ABS, ASA oder PA – was hält, was Ihr Teil aushalten muss

Die kurze Antwort

Sitzt das Teil draußen, nehme ich ASA. Wird es wärmer als etwa 90 °C, nehme ich Polyamid. Sitzt es trocken im Inneren einer Maschine und bleibt unter 90 °C, reicht ABS und ist der günstigere Weg.

Das ist die Kurzfassung. Warum das so ist und wo die Regel nicht greift, steht darunter, mit den Zahlen dahinter.

Warum ASA draußen hält und ABS nicht

ABS und ASA sind sich chemisch näher, als die verschiedenen Namen vermuten lassen. Beide bestehen aus einer harten Matrix aus Styrol und Acrylnitril, in die winzige Gummiteilchen eingelagert sind. Diese Gummiphase macht das Material zäh und schlagfest. Der Unterschied liegt allein darin, aus welchem Gummi sie besteht.

Bei ABS ist es Polybutadien. Dessen Molekülketten enthalten Doppelbindungen, und genau die sind die Angriffsstelle: UV-Strahlung liefert die Energie, um sie aufzubrechen, Sauerstoff erledigt den Rest. Das Teil vergilbt, verliert seine Schlagzähigkeit und reißt irgendwann.

ASA ersetzt diesen Gummi durch einen leicht vernetzten Acrylatgummi. Der hat keine Doppelbindungen und bietet dem UV-Licht damit keinen Ansatzpunkt. In der Fachliteratur wird die Wetterbeständigkeit von ASA mit ungefähr dem Zehnfachen von ABS angegeben. Diese Zahl ist eine Größenordnung und keine Messgröße mit Prüfnorm, aber die Richtung stimmt und die Ursache ist eindeutig.

Für Ihr Bauteil heißt das: Ein ABS-Teil im Freien kann nach einem Sommer sichtbar vergilbt und spröde sein. Ein ASA-Teil ist es nicht. Deshalb besteht der Außenspiegel Ihres Autos aus ASA und nicht aus ABS.

Was die Datenblätter zu ABS und ASA sagen

Beide Werte unten stammen vom selben Hersteller und wurden nach denselben Prüfnormen an gedruckten Probekörpern ermittelt, sind also direkt vergleichbar.

Bemerkenswert ist die Zeile zur Bruchdehnung. Dieses ASA ist fester als das ABS, aber es verträgt deutlich weniger Verformung, bevor es bricht, und steckt Schläge schlechter weg. Die verbreitete Kurzformel „ASA ist ABS mit UV-Schutz“ trifft es also nicht. Wer ein Teil braucht, das im Betrieb Stöße abbekommt, gibt mit dem Wechsel auf ASA etwas auf.

Wärme ist der größte Unterschied

Hier trennen sich die Werkstoffe deutlich. Die folgenden Werte stammen wieder aus einer Quelle und wurden nach derselben Norm auf demselben Drucker ermittelt.

Bei der Zugfestigkeit nehmen sich beide fast nichts. Bei der Wärme liegen 66 Kelvin dazwischen. Wenn Ihr Teil neben einem Motor, an einer Heizung oder im geschlossenen Gehäuse einer Maschine sitzt, ist das die Zeile, die entscheidet. Alles andere ist dann zweitrangig.

Feuchtigkeit: das Problem von Polyamid

Polyamid zieht Wasser aus der Luft, und zwar in einer Größenordnung, die man kennen muss. Eine Untersuchung an zwölf Filamentwerkstoffen hat die Feuchteaufnahme im Gleichgewicht gemessen. Bei 97 Prozent Luftfeuchte nahm Nylon rund 8,13 Prozent seines Gewichts an Wasser auf. ABS im selben Versuch: 0,16 Prozent. Das ist etwa der Faktor fünfzig.

Wichtiger als das Gewicht ist die Maßänderung. Dieselbe Untersuchung maß bei Nylon eine Quelldehnung von bis zu 2,5 Prozent, während die übrigen Werkstoffe bei 0,15 bis 0,25 Prozent blieben. An einem Bauteil von 100 Millimetern sind 2,5 Prozent zweieinhalb Millimeter. Damit ist jede Passung dahin.

Zwei Einschränkungen gehören dazu. Die 97 Prozent Luftfeuchte sind ein Extremwert aus dem Labor und nicht Ihre Werkstatt. Und „Nylon“ ist keine einheitliche Größe: PA6, PA11 und PA12 verhalten sich verschieden, und welcher Typ dort geprüft wurde, gibt die Untersuchung nicht an. Die Zahl taugt deshalb, um die Größenordnung zu zeigen, nicht als Auslegungswert.

Praktisch folgt daraus dreierlei. Polyamid-Filament muss vor dem Druck getrocknet und trocken gehalten werden, sonst verdampft das eingelagerte Wasser in der Düse und hinterlässt Poren und schwache Schichten. Ein Polyamidteil, das im feuchten Umfeld eine enge Passung halten soll, ist die falsche Wahl. Und ein Teil, das im trockenen Innenraum einer Maschine sitzt, kann problemlos aus PA sein.

Was die Zahlen nicht sagen

Drei Dinge, die man beim Lesen solcher Tabellen leicht übersieht.

Der Unterschied zwischen zwei Produkten derselben Werkstoffklasse kann größer sein als der zwischen den Klassen. Das ASA des einen Herstellers kommt oben auf 43,8 MPa Zugfestigkeit, das ASA des anderen auf 42 MPa, das ABS auf 33,4 MPa. Ein Datenblatt gilt für ein Produkt, nicht für einen Werkstoff.

Gedruckte Teile sind richtungsabhängig. Bei dem ABS oben fällt die Bruchdehnung von 17,9 Prozent liegend auf 3,1 Prozent stehend. Dasselbe Material, dieselbe Maschine, nur eine andere Lage im Bauraum. Wie ein Teil ausgerichtet gedruckt wird, entscheidet oft mehr über die Haltbarkeit als die Wahl zwischen ABS und ASA. Warum das so ist, steht im Beitrag zur Druckrichtung.

Probekörper sind keine Bauteile. Die Werte oben entstehen an genormten Stäben mit hundert Prozent Füllung, gedruckt mit festgelegten Parametern. Ihr Bauteil hat Wandstärken, Radien, Bohrungen und eine Füllung unter hundert Prozent. Die Zahlen taugen zum Vergleichen, nicht zum Rechnen.

Wie ich im Gespräch entscheide

Sieben Fragen reichen fast immer. Wo sitzt das Teil, und wie warm wird es dort im Betrieb und in der Spitze? Kommt Sonne und Wetter dran? Ist die Belastung gleichmäßig oder stoßartig? Wie eng muss eine Passung sitzen und woran hängt das? Kommt es mit Ölen, Reinigern oder Chemikalien in Berührung? Und wie viele Stück brauchen Sie?

Aus den Antworten fällt die Werkstoffwahl meist von allein. Sie müssen die Antworten nicht parat haben, wenn Sie anfragen. Es reicht, wenn Sie das Teil und die Maschine kennen, in der es sitzt.

Zum Drucken selbst

ABS und ASA schwinden beim Abkühlen so stark, dass größere Teile sich in einem offenen Drucker von der Platte lösen oder zwischen den Schichten aufreißen. Ich drucke beide deshalb in einer geschlossenen, beheizten Kammer. Polyamid mit Carbonfaser braucht zusätzlich eine gehärtete Düse, weil die Fasern eine Messingdüse in wenigen hundert Gramm ausschleifen. Das sind Voraussetzungen auf meiner Seite, keine Entscheidung, die Sie treffen müssen.

Quellen

Jede Zahl in diesem Beitrag ist nachprüfbar. Was ich nicht belegen kann, steht als solches gekennzeichnet.

• Aniskevich, Bulderberga, Stankevics: Moisture Sorption and Degradation of Polymer Filaments Used in 3D Printing, Polymers 15 (2023), Nr. 2600, DOI 10.3390/polym15122600.
  Begutachtete Studie an zwölf Filamenten, frei zugänglich. Quelle für die Feuchteaufnahme von 8,13 gegenüber 0,16 Prozent und für die Quelldehnung von 2,5 Prozent.
• Technisches Datenblatt PolyLite ABS und Datenblatt Polymaker ASA, Polymaker.
  Herstellerangaben mit Prüfnorm und Streuung. Quelle für die erste Tabelle.
• Technisches Datenblatt Prusament ASA und Prusament PA11 Carbon Fiber, Prusa Polymers.
  Beide an gedruckten Probekörpern auf derselben Maschine gemessen. Quelle für die zweite Tabelle.
• Acrylonitrile styrene acrylate, englischsprachige Wikipedia.
  Quelle für den Aufbau aus Acrylatgummi statt Butadiengummi und für die Angabe der ungefähr zehnfachen Wetterbeständigkeit.
• US-Patent 10 822 488 B2, Abschnitt zum Stand der Technik.
  Beschreibt den Abbaumechanismus: Die ungesättigten Bindungen im Butadiengummi oxidieren unter UV-Licht und Sauerstoff.

Nicht durch eine Quelle belegt ist der Abschnitt „Zum Drucken selbst“. Er gibt meine eigene Praxis wieder.