Charpy-Test: Schlagprüfung für 3D-gedruckte Materialien

Im Kontext von Materialien für den 3D-Druck ist die Fähigkeit eines Bauteils, plötzlichen Stößen standzuhalten, ein grundlegender Parameter. Die Charpy-Prüfung – auch bekannt als Charpy Impact Test – erfüllt genau diesen Zweck, indem sie zuverlässige, wiederholbare und genormte Daten liefert, die Konstrukteuren bei der Materialauswahl helfen.

In diesem aktualisierten Leitfaden für 2025 analysieren wir:

• Was der Charpy-Test ist

• Wie der Charpy-Test durchgeführt wird

• Warum er bei 3D-gedruckten Materialien wichtig ist

• Interpretation der Ergebnisse

• Beispiele von 3D-gedruckten Materialien und deren Charpy-Verhalten

Was ist die Charpy-Prüfung?

Die Charpy-Prüfung misst die Energieaufnahme einer Materialprobe, wenn sie von einem kalibrierten Pendel getroffen wird. Dieser Test ermöglicht die Bestimmung, ob ein Material eher hart/spröde oder elastisch/zäh ist: Ein sprödes Material bricht bei geringer Energieaufnahme, ein zähes Material verformt sich und absorbiert mehr Energie, bevor es versagt.

Insbesondere beim 3D-Druck können Schichtorientierung, Mikrorisse und Porosität die Schlagfestigkeit stark beeinflussen: Die Charpy-Prüfung wird daher zu einem wesentlichen Indikator für die Auswahl des Materials und der Drucktechnologie.

Wie wird der Charpy-Test durchgeführt?

Vorbereitung der Probe

Die Proben sind mit einer Kerbe versehen, um den Bruch einzuleiten. Im Kontext des 3D-Drucks ist es wichtig, dass die Probe mit kontrollierten Parametern hergestellt wird und die Druckorientierung definiert ist, um vergleichbare Ergebnisse zu gewährleisten.

Durchführung

Ein Pendel mit bekannter Masse schwingt aus einer definierten Höhe und trifft auf die Probe. Nach dem Aufprall wird die Restenergie gemessen, indem der Rückschwenkwinkel des Pendels berechnet wird: Je größer der Winkel, desto geringer die vom Material absorbierte Energie.

Normen und Konfigurationen

Der Test folgt Normen wie ISO 179 für Polymere. In vielen Fällen – insbesondere im professionellen 3D-Druck – wird die Charpy-Methode gegenüber ISO 180 (Izod) bevorzugt, da sie eine bessere Datenkonsistenz bietet.

Warum ist er bei 3D-gedruckten Materialien wichtig?

3D-gedruckte Materialien können andere Eigenschaften aufweisen als konventionell hergestellte Materialien: Schichtaufbau, Mikro-Leerstellen, Orientierung und Drucktechnologie beeinflussen die Schlagfestigkeit.

Spezifische Aspekte für den 3D-Druck

• Druckorientierung: beeinflusst kritische Zonen bei Schlagbelastung.

• Drucktechnologie: Verfahren wie Multi Jet Fusion (MJF) oder SLS gewährleisten oft eine homogenere Struktur und damit bessere Charpy-Werte.

• Post-Processing: Wärmebehandlungen oder Oberflächenfinishs können die Restzähigkeit verbessern.

Die Bewertung der Charpy-Prüfung bedeutet daher, Materialien und Prozesse zu wählen, die Haltbarkeit und funktionale Sicherheit auch unter realen Einsatzbedingungen gewährleisten.

Interpretation der Ergebnisse

Der gemessene Wert gibt die absorbierte Energie an (in der Regel in kJ/m²).

• Ein hoher Wert zeigt ein Material, das viele Stöße absorbiert, ohne zu brechen → zäh.

• Ein niedriger Wert zeigt ein Material, das leicht bricht → spröde.

Dieses Ergebnis ist entscheidend für Bauteile wie Halterungen, Schutzgehäuse oder Teile, die Vibrationen oder Stößen ausgesetzt sind.

Beispiele von 3D-gedruckten Materialien und Charpy-Verhalten

• Materialien wie PA12 oder PA11, hergestellt mit Pulvertechnologien, erzielen tendenziell höhere Zähigkeitswerte aufgrund ihrer gleichmäßigen Verschmelzung.

• FDM-Materialien können entlang der Z-Achse spröder sein, bedingt durch den Schichtaufbau.

• SLA-Harze bieten zwar hervorragende Details, können jedoch bei Schlagbelastung Grenzen aufweisen, sofern sie nicht auf Zähigkeit ausgelegt sind.

Diese Beispiele zeigen, wie wichtig spezifische Charpy-Daten für jedes Material und jeden 3D-Druckprozess sind.

Schlussfolgerung

Die Charpy-Prüfung ist ein unverzichtbarer Test zur Bewertung der Schlagfestigkeit von Materialien für den 3D-Druck.
Dank dieser standardisierten Messung können leistungsfähigere, zuverlässigere und für reale Einsatzbedingungen geeignete Materialien ausgewählt werden.

Wenn du sicherstellen möchtest, dass das für dein 3D-Druckprojekt gewählte Material die notwendige Zähigkeit aufweist, sollte die Charpy-Prüfung Teil der Validierungskriterien sein.

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