament-Trockner, die das Filament trocknen und gleichzeitig in den 3D-Drucker einführen, was Zeit spart.

Es ist auch möglich, einen eigenen DIY-Filament-Trockner zu bauen. Wenn Sie einen 3D-Drucker mit beheiztem Druckbett haben, lässt sich dieser mit wenig Aufwand in einen Filament-Trockner umwandeln. Alles, was Sie benötigen, ist eine 3D-gedruckte Stützstruktur und ein kostengünstiger PC-Lüfter.

Backofen

Die zugänglichste Methode, um Feuchtigkeit aus dem Filament vor dem 3D-Druck zu entfernen, ist die Verwendung eines Backofens. Genau, einfach Ihr gewöhnlicher Küchenherd. Stellen Sie Ihren Backofen auf eine niedrige Temperatur ein – der genaue Wert hängt vom Filamenttyp und dessen Glasübergangstemperatur ab –, lassen Sie ihn vorheizen und platzieren Sie dann Ihre Filamentspulen für bis zu sechs Stunden darin.

Bevor Sie Filament in einen beheizten Ofen legen, ist es wichtig zu überprüfen, ob Ihr Ofen über einen präzisen Thermostat verfügt. Sie möchten nicht, dass Sie Ihren Ofen auf 80°C einstellen, nur um festzustellen, dass er tatsächlich 95°C erreicht und Ihr Filament zu schmelzen beginnt. Um den Thermostat Ihres Ofens zu überprüfen, stellen Sie einfach ein Thermometer in den vorgeheizten Ofen, um die Temperatur abzulesen. Sie können Ihre Ofeneinstellungen basierend auf etwaigen Abweichungen anpassen.

Es ist auch wichtig, Ihre Filamentspule niemals in den Ofen zu legen, bevor er die richtige Temperatur erreicht hat. Der Grund dafür ist, dass viele Öfen überhitzen, bevor sie die richtige Temperatur erreichen, was Ihre Filamentspule ruinieren und zu einem Durcheinander aus geschmolzenem Kunststoff führen könnte.

Filament kann zu Hause in einem vorgeheizten Backofen bei der richtigen Temperatur getrocknet werden.

Dörrgerät

Eine weitere Lösung zum Trocknen von Filament, die Sie aus der Küche zweckentfremden können, ist ein Dörrgerät. Dörrgeräte funktionieren, indem sie heiße Luft durch einen geschlossenen Behälter zirkulieren lassen, um Lebensmittel wie Obst und Fleisch zu trocknen. Da die meisten Dörrgeräte die notwendigen Temperaturen zum Trocknen von Filament erreichen, können sie auch für diesen Zweck verwendet werden. Während Dörrgeräte in der Regel günstiger sind als spezielle Filament-Trockner, ist ihre Kapazität normalerweise kleiner – schließlich sind sie nicht für Filamentspulen konzipiert. Dennoch sind sie aufgrund ihrer Zugänglichkeit eine beliebte Option in der Maker-Community.

Lebensmitteltrockner eignen sich ebenfalls zum Entfernen von Feuchtigkeit aus FDM-3D-Druckerfilamenten.

Temperaturen zum Trocknen von Filament

Unabhängig davon, ob Sie Ihr Filament in einem Backofen, einem Dörrgerät oder einem Filament-Trockner trocknen, gibt es spezifische Einstellungen für verschiedene Filamenttypen. Eine gute Faustregel ist, Ihr Trocknungsgerät auf eine Temperatur knapp unter der Glasübergangstemperatur des Materials vorzuheizen. Die Glasübergangstemperatur gibt an, ab welchem Punkt ein Thermoplast von einem harten in einen weichen Zustand übergeht. PLA-Filament hat beispielsweise eine Glasübergangstemperatur von etwa 60°C, daher ist eine gute Temperatur zum Trocknen von PLA zwischen 40°C und 50°C. ABS hingegen hat eine höhere Glasübergangstemperatur (105°C) und kann daher bei einer höheren Temperatur getrocknet werden. Es ist auch wichtig, das Material des Spulenhalters zu berücksichtigen: Sie möchten nicht, dass dieser in Ihrem Ofen schmilzt oder verbrennt.

Gängige 3D-Druck-Filamente und ihre Trocknungstemperaturen:

• PLA: 40°C-50°C
• TPU: 40°C-45°C
• PETG: 60°C-65°C
• ABS: 80°C
• Polycarbonat (PC): 80°C
• ASA: 80°C-85°C
• Nylon (PA): 80°C-90°C

Was die Trocknungszeit betrifft, kann es mehrere Stunden dauern, bis die Feuchtigkeit aus thermoplastischen Filamentmaterialien entfernt ist. Im Allgemeinen sollten Sie Ihre Spulen bei den empfohlenen Temperaturen etwa 4-6 Stunden lang trocknen, wobei hygroskopischere Materialien wie Nylon (PA) möglicherweise längere Trocknungszeiten benötigen. Wenn Sie einen speziellen Filament-Trockner verwenden, können die Trocknungstemperaturen und -zeiten variieren.

Wie man Filament lagert

Die Lagerung von Filament ist entscheidend, wenn Sie Ihre FFF-3D-Druckmaterialien vor Feuchtigkeit schützen und den Bedarf an Trocknung minimieren möchten. Eine ordnungsgemäße Lagerung ist auch gut, um die Materialien vor Luftfeuchtigkeit und Dingen wie Staub zu schützen, nachdem Sie sich die Zeit genommen haben, sie zu trocknen. Darüber hinaus kann die richtige Lagerung von Filamenten ihre Haltbarkeit verlängern und ihre optimalen Eigenschaften erhalten.

Der Schlüssel zur Lagerung von Filament, damit es in optimalem Zustand bleibt, ist die Aufbewahrung in einem feuchtigkeitskontrollierten Raum. Eine zuverlässige Lösung ist, Filamentspulen in einer Trockenbox aufzubewahren. Das bedeutet, in einem luftdichten Behälter mit Trockenmittel (zum Beispiel Silikagel-Beutel). Es ist wichtig zu beachten, dass Trockenmittelbeutel regelmäßig ersetzt werden müssen, da die Materialien Feuchtigkeit absorbieren. Glücklicherweise können viele Arten von Trockenmitteln wiederverwendet werden: Man muss lediglich die Feuchtigkeit mit einem Filament-Trockner oder einem Ofen bei niedriger Temperatur entfernen.

Sie können Filamente auch in vakuumversiegelten Beuteln oder Behältern aufbewahren, die einen luftdichten Verschluss bieten und Feuchtigkeit fernhalten. Diese sind besonders in Regionen mit hoher Luftfeuchtigkeit effektiv. Diese Behälter können aus Kunststoff oder Metall bestehen und sollten einen dicht schließenden Deckel mit Dichtung haben, um eine ordnungsgemäße Abdichtung zu gewährleisten.

Eine beliebte Option unter Makern ist die Erstellung einer DIY-Trockenbox, die das Filament nicht nur vor Feuchtigkeit schützt, sondern auch die Spule in den 3D-Drucker einführt. Für dieses Projekt benötigt man einen verschließbaren Behälter, Trockenmittelbeutel, etwas PVC-Rohr, Schläuche und einige andere Kleinteile. Für eine optimale Filamentlagerung ist es auch ratsam, sie vor direkter Sonneneinstrahlung oder Wärmequellen zu schützen, da diese das Filament beschädigen können.

Das Problem von feuchtem Filament

Beim Schmelzschichtverfahren (FFF) werden thermoplastische Filamente durch eine beheizte Düse (genannt Hotend) geführt, bis sie ihren Schmelzpunkt erreichen. Während sie von der Düse geschmolzen werden, werden die Filamente auf eine Bauplattform extrudiert, wo das geschmolzene Polymer beim Abkühlen zu erstarren beginnt. Dieser Extrusionsprozess ist kontinuierlich und lagert Schicht für Schicht Material ab, bis ein fertiges Objekt auf der Bauplattform steht.

Wenn 3D-Druck-Filament Feuchtigkeit ausgesetzt war, kann dies zu allerlei Problemen wie Materialabbau führen. Dies liegt daran, dass das absorbierte Wasser die Polymerketten im Filament aufbrechen kann, was zu einer Verringerung seiner Zugfestigkeit und Flexibilität führt. Darüber hinaus stört das Drucken mit feuchtem Filament den Druckprozess, da die Feuchtigkeit im Thermoplast beim Erhitzen des Materials verdampft. Dies wiederum verursacht Luftblasen in der Materialzusammensetzung, was zu Stringing, Blobbing und letztendlich zu 3D-gedruckten Teilen mit beeinträchtigter Festigkeit und Druckqualität führt.

Die Feuchtigkeitsabsorptionseigenschaften von Filament werden von mehreren Faktoren beeinflusst, einschließlich der Art des Materials, der Umgebungsfeuchtigkeit und der Dauer der Exposition. Nylon ist beispielsweise als hochgradig hygroskopisches Material bekannt und kann schnell Feuchtigkeit aus der Luft absorbieren. PLA ist seinerseits bis zu 10-mal weniger hygroskopisch als Nylon, kann aber im Laufe der Zeit immer noch eine beträchtliche Menge an Feuchtigkeit aufnehmen.

Erkennen von feuchtem Filament

Obwohl wir es "feuchtes Filament" nennen, ist das Erkennen eines feuchtigkeitsbeeinflussten 3D-Druck-Filaments nicht so einfach wie es zu berühren, um zu sehen, ob es nass ist. Aufgrund der hygroskopischen Natur vieler 3D-Drucker-Filamente – einschließlich PA, TPU, PLA, PVA, PETG und in geringerem Maße ABS-Filament – wird Feuchtigkeit und Luftfeuchtigkeit aus der Umgebung tatsächlich vom Kunststoff absorbiert. Wenn Wasser aus der Umgebung vom Filament absorbiert wird, stören Wassermoleküle die Polymerketten innerhalb des Thermoplasts in einem Prozess namens Hydrolyse. Dies erhöht nicht nur die Wahrscheinlichkeit der Blasenbildung im Filament während des Drucks, sondern macht das Filament auch spröder und schwächer.

Beim 3D-Druck sind einige eindeutige Anzeichen dafür, dass Ihr Filament Feuchtigkeit absorbiert hat, zischende Geräusche aus dem Extruder und Blasen im Filament beim Erhitzen. Wenn das geschmolzene Thermoplast auch nach dem Ausschalten der Maschine weiterhin aus dem 3D-Drucker-Druckkopf austritt, kann dies ebenfalls ein Zeichen dafür sein, dass Ihr Filament feucht ist. Weitere Anzeichen können im 3D-gedruckten Teil selbst gefunden werden, wie Stringing, Blobbing und schlechte Haftung zwischen den Schichten.

Feuchtigkeitsbelastetes Filament kann manchmal auch verfärbt erscheinen oder einen trüben oder nebligen Eindruck machen. Dies ist besonders bei klaren oder transparenten Filamenten auffällig, die ihre Transparenz verlieren können, wenn sie Feuchtigkeit absorbieren. Im Allgemeinen kann es jedoch schwierig sein, vor dem Druckprozess festzustellen, ob das Filament zu viel Feuchtigkeit aufgenommen hat. (Wenn Sie allerdings bemerken, dass Ihre Filamentspule weniger flexibel ist als früher, könnte das ein Zeichen dafür sein, dass sie feucht ist.) Daher ist es wichtig, Ihre Filamente richtig zu lagern und zu lernen, wie man sie trocknet.

Fazit

Die Zeit, die Sie investieren, um Ihre 3D-Druck-Filamente richtig zu trocknen und zu lagern, kann Ihnen langfristig Zeit und Geld sparen. Filamente sind am besten, wenn sie trocken sind, was einen reibungslosen 3D-Druckprozess (ohne Zischen oder Auslaufen) und qualitativ hochwertige Drucke (ohne Stringing und mit guter Schichthaftung) fördert. Befolgen Sie unbedingt diese Anleitung, wenn Sie Ihr eigenes Filament trocknen möchten.

Häufig gestellte Fragen (FAQs)

F: Warum ist Feuchtigkeit schlecht für Filament?

A: Filamente müssen vor Feuchtigkeit und Luftfeuchtigkeit geschützt werden, da diese Thermoplaste beschädigen können. Beim 3D-Druckprozess verdampft die eingeschlossene Feuchtigkeit beim Erhitzen des Filaments, was zu Luftblasen und anderen Problemen wie Stringing und Blobbing führt.

F: Kann ich mein Filament im Ofen trocknen?

A: Ja, Sie können Filament im Ofen trocknen, aber es ist wichtig, eine niedrige Temperatur zu verwenden und den Prozess genau zu überwachen, um eine Überhitzung des Filaments zu vermeiden. Einige Öfen haben möglicherweise keine genaue Temperaturkontrolle bei niedrigen Einstellungen, daher wird empfohlen, ein Ofenthermometer zu verwenden, um die korrekte Temperatur sicherzustellen.

F: Wie erkenne ich, ob mein Filament getrocknet werden muss?

A: Typischerweise können Sie feuchtes Filament erkennen, wenn Sie raue oder unebene Oberflächen am gedruckten Objekt, Stringing oder Sprödigkeit sehen. Wenn Ihr Filament in einer feuchten Umgebung gelagert wurde oder längere Zeit nicht verwendet wurde, muss es möglicherweise auch getrocknet werden.

F: Kann ich Trockenmittel wiederverwenden?

A: Ja, viele Arten von Trockenmitteln, einschließlich Silikagel, können wiederverwendet werden. Um Silikagel-Trockenmittel zu erneuern, können Sie sie bei niedriger Temperatur im Ofen backen, bis sie die Farbe ändern, was anzeigt, dass die Feuchtigkeit entfernt wurde.

F: Wie lange muss ich Filament trocknen?

A: Es gibt keine feste Regel dafür, wie lange eine Spule Filament getrocknet werden muss. Für die meisten Filamente wird eine Trocknungszeit zwischen vier und sechs Stunden empfohlen, jedoch können hygroskopischere Materialien wie Nylon manchmal mehr Zeit benötigen.

F: Wie lange kann ich Filament lagern, bevor es sich zersetzt?

A: Die Haltbarkeit von Filament kann je nach Filamenttyp und Lagerbedingungen variieren. Im Allgemeinen kann Filament mehrere Monate bis zu einem Jahr gelagert werden, wenn es in einem luftdichten Behälter mit Trockenmitteln an einem kühlen, trockenen Ort aufbewahrt wird. Es wird jedoch empfohlen, das Filament so bald wie möglich zu verwenden, um die beste Druckqualität zu erzielen.

Referenzen

1. Banjo AD, Agrawal V, Auad ML, Celestine AD. Moisture-induced changes in the mechanical behavior of 3D printed polymers. Composites Part C: Open Access. 2022 Mar 1;7:100243. https://doi.org/10.1016/j.jcomc.2022.100243 [Zugriff am 2. November 2023]
2. Hackaday, 2021. "Most FDM Printers are also Filament Dryers (with a Little Help)". [online] https://hackaday.com/2021/11/09/most-fdm-printers-are-also-filament-dryers-with-a-little-help/ [Zugriff am 1. März 2022]
3. Fillamentum, 2022. "Drying Filaments Before Processing". [online] https://fillamentum.com/pages/drying-filaments-before-processing/ [Zugriff am 1. März 2022]
4. Instructables, 2022. "3D Printer Filament Dry Box". [online] https://www.instructables.com/3D-Printer-Filament-Dry-Box/ [Zugriff am 1. März 2022]