De meeste kunststoffen die worden gebruikt voor 3D-printen zijn brandbaar. Dit geldt zowel voor de thermoplasten die worden toegepast bij SLS en FDM 3D printen, als voor de thermoharders (resins) die gebruikt worden bij SLA 3D printen.
De mate van brandbaarheid verschilt sterk per kunststof. Daarnaast varieert ook de mate van gevaar van de rook en de vrijgekomen chemicaliën bij verbranding.
Om de brandveiligheid van materialen te beoordelen, worden er twee gangbare normen gehanteerd:
- UL 94 V-0, de hoogste brandbaarheidsclassificatie, wat betekent dat vuur binnen 10 seconden dooft.
- EN 45545, heeft te maken met rookontwikkeling en toxiciteit, met name in toepassingen binnen de spoorwegindustrie.
Bekijk onze UL 94 V-0 en EN 45545-2 3D printer materialen.
Brandveiligheid en de gebruiks- en smelttemperatuur van kunststoffen
Bij brand maakt de maximale gebruiks- of verbrandingstemperatuur van een kunststof weinig uit, omdat vrijwel alle kunststoffen uiteindelijk zullen verbranden wanneer de temperatuur maar hoog genoeg wordt.
Gebruiks- en smelttemperatuur van thermoplasten
In 3D-printen wordt vaak gesproken over de maximale gebruikstemperatuur van een materiaal. Meestal wordt hiermee de glasovergangstemperatuur (Tg) bedoeld: de temperatuur waarbij een kunststof plastisch wordt en de materiaaleigenschappen beginnen te veranderen.
Een veelgebruikt materiaal zoals polypropyleen (PP) is hierin uniek, met een Tg tussen de -10 °C en 20 °C. Daardoor blijft het materiaal in veel toepassingen flexibel en inzetbaar bij uiteenlopende temperaturen en omstandigheden.
Het daadwerkelijke smeltpunt van polypropyleen ligt een stuk hoger, rond de 220 °C. Voor 3D-printen met FDM of SLS wordt dan ook vaak net boven deze temperatuur geprint.
Gebruikstemperatuur en eigenschappen van thermoharders
Een van de kenmerkende eigenschappen van thermoplasten is dat ze van vorm kunnen veranderen bij verhitting. Dit geldt niet voor thermoharders.
Hoewel de mechanische eigenschappen van thermoharders bij hoge temperaturen kunnen afnemen, zullen ze niet smelten zoals thermoplasten. Dit komt door de moleculaire structuur die het materiaal zijn vaste vorm geven.
Om te bepalen bij welke temperatuur een thermoharder zijn integriteit begint te verliezen, wordt vaak een HDT-test (Heat Deflection Temperature) uitgevoerd. Bij deze test wordt een gestandaardiseerde teststaaf onder een constante belasting verhit, en wordt gekeken bij welke temperatuur het materiaal begint te vervormen.
Voorbeeld: Formlabs Tough 2000 Resin heeft een HDT van ongeveer 60 °C.
Extra kenmerken van thermoharders:
- Hoge structurele stabiliteit: Dankzij de vernetting behouden thermoharders hun vorm zelfs bij hogere temperaturen, tot het punt waarop ze ontleden in plaats van smelten.
- Chemische bestendigheid: Thermoharders zijn vaak beter bestand tegen oplosmiddelen, zuren en basen dan thermoplasten.
- Hoge stijfheid en hardheid: Ze hebben meestal een hoge Young’s modulus en zijn geschikt voor toepassingen waar vormvastheid belangrijk is.
- Kras- en slijtvast: Door hun harde oppervlak zijn ze minder gevoelig voor mechanische slijtage.
- Lange levensduur: Ze zijn goed bestand tegen vermoeiing en veroudering, vooral in veeleisende omgevingen.
- Niet recyclebaar door omsmelten: In tegenstelling tot thermoplasten kunnen thermoharders niet opnieuw worden gesmolten of hervormd worden na uitharding.
Thermoharders worden daarom veel gebruikt in toepassingen waar hittebestendigheid, structurele sterkte en duurzaamheid belangrijk zijn, zoals in auto-onderdelen, elektrische isolatie, en industriële gereedschappen.
Het smeltpunt
Het smeltpunt van een kunststof is de temperatuur waarbij het materiaal voldoende energie ontvangt om zelf te ontbranden. Dit is met name relevant bij toepassingen zoals elektrische installaties, waar hoge spanningen tot vonken of hitte kunnen leiden. Voorbeeld: het brandpunt van polypropyleen (PP) ligt rond de 388 °C.
Maar waarom is dit niet doorslaggevend?
Het probleem is dat dit soort informatie in de praktijk vaak weinig zegt over de echte brandveiligheid van een kunststof. Wanneer er eenmaal brand is, bijvoorbeeld in een elektrische kast of gebouw dan kunnen vlammen al snel temperaturen van 1100 °C of meer bereiken.
Wat is dan wél belangrijk?
De relevante vraag is niet of iets brandt, maar hoe het brandt. Brandgedrag omvat onder andere:
- Hoe snel verspreidt het vuur zich?
- Dooft het materiaal vanzelf als de vlam weg is?
- Hoeveel en welke rook/chemicaliën komen vrij?
Om dat gedrag te meten, wordt de UL 94 V-0 test gebruikt. Deze test beoordeelt hoe een materiaal reageert op vlamcontact, of het nadien blijft branden, en hoe snel het eventueel dooft.
UL 94 V-0: Brandverspreidingstest
Deze standaardtest is ontwikkeld door het Amerikaanse Underwriters Laboratories (UL). UL heeft een reeks tests opgesteld, waarvan dit de 94e is. De UL 94-norm toont aan of een materiaal in geval van brand het vuur zal verspreiden of juist tegenhouden.
Hoe werkt de test?
Bij de UL 94 V-0 test wordt een standaard teststaafje van het te beoordelen materiaal verticaal (V) boven een vlam gehouden. Er wordt vervolgens geobserveerd wat er gebeurt zodra de vlam wordt verwijderd.
Om de classificatie UL 94 V-0 te behalen, moet aan de volgende voorwaarden worden voldaan:
- De vlam dooft binnen 10 seconden.
- Er mogen geen brandende druppels van het materiaal vallen.
Wanneer aan deze voorwaarden wordt voldaan, krijgt het materiaal de befaamde V-0 classificatie.
Let op: dikte speelt een grote rol
Een belangrijk maar vaak over het hoofd gezien detail (meestal alleen vermeld in de TDS – Technical Data Sheet) is dat de dikte van het teststaafje sterk van invloed is op het resultaat.
Een materiaal kan bijvoorbeeld V-0 gecertificeerd zijn bij een dikte van 1 mm, maar niet bij 0,5 mm.
Een goed voorbeeld is PEI (polyetherimide), een van de meest hittebestendige thermoplasten. Dit materiaal haalt de V-0-classificatie bij 0,75 mm dikte, maar slechts V-2 bij 0,5 mm.
EN 45545: Europese brandveiligheidsnorm voor treinen.
De EN 45545-2 norm is verplicht voor materialen die gebruikt worden in treinen binnen Europa. Het doel van deze norm is om het vervoer van mensen zo veilig mogelijk te maken bij brandincidenten.
De norm beoordeelt materialen op drie hoofdcriteria:
- Vuurverspreiding (hoe snel een brand zich uitbreidt)
- Rookontwikkeling (zichtbaarheid en dichtheid van rook)
- Giftige gasemissie (hoe schadelijk de vrijgekomen gassen zijn)
Hoe werkt de classificatie?
EN 45545-2 deelt toepassingen in volgens een risicobeoordeling. Er zijn drie risicoklassen:
- HL1 – laag risico
- HL2 – gemiddeld risico
- HL3 – hoog risico
De risicoklasse waarin een toepassing valt, wordt bepaald op basis van onder andere:
- Of de trein door risicovolle gebieden rijdt (zoals tunnels)
- De beschikbaarheid van personeel bij noodsituaties
- Of de trein één of meerdere verdiepingen heeft
- Het type vervoer (goederen of passagiers)
Bijvoorbeeld: Passagierswagons vallen meestal in de hoogste risicoklasse (HL3).
Materiaaltypes (“R-classificatie”)
De norm verdeelt toepassingen verder in materiaaltypes, aangeduid met de letter “R” (bijv. R1 t/m R26). Elk “R”-type staat voor een specifieke toepassing, zoals zitmeubels, wandbekleding, of vloerdelen. Voor elk R-type gelden specifieke testvereisten en prestatieniveaus, afhankelijk van de toegewezen HL-klasse.
Hieronder vind je een overzicht van de R-classificaties (materiaaltypes) binnen EN 45545-2, samen met enkele voorbeelden per categorie en waarvoor ze gebruikt worden. Daarna geef ik een samenvattende tabel van de testvereisten per risicoklasse (HL1–HL3).
Overzicht van R-classificaties (materiaaltypes)
| R-code | Toepassing/ Materiaaltype | Voorbeeld |
| R1 | Binnenwanden, plafonds, vloerbedekking | Wandpanelen, plafondplaten, vloeren |
| R2 | Zittingen, inclusief kussens en bekleding | Treinstoelen, stoffering |
| R3 | Tafelbladen, tafels | Passagierstafels |
| R4 | Gordijnen, schermen, jaloezieën | Ramen, cabinescheiding |
| R5 | Verlichting | Armaturen, afdekkappen |
| R6 | Bekabeling (inwendig gebruik) | Elektrische bedrading in wanden |
| R7 | Buizen en leidingen | Luchtkanalen, elektrische leidingen |
| R8 | Vensters, ramen | Ruiten van de trein |
| R9 | Bodemplaten (vloerpanelen) | Vaste vloerconstructie |
| R10 | Buitenoppervlakken | Exterieurdelen |
| R11 | Isolatiematerialen | Thermische of akoestische isolatie |
| R12 | Structurele onderdelen (zoals dragende delen) | Verbindingselementen, steunen |
| R13–R26 | Specifieke toepassingen zoals ventilatie, batterijen e.d. | Worden toegepast in gespecialiseerde treindelen |
Samenvattende tabel: Eisen per risicoklasse (HL1 – HL3)
Elke R-code moet voldoen aan bepaalde brand-, rook- en toxiciteitstesten (zoals ISO 5659-2, ISO 5660-1, NF X 70-100, enz.) afhankelijk van de Hazard Level (HL).
| R-code | Testmethodes | HL1 | HL2 | HL3 |
| R1 | ISO 5660-1 (brandverspreiding), ISO 5659-2 (rook), NF X 70-100 (toxiciteit) | ✓ | ✓ | ✓ |
| R2 | ISO 4589-2 (zuurstofindex), ISO 5659-2 | ✓ | ✓ | ✓ |
| R6 | EN 60332-1-2 (vlamvertragend kabelgedrag) | ✓ | ✓ | ✓ |
| R10 | ISO 5658-2 (vlamuitbreiding) | ✓ | ✓ | ✓ |
| R22 | Specifieke eisen voor zitbekleding | ✗ | ✓ | ✓ |
| R23 | Draagstructuren van stoelen | ✗ | ✓ | ✓ |
Let op: Voor sommige toepassingen (zoals R6 – bekabeling) gelden ook andere normen zoals EN 50305 en EN 45545-5.
EN 45545 – R-classificaties en materiaalkeuze.
De risicoklassen van EN 45545-2 (HL1 t/m HL3) worden verder opgesplitst in materiaaltypes, aangeduid met “R”-codes. Elke R-code staat voor een specifieke toepassing, zoals wandpanelen, vloeren of raamonderdelen.
Een voorbeeld hiervan is FormFutura LUVOCOM 3F PEI 50236 GY, dat de classificatie EN 45545-2 R1 HL3 heeft. Dit betekent dat het materiaal geschikt is voor gebruik op het hoogste risiconiveau (HL3), bijvoorbeeld in platte wanden, raamcomponenten en schermen van passagierstreinen.
Let op: certificaten zeggen niet altijd alles.
Vanwege de hoge kosten van certificering kiezen sommige fabrikanten ervoor om hun materiaal niet officieel te laten testen, zelfs als het waarschijnlijk aan de eisen zou voldoen.
Een goed voorbeeld is polycarbonaat (PC), een materiaal dat van nature zeer vlambestendig is, maar niet altijd met een certificaat wordt geleverd.
Bij composietmaterialen gebeurt het ook regelmatig dat enkel de certificaten van de basispolymeer of additieven worden overgenomen, zonder dat het volledige eindmateriaal opnieuw wordt getest. Hierdoor is het belangrijk om altijd kritisch naar certificeringen te kijken.
Hoe zijn sommige kunststoffen van nature brandvertragend?
Materialen zoals PEI (Polyetherimide) en PC (Polycarbonaat) hebben van nature een hoge vlambestendigheid. Ze ontbranden moeilijk en ontwikkelen bij verhitting minder rook.
Daarentegen is een materiaal zoals ABS standaard zeer brandbaar. Het ontwikkelt dikke, zwarte en giftige rook, en produceert vaak brandende druppels. Toch kan ABS met de juiste modificatie vuur vertragend worden gemaakt.
Hoe maak je een kunststof vuur vertragend?
Het vuurbestendig maken van kunststoffen kan op drie manieren gebeuren — vaak worden deze methodes gecombineerd:
- Endotherme additieven
Additieven die bij verhitting vergassen en zo warmte uit het materiaal onttrekken. - Chemische vlamvertragers
Stoffen die bij hitte een reactie aangaan met zuurstof of radicalen in de vlam, waardoor de verbranding wordt onderbroken. - Carbonisatie (char formation)
Het materiaal vormt bij verhitting een harde, koolstofrijke buitenlaag die verdere ontbranding tegenhoudt en het onderliggende materiaal beschermt.
Voor- en nadelen van minder vlambare composieten
Het toevoegen van vlam vertragende componenten aan kunststoffen heeft vaak invloed op de mechanische eigenschappen:
- Nadeel: De materialen worden vaak brosser en minder taai.
- Voordeel: De kunststof behoudt veel van zijn originele chemische en thermische eigenschappen.
Een composiet van vlam vertragend ABS is bijvoorbeeld veel makkelijker te 3D-printen dan hoog performante materialen zoals PEI, maar biedt toch een verhoogd veiligheidsniveau.
