Flexibler Kunststoff im 3D-Druck: Materialien, Rohstoffe, Harze und Formulierungen

Flexiblere Materialien gehören heute zu den spannendsten Möglichkeiten im 3D-Druck. Sie machen Anwendungen möglich, die Beweglichkeit, Dämpfung oder Anpassungsfähigkeit verlangen. Ob in Schuhen, medizinischen Geräten, Dichtungen, flexiblen Verbindungen oder tragbaren Produkten – überall dort, wo Weichheit und Elastizität gefragt sind, spielen sie ihre Stärken aus.

Gleichzeitig bringen diese Materialien ihre Tücken mit sich: Die Druckbarkeit, die Nachbearbeitung und die Haltbarkeit können die Arbeit schnell anspruchsvoller machen, als man denkt. Genau hier setzt dieser Leitfaden an. Er zeigt Ihnen, wie Sie flexibler Materialien richtig verstehen, auswählen und verarbeiten – damit Sie das perfekte Gleichgewicht zwischen Elastizität und mechanischer Stärke für Ihre Anwendung finden.

Um mit flexiblen Materialien im 3D-Druck erfolgreich zu arbeiten, ist es entscheidend, ihre wichtigsten mechanischen Eigenschaften zu kennen: Dehnung, Weiterreissfestigkeit, E-Modulus und Zugfestigkeit.

• Dehnung (Elongation at Break) beschreibt, wie weit sich ein Material ausdehnen kann, bevor es reisst – angegeben als Prozentsatz der ursprünglichen Länge. Hohe Dehnung bedeutet mehr Flexibilität.
• Weiterreissfestigkeit (Tear Strength) zeigt, wie gut ein Material der Ausbreitung eines Risses widersteht, sobald dieser einmal entstanden ist. Besonders wichtig für Teile, die häufig gebogen oder belastet werden.

• E-Modulus (Steifigkeit) definiert den Widerstand gegen Verformung. Ein niedriger E-Modulus steht für ein weiches, geschmeidiges Material; ein hoher E-Modulus für ein steiferes.  
• Zugfestigkeit ist die maximale Kraft, die ein Material beim Dehnen aushält, bevor es bricht – ein Schlüsselwert für die strukturelle Stabilität.

Diese Kennwerte stehen in direkter Wechselwirkung: Sehr hohe Dehnung geht oft mit niedrigerer Weiterreissfestigkeit einher. Das richtige Gleichgewicht lässt sich nicht verallgemeinern, es hängt immer von der konkreten Anwendung ab. Shore-Härte ist ein weiterer praxisrelevanter Wert: Shore-A-Werte unter 50 entsprechen weichen, gummiartigen Materialien, während Werte über 80 Shore A deutlich steifere, aber noch flexible Kunststoffe beschreiben.

Für UV-härtende flexible Kunststoffe stehen drei eng verwandte Druckverfahren im Vordergrund – alle basieren auf dem Prinzip der schichtweisen Photopolymerisation:

• SLA (Stereolithografie) nutzt einen fokussierten Laserstrahl, der das Harz Punkt für Punkt aushärtet. Die hohe Präzision macht SLA besonders geeignet für filigrane flexible Bauteile mit gleichmässiger Aushärtungstiefe.
   
• DLP (Digital Light Processing) belichtet eine gesamte Schicht gleichzeitig über einen digitalen Projektor. Schnellere Druckzeiten bei vergleichbarer Auflösung – ideal für die Serienproduktion flexibler Teile.

• MSLA (Masked SLA / LCD-Druck) verwendet ein LCD-Display als Maske. Kostengünstigere Einstiegsoption mit breiter Druckerkompatibilität, die besonders für die Formulierungsentwicklung und das Testen neuer flexibler Harze attraktiv ist.

Alle drei Verfahren stellen unterschiedliche Anforderungen an die Formulierung: Viskosität, Reaktivität, Aushärtungstiefe und Schrumpfung müssen auf das jeweilige System abgestimmt sein. Genau hier setzt die Rohstoffentwicklung von RAHN AG an – mit Oligomeren und Additiven, die über alle drei Plattformen hinweg zuverlässig performen.

Eine Vielzahl von Materialkategorien bringt im 3D-Druck flexible Eigenschaften mit – jede mit ihrem eigenen Leistungsprofil, abgestimmt auf unterschiedliche Anforderungen. Hier ein Überblick über die wichtigsten Kategorien und ihre herausragenden Produkte:

• Polyesteracrylate: Bekannt für ihre Weichheit und Dehnbarkeit. GENOMER* 3135 ist ein geeignetes Beispiel: angenehm weich im Gefühl, mit einem Anteil an nachwachsenden Rohstoffen – und damit die nachhaltigere Wahl. Es bietet eine der besten Kombinationen aus hoher Dehnung (bis zu 250 %) und Weiterreissfestigkeit. Ideal für Anwendungen, bei denen Flexibilität und Robustheit gleichermassen entscheidend sind.
   
• Urethanacrylate und Methacrylate: Diese Kategorie glänzt durch die Kombination von Zähigkeit und Elastizität. GENOMER* 4267 erreicht eine ausgewogene Dehnung (46 %) und gleichzeitig hohe Weiterreissfestigkeit. Perfekt für Teile, die strapazierfähig sein müssen und trotzdem eine gewisse Flexibilität erlauben.
   
• Acrylierte Oligoamine: Sie dienen als Leistungsbooster in Formulierungen. Schon in geringen Konzentrationen verbessert GENOMER* 5695 Druckgeschwindigkeit, Elastizität und Aushärtungstiefe spürbar. Häufig eingesetzt als Additiv, um die Gesamtperformance von flexiblen Harzen deutlich zu steigern.
   
• Spezialharze: Manche Spezialharze bringen gezielte Verbesserungen für besondere Anforderungen. GENOMER* 7302 wird beispielsweise in niedrigen Dosierungen eingesetzt, um die Oberflächenhärtung elastomerer Materialien zu optimieren – das steigert die Endqualität und sorgt für eine gleichmässigere Oberfläche, ohne dabei die Flexibilität zu beeinträchtigen.

Diese Materialfamilien und ihre jeweiligen Harze bilden ein starkes Fundament, um Flexibilität im 3D-Druck gezielt auf die gewünschte Anwendung und das geforderte mechanische Profil abzustimmen.

Demonstration aus unserem RadLab

Flexible 3D-Druckmaterialien lassen sich so abstimmen, dass sie entweder die Elastizität oder die Zähigkeit in den Vordergrund stellen – je nach Anforderungen der späteren Anwendung. Ein Blick auf zwei typische Rezepturen:

Elastische Formulierung: Eine Mischung aus 93 % GENOMER* 3135, 5 % GENOMER* 5695 und einem Photoinitiator erreicht eine gute Dehnung (75 %) und eine zuverlässige Druckbarkeit. Diese Kombination setzt auf Weichheit und Dehnbarkeit – ideal für Anwendungen wie weiche Komponenten oder flexible Dichtungen, bei denen hohe Flexibilität, Komfort und Oberflächenanpassung entscheidend sind.

• Zähe Formulierung: Für Anwendungen, die mehr Steifigkeit und Stärke verlangen, bietet sich eine Rezeptur auf Basis von GENOMER* 4212 in Kombination mit ACMO an. Sie erreicht eine geringere Dehnung, dafür aber sehr hohe Schlagzähigkeit, Tensile Modulus und Zugfestigkeit. Perfekt für Teile, die mechanischer Belastung standhalten müssen und dennoch ein gewisses Mass an Flexibilität behalten sollen – etwa PP-ähnliche Bauteile oder robuste Wearables.

Durch das Anpassen der Monomer-/Oligomerstruktur und Additiven können Anwender Rezepturen feinjustieren, um die gewünschte Performance zu erreichen – egal ob der Fokus stärker auf Weichheit und Dehnbarkeit oder auf Robustheit und struktureller Stabilität liegt.

Design-Richtlinien

• Wandstärke: Verwenden Sie dickere Wände (typischerweise ≥ 1,5 mm) für mehr Stabilität. Achten Sie jedoch darauf, die Geometrien nicht zu starr zu gestalten, damit die Flexibilität erhalten bleibt.
• Stützstrukturen: Setzen Sie auf minimale, leicht entfernbare Supports. Da flexible Materialien beim Entfernen leicht verformen, sollten Kontaktpunkte möglichst reduziert werden.
• Infill-Strategien: Nutzen Sie niedrige bis mittlere Füllgrade (ca. 20–40 %) mit flexiblen Mustern wie Gyroid oder Wabenstruktur. So bleibt die Elastizität erhalten, ohne auf Festigkeit verzichten zu müssen.
   

Druckeinstellungen und Nachhärtung

• Druckgeschwindigkeit: Reduzieren Sie die Geschwindigkeit für höhere Präzision und um Stringing oder Verzug zu vermeiden – Werte zwischen 15–30 mm/s sind oft ideal.
• Schichthöhe: Feinere Layer (rund 50–100 Mikrometer) sorgen für bessere Oberflächenqualität, besonders bei filigranen Details.
• Nachhärtung: Achten Sie auf eine vollständige Aushärtung mit der richtigen Wellenlänge und Belichtungszeit. Unterhärtung führt zu klebrigen Oberflächen und geringerer Haltbarkeit; Überhärtung macht Teile spröde. Nutzen Sie die empfohlenen UV-Lichtquellen und drehen Sie die Bauteile, damit alle Seiten gleichmässig belichtet werden.

Häufige Probleme und wie man sie vermeidet

• Stringing: Flexible Harze neigen zu Fädenbildung zwischen Druckbahnen. Reduzieren Sie dies durch optimierte Retract-Einstellungen und – falls anwendbar – niedrigere Temperaturen.
• Unterhärtung: Teile fühlen sich klebrig an oder sind mechanisch schwach, wenn sie nicht vollständig ausgehärtet sind. Erhöhen Sie die UV-Belichtung oder nutzen Sie Additive, die die Aushärtungstiefe verbessern.
• Verzug oder Curling: Vermeiden Sie scharfe Kanten und abrupte Übergänge in der Geometrie, die Spannungen erzeugen. Sorgen Sie für gleichmässige Betttemperatur und konstante Umgebungsbedingungen während des Drucks.

Im medtech Bereich und in der Zahnmedizin müssen Materialien besonders strenge Anforderungen erfüllen – von Biokompatibilität bis hin zu hoher Biegefestigkeit, insbesondere bei Geräten, die länger mit dem Körper in Kontakt stehen. Flexible Komponenten müssen sich oft an weiches Gewebe anpassen, Belastungen abfedern und hautverträglich bleiben. Harze wie GENOMER* 1280M, GENOMER* 4256, und GENOMER* 4270 bieten hohe Dehnung und geringe Reizwirkung – ideal für Anwendungen wie individuell angepasste Zahnschienen, Weichgewebe-Simulatoren oder tragbare Geräte mit Hautkontakt.

In industriellen und mechanischen Anwendungen muss Flexibilität oft mit Haltbarkeit, chemischer Beständigkeit und mechanischer Stärke kombiniert werden. Für Snap-Fits und flexible Verbindungen eignen sich Materialien wie GENOMER* 4212 und GENOMER* 1280M als hochwirksame Flexibilisatoren. Sie bieten gute Rückpralleigenschaften, niedrige Viskosität und minimales Vergilben – entscheidend für die optische und funktionale Langlebigkeit. Zudem lassen sich mit diesen Harzen massgeschneiderte Dichtungen und Schwingungsdämpfer entwickeln, die auch unter anspruchsvollen Bedingungen zuverlässig arbeiten.

Auch in der Schuh- und Modeindustrie sind weiche, passgenaue Materialien von grossem Vorteil. GENOMER* 3135 wird aufgrund seiner hohen Dehnung und weichen Haptik häufig in Mischungen verwendet, um Komponenten und Accessoires herzustellen, die sich optimal an Körperbewegung und -form anpassen. Im Vergleich zu herkömmlichen TPU- oder PEBA-Materialien bieten Mischungen mit GENOMER* 3135 vergleichbaren Komfort und Flexibilität – zusätzlich mit dem Plus einer feineren Individualisierung und einem geringeren ökologischen Fussabdruck dank bio-basierter Anteile.

Drei Entwicklungen prägen die Zukunft flexibler 3D-Druck-Kunststoffe:

• Bio-basierte Oligomere: GENOMER* 3135 verbindet hohe Dehnung mit erneuerbaren Inhaltsstoffen. Dieser Ansatz gewinnt sowohl im Konsumgüter- als auch im Industriebereich zunehmend an Bedeutung, da Nachhaltigkeitsanforderungen in der gesamten Lieferkette wachsen.

• Hybridformulierungen: Die Kombination von Flexibilität und Schlagzähigkeit oder elastomerischem Verhalten mit struktureller Stärke erlaubt es, Bauteile noch präziser auf Anforderungen abzustimmen – und den Bedarf an Mehrmaterial-Bauteilen zu reduzieren.
   
• Fortschritte in der Photoinitiator-Chemie: Neue Photoinitiatoren ermöglichen tiefere und gleichmässigere Aushärtung, was sowohl Elastizität als auch Haltbarkeit verbessert – selbst bei komplexen Geometrien oder dickwandigen Bauteilen.