Faserverstärkte Filamente: Carbon und Glasfaser im FDM-Druck
Faserverstärkte Filamente sind FDM-Filamente, in deren Kunststoff kurz geschnittene Carbon- oder Glasfasern eingemischt sind. Die Fasern machen gedruckte Teile steifer und maßstabiler und verringern den Verzug. Sie erhöhen aber nicht automatisch die Festigkeit, machen das Material oft spröder und verschleißen Düse und Extruder. Verbreitet sind faserverstärkte Varianten von Polyamid, PETG, PLA und ABS.
Was sind faserverstärkte Filamente?
Faserverstärkte Filamente bestehen aus einem Kunststoff als Grundmaterial (Matrix), in den kurz geschnittene Fasern eingemischt sind. Meist sind das Carbonfasern (Kohlefasern), seltener Glasfasern. Die bekannteste Kombination ist Polyamid mit Carbonfasern, im Handel oft als PA-CF bezeichnet. Es gibt aber auch faserverstärktes PETG, PLA, ABS oder Polycarbonat.
Beim Drucken richten sich die Fasern in der engen Düse weitgehend in Bahnrichtung aus. Dadurch wird das Teil entlang der Bahnen deutlich steifer. Quer dazu und zwischen den Schichten bringen die Fasern wenig – die Anisotropie des FDM-Drucks wird eher größer.
Was Fasern verändern – und was nicht
- höhere Steifigkeit: das Teil biegt sich unter Last weniger
- weniger Schwindung und Verzug, bessere Maßhaltigkeit
- matte, gleichmäßige Oberfläche, Schichtlinien fallen weniger auf
- bei Carbon etwas geringeres Gewicht bei gleicher Steifigkeit
Die Kehrseite
- nicht automatisch fester: Kurzfasern erhöhen vor allem die Steifigkeit
- oft geringere Zähigkeit und Bruchdehnung – das Teil bricht eher
- Schichthaftung kann schwächer sein als beim reinen Kunststoff
- abrasiv: verschleißt Düse, Extruderzahnräder und Schläuche
Sinnvoll sind faserverstärkte Filamente vor allem dort, wo ein Teil formstabil bleiben soll und sich nicht verbiegen darf: Halterungen und Aufnahmen im Vorrichtungsbau, Rahmen und Ausleger oder Teile, die nach dem Druck exakt plan liegen müssen. Für Teile, die Stöße abfangen oder federn sollen, ist ein zäher Kunststoff ohne Fasern meist die bessere Wahl.
Drucken mit Fasern: Düse, Verschleiß, Staub
Die Fasern wirken in der Düse wie feines Schleifmittel. Eine Standarddüse aus Messing ist nach kurzer Zeit ausgewaschen, die Bohrung wird größer und die Druckqualität sinkt. Für faserverstärkte Filamente braucht es deshalb eine gehärtete Düse aus gehärtetem Stahl oder mit verschleißfestem Einsatz.
- Düsengröße: Größere Düsen um 0,6 mm verstopfen mit Fasern seltener als 0,4 mm und werden deshalb oft empfohlen, siehe Düsendurchmesser.
- Trocknung: Gerade faserverstärktes Polyamid muss vor dem Druck gründlich getrocknet werden.
- Nachbearbeitung: Beim Schleifen entsteht feiner Faserstaub. Absaugung und Staubschutzmaske sind sinnvoll.
Kurzfaser oder Endlosfaser?
Kurzfaser-Filamente lassen sich auf vielen FDM-Druckern verarbeiten. Davon zu unterscheiden sind Spezialdrucker, die eine durchgehende Endlosfaser in das Bauteil einlegen. Erst solche Endlosfasern erhöhen die Festigkeit in Faserrichtung erheblich – sie sind aber ein eigenes Verfahren mit eigener Anlagentechnik.
Unser Angebot: ehrlich und mit Alternativen
Carbon- und glasfaserverstärkte Filamente bieten wir im eigenen FDM-Druck nicht an, ebenso wenig reines Polyamid. Oft lässt sich das Ziel trotzdem erreichen:
- Mehr Steifigkeit durch Konstruktion: Rippen, größere Querschnitte, mehr Wände und eine günstige Druckausrichtung wirken oft stärker als Fasern.
- Zäh und robust: PETG oder ASA aus unserem Standardprogramm, je nach Temperatur und Einsatzort.
- Höchste Steifigkeit und Festigkeit: Metallteile, etwa aus AlSi10Mg oder Edelstahl, über die Laserverfahren unseres Fertigungspartners.
Welche Kunststoffe wir verarbeiten, zeigt die Seite FDM-Materialien. Hintergrund zum Grundmaterial der meisten Faserfilamente finden Sie im Hauptartikel Polyamid (Nylon).
Häufige Fragen zu faserverstärkten Filamenten
Ist Carbon-Filament stabiler als normales Filament?
Carbon-Filament ist vor allem steifer, das heißt, es biegt sich unter Last weniger. Bei Festigkeit und Schlagzähigkeit kann ein carbonverstärktes Filament sogar schlechter abschneiden als der reine Kunststoff. Ob es „stabiler“ ist, hängt also davon ab, welche Belastung gemeint ist.
Braucht man für Carbon-Filament eine gehärtete Düse?
Ja, für Carbon- und Glasfaser-Filamente ist eine gehärtete oder verschleißfeste Düse nötig. Die Fasern schleifen eine Messingdüse schnell aus, wodurch sich die Druckqualität verschlechtert. Auch Extruderzahnräder verschleißen schneller.
Was ist besser: Carbon- oder Glasfaser?
Carbonfasern machen ein Filament in der Regel steifer und leichter, Glasfasern sind günstiger und das Material bleibt oft etwas zäher. Beide sind abrasiv und verlangen eine gehärtete Düse. Die Wahl hängt davon ab, ob Steifigkeit, Gewicht oder Schlagzähigkeit wichtiger ist.
Drucken Sie Teile mit Carbon- oder Glasfaser?
Faserverstärkte Filamente bieten wir im FDM-Druck nicht an. Wenn Ihr Bauteil sie wirklich braucht, prüfen wir auf Anfrage, ob und wie es umsetzbar ist. Häufig reicht ein Standard-Kunststoff wie PETG oder ASA mit angepasster Konstruktion.
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