Schlechte Schichthaftung: wo ein Teil zuerst bricht

Ein Riss quer durch die Schichtlinien kommt nicht aus dem Nichts. Er entsteht dort, wo zwei Lagen nur aneinander kleben statt miteinander zu verschmelzen. Wovon das Verschmelzen abhängt, welchen Anteil Wärme und trockenes Filament daran haben und ab welchem Punkt nicht mehr der Druck schuld ist, sondern die Lage des Teils auf der Platte.

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CategorieDruckprobleme

Zwei Lagen verbinden sich, indem Polymerketten über ihre Trennfläche hinweg ineinander wandern. Möglich ist das nur, solange beide Seiten heiß bleiben, oberhalb der Glasübergangstemperatur. Liegt die untere Lage schon kalt da, wenn die nächste aufgelegt wird, bleibt eine kalte Naht zurück. Dort beginnt später jeder Riss. Warmer Kunststoff verschmilzt, kalter klebt bloß.

Bleibt diese Verbindung unvollständig, spricht man von schlechter Schichthaftung. Zu sehen ist sie als feine Trennlinie zwischen zwei Lagen, zu spüren an einem Teil, das sich unter leichtem Druck entlang einer Lage aufblättert. Die Festigkeit sinkt damit auf das Niveau der schwächsten Naht. Genau deshalb steht dieser Fehler über allen anderen, die ein Druck haben kann.

Vier Stellen, an denen es schiefläuft

Drei der vier Ursachen sitzen in der Maschine, die vierte im Filament. In der Maschine sind es die Düsentemperatur, die Stärke der Bauteilkühlung und das Verhältnis von Druckgeschwindigkeit zur Schichthöhe. Im Filament ist es Wasser, das der Kunststoff aus der Luft gezogen hat.

Wasser im Filament: Feuchtes Material verdampft in der Düse. Zurück bleiben Hohlräume in der Schichtfläche, und die tragen nichts. Bei PETG, Nylon und TPU lässt sich der Schaden teilweise nicht rückgängig machen.
Schicht zu hoch, Tempo zu groß: Beides kürzt die Zeit und den Anpressdruck an der Schichtfläche, und damit das Verschmelzen. Als Obergrenze gilt: eine Schicht bleibt unter etwa 75–80 % des Düsendurchmessers.
Lüfter zu stark: ABS, PC und Nylon kühlen dann unter die Temperatur ab, bei der noch etwas verschmilzt. Darum laufen diese Materialien mit gedrosselter Bauteilkühlung oder ganz ohne.
Düse zu kalt: Jedes Material hat sein Fenster. ABS bleibt bei 190 °C spröde an den Nähten und will etwa 220–235 °C sehen.

Nicht jeder Bruch entlang einer Naht ist ein Fehler

Zu kalt gedruckt, feuchtes Material, Lüfter zu stark: solche Ursachen liegen bei uns, und die räumen wir aus. Was danach bleibt, ist eine Eigenschaft des Verfahrens. Auch bei tadelloser Naht trägt die Z-Richtung nur 40–75 % von XY. Läuft die Last genau dorthin, hilft keine Temperaturkorrektur, sondern nur eine andere Lage auf der Platte. Darum geht es bei Schichtrichtung und Festigkeit.

Wie viel Festigkeit dabei verloren geht

Ein sauber verschmolzener FDM-Druck kommt in der XY-Ebene auf 70–90 % der Festigkeit eines Spritzgussteils. Quer dazu, in Z, bleiben davon oft nur 40–75 %. Die Dehnbarkeit fällt in dieser Richtung sogar auf knapp ein Fünftel. Eine schwache Naht drückt die ohnehin schwächere Richtung weiter nach unten. Bei tragenden Teilen fängt hier das Rechnen an.

Im Gebrauch zeigt sich das als Sprödigkeit in genau einer Richtung. Das Teil blättert entlang der Schichtlinien auf, meist ohne dass vorher etwas nachgibt, weil in dieser Richtung kaum Dehnung übrig ist. Bei einem Klemmhalter an der Werkbank, einem Schnapphaken oder einem Scharnier entscheidet das über brauchbar oder nicht. Ein Sichtmodell für die Runde im Konstruktionsbüro hält dagegen auch mit mittelmäßiger Naht.

Wie wichtig ist die Naht für dein Teil?

Entscheidend

Teile, die Last tragen
Schnapphaken, Clips, Scharniere
Teile, die einen Stoß abkönnen müssen
Federnde Partien, die nachgeben statt zu brechen

Nebensache

Deko und Geschenke
Statisches ohne Last
Formstudien und Sichtmodelle

Trockenes Filament und die Wahl des Kunststoffs

Wasser ist der gemeinsame Nenner hinter schwachen Nähten. Filament, das Feuchtigkeit aus der Luft gezogen hat, verschmilzt schlechter, und bei PETG, Nylon und TPU bleibt davon ein Teil dauerhaft: Hydrolyse spaltet die Ketten, und das dreht auch der Trockner nicht zurück. Die ersten Anzeichen stehen an der Oberfläche, nämlich Fädenziehen und ein Ploppen an der Düse. Die eigentliche Schwächung sitzt innen, wo du sie nicht siehst. Deshalb legen wir auf trockene Verarbeitung so viel Wert.

Zwischen den Kunststoffen gibt es Unterschiede. PLA verschmilzt gutmütig und vorhersehbar, weil es früh weich wird. PETG hält gut und bleibt dabei zäh. ABS, ASA und PC verlangen ein engeres Fenster bei Temperatur und Kühlung, geben dafür aber ein belastbares Teil. Praktisch heißt das: nicht der Kunststoff allein entscheidet, sondern Kunststoff und Belastung zusammen. Sag uns, was am Teil zieht, drückt oder schlägt, dann wählen wir danach aus, statt später an eine schwache Richtung zu stoßen.

Was hilft, und wer es macht

Der wirksamste Hebel liegt nicht bei den Temperaturen, sondern bei einer Angabe von dir: in welche Richtung wirkt die Kraft. Mit dieser Information stellen wir das Teil so auf die Platte, dass die Last entlang der Lagen läuft und nicht quer über die Nähte. Damit ist das Problem weg, bevor es entsteht. Ausführlich nachzulesen ist das bei Schichtrichtung und Festigkeit.

Der Rest liegt bei uns: trockenes Material, Temperatur und Kühlung passend zum Kunststoff, ein Verfahren, das zum Teil passt. So halten die Lagen zusammen, soweit das Material es hergibt. Fällt uns auf, dass ein Teil quer zu den Lagen belastet wird, melden wir das vor dem Druck und reden über die Lage oder über einen zäheren Kunststoff wie ABS. Diese Abstimmung läuft bei jedem Auftrag mit.