FDM mit wärmeleitfähigem, elektrisch isolierendem Polyamid: Was zeigt die neue Forschung?

Die von Forschenden des Politecnico di Milano und von LATI entwickelten zwei keramisch gefüllten Polyamid-Compounds suchen beim FDM-Druck gleichzeitig Antworten auf zwei Anforderungen: Wärme zu transportieren und elektrisch isolierend zu bleiben. Laut einer Meldung von 3Druck.com vom 10. September 2026 bietet die Studie einen bemerkenswerten Materialansatz für das Wärmemanagement in Elektronikgehäusen und für leichte Kühlkörperbauteile.

Warum ein wärmeleitfähiges, aber isolierendes FDM-Material?

Um Wärme in der Elektronik abzuführen, werden meist Kupfer oder Aluminium eingesetzt. Metall ist jedoch nicht für jede Anwendung die einfachste Wahl; Korrosionsrisiko, Gewicht und elektrische Leitfähigkeit können bei bestimmten Konstruktionen problematisch sein. Die im Mittelpunkt der Forschung stehenden Polyamid-Compounds sollen dank keramischer Füllstoffe den Wärmetransport verbessern und gleichzeitig verhindern, dass elektrischer Strom geleitet wird.

Das untersuchte PA–32BN-Compound enthält etwa 32 % Bornitridplättchen. PA–32BN–MgO enthält zusätzlich zum Bornitrid Magnesiumoxid. Dabei handelt es sich nicht um echte Metallteile, sondern um mit keramischen Additiven versehene technische Polymerformulierungen, die sich per FDM verarbeiten lassen. Daher sollten die Ergebnisse nicht eins zu eins mit alltäglichem PLA oder Standard-PETG verglichen, sondern als materialwissenschaftliche Untersuchung für spezielle Anwendungen eingeordnet werden.

Welche Ergebnisse zeigte der FDM-Druckversuch?

Die Filamente wurden auf einer Prusa i3 MK3S mit geschlossenem Bauraum verarbeitet, wobei eine 0,6-mm-Düse und eine Schichthöhe von 0,3 mm zum Einsatz kamen. Als Drucktemperatur wurden 250 °C angegeben. Trotz des hohen Füllstoffanteils berichten die Forschenden, dass es während des Drucks zu keiner Düsenverstopfung kam; diese Werte sind jedoch nicht für jeden Drucker und jedes Filament eines Herstellers direkt als Ausgangsprofil geeignet.

Für PA–32BN wurde eine Wärmeleitfähigkeit von 1,97 W/mK in Druckrichtung und 0,69 W/mK senkrecht zur Druckrichtung gemessen. Bei der Variante mit Magnesiumoxid lagen die Werte entsprechend bei 1,22 und 0,64 W/mK. Dieser Unterschied zeigt, dass die Orientierung bei FDM-Bauteilen nicht nur die mechanische Festigkeit, sondern auch die Art und Weise beeinflussen kann, wie sich Wärme im Bauteil ausbreitet. Für den MgO-Zusatz wird zudem das Potenzial hervorgehoben, die Eigenschaften in den verschiedenen Richtungen ausgewogener zu gestalten.

Elektrische Isolierung und Test eines realen Bauteils

Für beide Compounds wurde ein spezifischer Volumenwiderstand von etwa 10¹² Ohm·cm angegeben. Dies zeigt, dass die Materialien auf der elektrisch isolierenden Seite einzuordnen sind. Die Forschenden fertigten außerdem einen Prototyp eines Kühlkörpers mit 80 mm Durchmesser und 32 mm Höhe sowie mit Stiften. In den Heiztests transportierten die gefüllten Compounds die Wärme besser in den oberen Bereich des Kühlkörpers als das Referenzpolymer.

Dieses Ergebnis könnte neue Forschungsbereiche für leichte Kanäle eröffnen, die Wärme in Elektronikgehäusen aus einem bestimmten Bereich ableiten, ebenso wie für isolierende Abstandhalter oder spezielle Kühlkörpergeometrien. Da jedoch ein sprödes Bruchverhalten berichtet wurde, wäre es bei tragenden Bauteilen, die Vibrationen und Stößen ausgesetzt sind, nicht richtig, nur die Wärmeleitfähigkeit zu betrachten. Thermische, mechanische und langfristige Umweltprüfungen müssen gemeinsam durchgeführt werden.

Die praktische Bedeutung für Ucuz3D-Leserinnen und -Leser

Solche speziellen Polyamidfilamente sind keine universell einsetzbaren Optionen, die in jedem Bauteil die in Standard-FDM-Dienstleistungen verwendeten Materialien PLA, PETG oder TPU ersetzen. Wenn bei einem Prototyp, Gehäuse, einer Vorrichtung oder einem Bauteil in der Nähe von Elektronik eine einfache Verarbeitung und niedrige Kosten im Vordergrund stehen, können gängigere Materialien sinnvoll sein. Sobald das Wärmemanagement kritisch wird, müssen neben dem Material auch die Druckrichtung, der Wandaufbau, die Füllung, die Bedingungen im Bauraum und die Validierungsprüfungen gemeinsam bewertet werden.

Die Materialoptionen für Ihr Bauteil können Sie auf der Seite unserer Druckmaterialien ansehen. Wenn Sie für einen per FDM herstellbaren Prototyp oder ein Elektronikgehäuse einen 3D-Druckservice in Anspruch nehmen, erleichtern Angaben zur Einsatztemperatur und zu den elektrischen Anforderungen eine passende Beratung. Auch die Optionen für den Druck mit technischen Materialien können in diesem Rahmen geprüft werden. Wenn Ihre Datei bereit ist, können Sie auf der Seite Preis pro Gramm das Prinzip nachvollziehen und anschließend Ihre Datei hochladen, um einen sofortigen Preis zu erhalten.