Prusament PLA vs. PETG vs. ASA: Detaillierter Materialvergleich und Test

Einleitung

PLA, PETG und ASA sind trotz der wachsenden Auswahl an Thermoplasten nach wie vor die drei am häufigsten verwendeten 3D-Druckmaterialien. Jedes bietet spezifische Vorteile und Kompromisse. Dieser Vergleich testet Prusament-Filamente hinsichtlich Druckbarkeit, mechanischer Eigenschaften, Schlagzähigkeit und thermischer Stabilität, um Ihnen bei der Auswahl des richtigen Materials für Ihr Projekt zu helfen.

Verpackung und Preisgestaltung

Alle drei Prusament-Materialien werden in versiegelten Kartons mit wiederverschließbaren Kunststoffbeuteln und Trockenmittelbeuteln geliefert. Die Spulen verfügen über markante sechseckige Aussparungen, die Gewicht und Versandkosten reduzieren und gleichzeitig als Befestigungspunkte für die Filamentenden dienen. Jede Spule enthält ein Herstellungsdatum, Druckeinstellungen sowie einen QR-Code für Rückverfolgbarkeit und Qualitätsinformationen.

Die Preise variieren je nach Material. PLA kostet 25 € pro Kilogramm, während PETG und ASA jeweils für 30 € pro Spule verkauft werden. Die ASA-Spule enthält jedoch nur 850 g statt 1 kg, da ASA eine um 15 % geringere Dichte aufweist. Dies ergibt einen Kilopreis von 35 € für ASA. Nach Lauflänge berechnet, kostet PLA 7,5 Cent pro Meter, während PETG und ASA jeweils 9 Cent pro Meter kosten. In den USA ist Prusament bei Amazon mit kostenlosem Prime-Versand erhältlich.

Druckqualität und Erscheinungsbild

Alle drei Materialien ließen sich erfolgreich auf einem Original Prusa i3 Mk3s mit Standardeinstellungen ohne Parameteranpassungen drucken. PLA wurde bei 215 °C mit 100 % Bauteillüfter, PETG bei 250 °C mit 30-50 % Lüfter und ASA bei 260 °C mit 20 % Lüfter gedruckt.

Überhänge funktionierten bei allen Materialien bis zu 55° gut, wobei ab 65° eine Verschlechterung eintrat. ASA behielt die Qualität bei steileren Winkeln bemerkenswert gut bei. Stringing und kleine Details waren bei allen Materialien ähnlich, wobei PETG an feinen Spitzen etwas mehr Stringing zeigte. PLA überzeugte bei Brücken, PETG schnitt angemessen ab und ASA zeigte die größten Schwierigkeiten.

Die 3D-Benchy-Testmodelle sahen bei allen drei Materialien hervorragend aus. Das armeegrüne PLA und das tiefschwarze PETG wiesen glänzende Oberflächen auf, während das orangefarbene ASA ein mattes Erscheinungsbild erzeugte. PETG zeigte leichtes Stringing und ASA wies eine kleine Stufe in der Bodenhöhe auf, was auf eine stärkere Kontraktion während des Abkühlens hindeutet. Das Schornsteindetail bei ASA, das für diese Materialgruppe normalerweise eine Herausforderung darstellt, wurde dank des eingesetzten Bauteillüfters sauber gedruckt.

Statische Festigkeit und Schichthaftung

Für die mechanischen Tests wurden spezielle Hakenproben anstelle von standardisierten Zugstäben verwendet. Horizontale Haken (flach liegend gedruckt) testeten die statische Festigkeit, während vertikale Haken (stehend gedruckt) die Schichthaftung bewerteten.

Die Ergebnisse der horizontalen Haken zeigten, dass PLA bei 73 kg mit einem plötzlichen Bruch nach minimaler Verformung versagte. ASA versagte bei 57 kg mit ähnlichem spröden Verhalten. PETG war mit 55 kg am schwächsten, zeigte jedoch eine signifikante Duktilität und dehnte sich vor dem Versagen erheblich aus, anstatt plötzlich zu brechen.

Die Prüfung der vertikalen Haken offenbarte Unterschiede in der Schichthaftung. PLA-Haken versagten bei durchschnittlich 40 kg, was 55 % der horizontalen Festigkeit entspricht. PETG-Haken versagten bei 25 kg bzw. 46 % der horizontalen Festigkeit. ASA-Haken versagten bei nur 17 kg, was lediglich 29 % der horizontalen Festigkeit entspricht. Diese Schwäche spiegelt die Vorliebe von ASA für den Druck in einem beheizten Bauraum ohne aktive Kühlung wider. Als ASA in einem Gehäuse bei etwa 30 °C getestet wurde, stieg die Versagenslast auf 20 kg, eine Verbesserung um 20 %. Ideale Ergebnisse würden höhere Bauraumtemperaturen erfordern.

Steifigkeitsvergleich

Die Steifigkeit misst den Widerstand gegen Verformung und unterscheidet sich von der Festigkeit. Ein 3-Punkt-Biegeversuch mit vollmassiven Stäben quantifizierte den Biegemodul jedes Materials.

PLA wies mit 3.300 MPa die höchste Steifigkeit auf. ASA belegte mit 2.300 MPa den zweiten Platz. PETG war mit 1.900 MPa am flexibelsten und erreichte nur 70 % der Steifigkeit von PLA. Dieser Unterschied ist relevant, wenn Bauteile konstruiert werden, die Starrheit erfordern.

Schlagzähigkeitsprüfung

Das Schlagverhalten unterscheidet sich aufgrund der dehnratenabhängigen Materialeigenschaften von der statischen Festigkeit. Gekerbte IZOD-Schlagproben wurden von einem kalibrierten Hammer getroffen, wobei die Energieabsorption durch die Verringerung der Ausschlaghöhe des Hammers gemessen wurde.

PLA absorbierte etwa 8 % der kinetischen Energie des Hammers, was einer Schlagzähigkeit von 5 kJ/m² entspricht. PETG absorbierte 14 %, was zu 8,6 kJ/m² führte. ASA erwies sich als deutlich zäher und absorbierte fast 30 % der Energie des Hammers, was einer Schlagzähigkeit von 18 kJ/m² entspricht. Dies ist mehr als das Dreifache der Schlagzähigkeit von PLA und mehr als das Doppelte von PETG. Diese überlegene Schlagfestigkeit macht ASA wertvoll für Anwendungen, die Stoßbelastungen ausgesetzt sind, wie etwa Drohnenrahmen.

Thermische Beständigkeit und Leistung

Bei der Temperaturprüfung wurden belastete Proben in einen Umluftofen gelegt, wobei ein Thermoelement die Erweichungs- und Versagenspunkte maß.

PLA begann bei 60 °C zu erweichen und versagte vollständig bei 65 °C. PETG erweichte bei 80 °C und versagte bei 85 °C. ASA erwies sich als thermisch am stabilsten; es erweichte bei 110 °C und versagte bei 120 °C, wodurch es für Anwendungen in der Nähe von kochendem Wasser geeignet ist.

Auswahl des richtigen Materials

Kein einzelnes Material ist in allen Kriterien überlegen. PLA bleibt am einfachsten zu drucken und bietet eine hervorragende Festigkeit und Steifigkeit, was es für die meisten allgemeinen Anwendungen geeignet macht. Seine Sprödigkeit und geringe thermische Beständigkeit begrenzen jedoch den Einsatz in stoßanfälligen oder beheizten Umgebungen.

PETG bietet im Vergleich zu PLA eine verbesserte Duktilität und Zähigkeit bei gleichzeitig guter Druckbarkeit. Aufgrund seiner geringeren Steifigkeit und der nur moderaten Verbesserung der Schlagzähigkeit gegenüber PLA ist es jedoch weniger ideal für gewichtskritische Anwendungen. Es funktioniert angemessen bis etwa 80 °C.

ASA glänzt bei anspruchsvollen Anwendungen, die thermische Stabilität, Schlagzähigkeit und UV-Beständigkeit erfordern. Seine geringere Dichte bietet Gewichtsvorteile gegenüber PLA bei vergleichbarem Festigkeits-Gewichts-Verhältnis. Der Kompromiss besteht in einer geringeren Schichthaftung ohne beheizten Bauraum und einem stärkeren Geruch während des Drucks.

Für einen Quadrocopter-Rahmen bietet PLA ausreichende Festigkeit und Steifigkeit. ASA wird aufgrund seiner Schlagzähigkeit, thermischen Stabilität und geringeren Dichte attraktiv, erfordert jedoch eine sorgfältigere Druckeinrichtung. PETG funktioniert, wenn das Gewicht nicht kritisch ist, aber zusätzliche Zähigkeit und thermische Stabilität benötigt werden.

Fazit

Prusament-Filamente aus allen drei Materialfamilien ließen sich zuverlässig und mit hervorragender Qualität drucken. Ihre Wahl hängt von Ihren spezifischen Anforderungen ab: Einfachheit beim Drucken und Steifigkeit sprechen für PLA, verbesserte Zähigkeit und thermische Leistung für PETG, und anspruchsvolle Anwendungen mit Schlag- und Wärmebelastungen für ASA. Berücksichtigen Sie die mechanischen und umweltbedingten Anforderungen Ihrer Anwendung bei der Auswahl zwischen diesen drei bewährten Materialien.