TPU-3D-Druck:Ein Leitfaden zum 3D-Druck flexibler Teile

Haben Sie schon einmal über den 3D-Druck von flexiblen Teilen nachgedacht? Wenn ja, ist Thermoplastisches Polyurethan oder TPU, wie es allgemein bekannt ist, definitiv ein Material, das Sie Ihrer Liste hinzufügen sollten.

Der TPU-3D-Druck bietet einzigartige Möglichkeiten, die mit anderen 3D-Druckmaterialien wie ABS, PLA oder Nylon sonst nicht erreichbar sind. Durch die Kombination der Eigenschaften von Kunststoff und Gummi kann TPU elastische, sehr haltbare Teile herstellen, die sich leicht biegen oder komprimieren lassen.

Im heutigen Tutorial untersuchen wir die Vorteile und Anwendungen von TPU, die Technologien, die das Material unterstützen, sowie einige Tipps, die Ihnen helfen, den 3D-Druck mit TPU so einfach und effizient wie möglich zu gestalten.

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Was ist TPU?

Thermoplastisches Polyurethan (TPU) gehört zur Familie der thermoplastischen Elastomere und vereint die besten Eigenschaften von Thermoplasten und Kautschuken (Duroplasten).

Vielleicht kennen Sie den Begriff TPE besser – oder ThermoPlastic Elastomer. Früher das bevorzugte Material für den flexiblen 3D-Druck, ist TPE ein sehr weicher, gummiähnlicher Kunststoff, der ohne Verformung gebogen oder gestreckt werden kann. Seine Weichheit macht TPE jedoch zu einem sehr anspruchsvollen Material für Maschinenextruder für den 3D-Druck.

TPU hingegen kann man sich als die neuere Version von TPE vorstellen. TPU besitzt gummiartige Elastizität, hohe Reiß- und Abriebfestigkeit, hohe Bruchdehnung sowie thermische Stabilität.

Darüber hinaus ist TPU auch beständig gegen Öle, Fette und eine Vielzahl von Lösungsmitteln. Da TPU fester als TPE ist, lässt es sich daher auch viel einfacher in 3D drucken.

Profis Nachteile Anwendungen Elastisches und weiches MaterialHygroskopischSportartikel Kann je nach Bruchdehnung sehr dehnbar seinAnfällig für Fadenziehen und VerstopfenSchutzhüllen Geringer Verzug und SchrumpfBedruckung bei niedrigen Temperaturen erforderlichAutomobilbuchsen ChemikalienbeständigSchwer nachzubearbeitenVibrationsdämpfende Komponenten Gute Schlagfestigkeit Gute Vibrationsdämpfung und Schock Absorption In verschiedenen Farben erhältlich

Anwendungen

TPU hat ein breites Anwendungsspektrum. Es ist beispielsweise eine gute Option für den 3D-Druck von flexiblen Funktionsprototypen oder Endverbrauchsteilen, die gebogen und komprimiert werden müssen.

Konsumgüter

Für Konsumgüter eignet sich TPU ideal zur Herstellung von Zubehör wie Handyhüllen und Schuhkomponenten.

Im Jahr 2015 hat New Balance Laufschuhe mit TPU-3D-gedruckten Zwischensohlen entwickelt. Durch den Einsatz von DuraForm Flex TPU von 3D Systems, 3D-Druck und generativem Design konnte der Schuhgigant ein hohes Maß an Flexibilität in seinen Zwischensohlen sowie Festigkeit, optimales Gewicht und Haltbarkeit erreichen.

Medizin

Eine weitere interessante Anwendung von TPU liegt im medizinischen Bereich. Aus dem Material lassen sich beispielsweise orthopädische Modelle erstellen. Im Jahr 2016 stellte das US-amerikanische Unternehmen Graphene 3D Lab ein leitfähiges TPU-Filament vor, das sich für die Herstellung flexibler Elektronik, einschließlich tragbarer medizinischer Geräte wie Armbänder, eignet.

Automobil

Mit seiner hohen chemischen Beständigkeit gegen Öle und Fette ist TPU ideal für Automobilanwendungen wie Dichtungen, Dichtungen, Stopfen, Rohre und Schutzanwendungen.

Ein innovatives Beispiel ist ein 3D-gedrucktes Elektroauto des chinesischen Startups XEV Limited. Das Auto besteht aus rund 100 Teilen, von denen viele mit TPU neben PLA und Nylon 3D-gedruckt wurden.

Verfügbare TPU-Materialien

Materialhersteller Materialmarkenname Shore A Härte Schlüsseleigenschaften Technologie 3D SystemsDuraForm TPU ElastomerShore A Härte variabel abrieb- und reißfest

Leicht zu verarbeiten

Bruchdehnung 200%SLS ProdwaysTPU-70A70AHochauflösend

Dehnung Reißdehnung über 300%SLS Advanc3DAdsint TPU 80 shA80AGute Abrieb- und Chemikalienbeständigkeit

Reißdehnung 600%SLS SinteritFlexa Soft40-55AEReißdehnung 137%SLS SinteritFlexa Black80-90AEReißdehnung 155%SLS SinteritFlexa Grey70-90A (einstellbar)Reißdehnung 137%SLS SinteritFlexa Bright79AEReißdehnung 317%SLS LUVOCOMLUVOSINT® TPU 92 Shore A88AHohe Festigkeit und hohe Abriebfestigkeit

Reißdehnung 500%SLS LubrizolEstane® 3D TPU F70D-045TR UV70DLow- Temperaturflexibilität und UV-StabilitätFFF, SLS, Multi Jet Fusion (MJF) LubrizolEstane® 3D TPU F50D-045SR GP50DHohe Steifigkeit mit ausgezeichneter Chemikalien- und ÖlbeständigkeitFFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F98A-030CR HC98AExzellente mechanische Eigenschaften, geringer Verzug und Schrumpf nkage FFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F75D-035 TR UV75DOBietet einen hohen Modul und hervorragende VerarbeitungseigenschaftenFFF, SLS, MJF NinjatekNinjaflex TPU85AAAbriebfestigkeit 20 % besser als ABS und 68 % besser als PLA
chemikalienbeständig

Bruchdehnung 660%FFF NinjatekCheetah TPU95AHohe Schlagzähigkeit

Abriebfestigkeit 40% besser als ABS und 76% besser als PLA
Bruchdehnung 580%FFF NinjatekArmadillo TPU75DRStarr, abriebfest , zäh

Hervorragende Brückenbildung und praktisch kein Verziehen FFF PolymakerPolyFlex™ TPU9595AEleicht zu verarbeiten

Bruchdehnung 330%FFF rigid.inkrigid.ink TPU94AThart und langlebig

Bruchdehnung 500%FFF MatterHackersMatterHackers PRO TPU95AResistent gegen Abrieb, Fett und Öl FFF FillamentumFlexfill TPU92A und 98AÖlbeständig mit
ausgezeichneter Zwischenschichthaftung FFF

3D-Druck mit TPU:Die Technologien

Wenn Sie den 3D-Druck mit diesem flexiblen Material erkunden möchten, stehen zwei Haupttechnologien zur Auswahl:Selective Laser Sintering (SLS) und Fused Deposition Modeling (FDM).

Lassen Sie uns in die Möglichkeiten jedes einzelnen eintauchen.

Selektives Lasersintern

Selective Laser Sintering (SLS) ist eine 3D-Drucktechnologie für die Pulverbettfusion, die einen Laserstrahl verwendet, um pulverförmiges Material selektiv zu schmelzen und zu verschmelzen.

SLS bietet viele Vorteile für die industrielle Fertigung, da die Technologie in der Lage ist, Funktionsteile mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften herzustellen. Darüber hinaus erfordert SLS keine Stützstrukturen, was Freiformteile ohne Stützentfernungsmarken ermöglicht. Teile erfordern jedoch eine gewisse Nachbearbeitung, um eine bessere Oberflächengüte zu erzielen.

Ursprünglich wurde die Technologie mit verschiedenen Nylonarten verwendet, aber mit den jüngsten Fortschritten in der Materialforschung ist es jetzt möglich, TPU-Pulver zu sintern.

Aktuell gibt es einige Hersteller auf dem Markt, die TPU-Pulver mit unterschiedlichen Shore-Härten anbieten:

– 3D Systems bietet sein proprietäres DuraForm TPU Elastomer an, das mit seinem Pro 60 HD-HS 3D-Drucker kompatibel ist.

– Französischer AM-Spezialist Prodways hat TPU-70A im Materialportfolio mit einer Bruchdehnung von über 300%. Bei TPU-70A kann die Shore-Härte je nach Energieeintrag angepasst werden.

– 2017 deutscher Materialhersteller Advanc3D führte das Adsint TPU 80 shA Material ein, das als das dehnbarste Material gilt, das kommerziell für die SLS-Technologie erhältlich ist.

Designtipps bei der Verwendung von TPU-Pulver

Mindestwandstärke
1,5 mm ist die Mindestwandstärke bei der Verwendung von TPU-Pulver. 3D-gedruckte Teile mit 1,5-mm-Wänden sind sehr flexibel, aber Sie können Ihr Teil auch steifer machen, indem Sie die Wandstärke auf 3 mm erhöhen.

Mindestfunktionsgröße
Stellen Sie beim Entwerfen von Details für Ihr TPU-Teil sicher, dass diese mindestens 0,5 mm groß sind. Für die Sichtbarkeit von geprägten und gravierten Details sollte deren Höhe und Breite nicht kleiner als 1,5 mm sein.

Komplexe Designs
Als Pulverbetttechnologie kann SLS geschlossene und ineinandergreifende Teile herstellen, wodurch die Montage individuell bedruckter Komponenten entfällt. Damit dies gelingt, beachten Sie, dass der Abstand zwischen den Teilen mindestens 1 mm betragen sollte. Bei großen Objekten sollte der Abstand erhöht werden.

Fluchtlöcher
Das Aushöhlen Ihres Teils kann nützlich sein, da dies die Druckzeit reduziert und Material spart. Vergessen Sie dabei jedoch nicht, Ihre Designlöcher mit einem Durchmesser von mindestens 1,5 mm einzuplanen, um das Pulver, das nach dem Druckvorgang in Ihrem Teil stecken bleibt, zu entfernen.

Fused Deposition Modeling

Die FDM-Technologie kann auch mit TPU-Filamenten verwendet werden.

Die Verwendung von FDM anstelle von SLS bei der Herstellung von TPU-Teilen hat zwei große Vorteile:Erstens ist FDM kostengünstiger und zweitens ist es in der Regel schneller, TPU-Teile mit Filamenten statt mit Pulvern herzustellen.

Andererseits führt der 3D-Druck mit TPU-Filamenten unter Verwendung von FDM zu einem weniger maßgenauen Teil mit sichtbaren Druckschichten, die nicht geglättet werden können. Da TPU ein weiches Material ist, insbesondere im Vergleich zu ABS- und PLA-Thermoplasten, können sich TPU-Filamente außerdem im Extrudermechanismus biegen, was zum Aufwickeln des Filaments und zum Verstopfen eines Extruders führt. Die Weichheit des Materials macht jedoch die Schicht-zu-Schicht-Haftung bei TPU-Drucken stark und haltbar.

5 Tipps für den 3D-Druck mit TPU-Filamenten

Grundlegende Druckeranforderungen:

• Extrudertemperatur :225-250°C
• Extrudertyp :Direct Drive Extruder wird empfohlen
• Beheiztes Druckbett :50 ±10 °C
• Kühlung :Teillüfter wird empfohlen (mittlere oder hohe Einstellung)
• Anlage :nicht notwendig
• Oberfläche bauen :Kaptonband (PEI), blaues Malerband

Drucktemperatur

Der empfohlene Extrusionstemperaturbereich liegt zwischen 225-250°C, abhängig von der Art des 3D-Druckers und des verwendeten TPU-Filaments. Beachten Sie jedoch, dass das Drucken mit höheren Temperaturen dem Filament ermöglicht, schneller zu schmelzen und leichter aus einer Düse zu fließen.

Geschwindigkeit

TPU druckt normalerweise am besten bei niedrigeren Geschwindigkeiten. Es empfiehlt sich, die halbe Durchschnittsgeschwindigkeit (15 mm/s – 20 mm/s) einzustellen, um qualitativ hochwertige Drucke zu gewährleisten.

Extrusionsmultiplikator

Extrusion Multiplier ist die Einstellung des 3D-Druckers, mit der Sie steuern können, wie viel Filament aus der Düse oder einfach die Extrusionsflussrate austritt. Da TPU-Filamente während des Druckprozesses falsch extrudiert werden können, kann dies zu einer falschen Verbindung von Schichten und Umrissen führen. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besteht darin, den Extrusionsmultiplikator leicht zu erhöhen.

Rückzug

Retraction ist der Mechanismus in einem 3D-Drucker, der das Filament nach hinten in den Extruder zieht, um das Auslaufen des geschmolzenen Filaments zu verhindern. Diese Funktion ist bei starren Filamenten wie PLA und ABS sehr nützlich, bei TPU-Filamenten kann das Zurückziehen jedoch schwierig sein und zu Verstopfungen führen. Aus diesem Grund ist es sehr ratsam, das Zurückziehen zu deaktivieren, um ein Dehnen und Zusammendrücken des flexiblen Filaments in der Düse zu verhindern.

Flöße und Röcke

Ein Floß ist eine horizontale Wegwerffläche, auf die ein Teil gedruckt wird und die verwendet wird, um ein Verziehen zu verhindern. Da sich TPU-Teile jedoch in der Regel nicht verziehen, sind Rafts beim 3D-Druck mit TPU nicht zu empfehlen, nicht zuletzt, weil sie durch hohe Druckgeschwindigkeiten zusätzliche Druckprobleme verursachen können. Im Gegensatz dazu wäre es ratsam, einen Rock zu drucken – ein paar Materialschlaufen um den Druck herum – um den Fluss des Filaments zu überprüfen und den Erfolg der ersten paar Schichten sicherzustellen.

Schlussfolgerung

TPU ist ein sehr nützliches Material, das einzigartige Eigenschaften und ein breites Anwendungsspektrum bietet.

Der 3D-Druck mit TPU kann jedoch aufgrund der einzigartigen Eigenschaften des Materials schwierig sein, weshalb es wichtig ist, die Möglichkeiten und Grenzen von TPU vor dem Drucken zu verstehen. Wir hoffen, dass Sie mit diesem Leitfaden nun auf einem guten Weg sind, Ihre 3D-gedruckten TPU-Teile erfolgreich zu produzieren.