TPU 3D-Druck meistern: Ihr kompletter Leitfaden für flexible, langlebige Teile

Haben Sie jemals über 3D-Druck flexibler Teile nachgedacht? Dann ist Thermoplastisches Polyurethan (TPU), wie es allgemein bekannt ist, definitiv ein Material für Ihre Liste.

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

In diesem Tutorial erkunden wir Vorteile und Anwendungen von TPU, die Technologien, die das Material unterstützen, sowie Tipps, um 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 Gummi (Duroplasten).

Der Begriff TPE – ThermoPlastischer Elastomer – ist vielleicht geläufiger. Früher das Go-to-Material für flexiblen 3D-Druck, ist TPE ein sehr weicher, gummiartiger Kunststoff, der sich ohne Deformation biegen oder dehnen lässt. Seine Weichheit macht TPE jedoch für Maschinenextruder sehr herausfordernd.

TPU kann als neuere Version von TPE betrachtet werden. TPU besitzt gummiartige Elastizität, hohe Reiß- und Abriebfestigkeit, hohe Dehnung bei Bruch sowie thermische Stabilität.

Zusätzlich ist TPU beständig gegen Öle, Fette und diverse Lösungsmittel. Da es fester als TPE ist, lässt es sich auch deutlich leichter 3D-drucken.

Vorteile	Nachteile	Anwendungen
Elastisch und weich	Hygroskopisch	Sportartikel
Sehr dehnbar (je nach Bruchdehnung)	Neigung zu Stringing und Verstopfung	Schutzhüllen
Geringes Warping und Schrumpfung	Muss bei niedrigen Temperaturen gedruckt werden	Automotive-Buchsen
Chemikalienbeständig	Schwer nachzubearbeiten	Schwingungsdämpfende Komponenten
Gute Schlagfestigkeit
Gute Schwingungsdämpfung und Stoßabsorption
In vielen Farben verfügbar

Anwendungen

TPU hat ein breites Anwendungsspektrum. Beispielsweise eignet es sich gut für 3D-Druck funktionaler flexibler Prototypen oder Endverbrauchsteile, die gebogen und komprimiert werden müssen.

Konsumgüter

Für Konsumgüter ist TPU ideal für Accessoires wie Handyhüllen und Schuhelemente.

2015 kreierte New Balance Laufschuhe mit TPU-3D-gedruckten Midsoles. Mit 3D Systems' DuraForm Flex TPU, 3D-Druck und generativem Design erreichte der Schuhriese hohes Maß an Flexibilität in den Midsoles sowie Festigkeit, optimales Gewicht und Langlebigkeit.

Medizin

Eine weitere interessante TPU-Anwendung ist der Medizinsektor. Das Material kann für orthopädische Modelle genutzt werden. 2016 führte US-Unternehmen Graphene 3D Lab leitfähiges TPU-Filament ein, geeignet für flexible Elektronik, einschließlich tragbarer Medizinprodukte wie Armbänder.

Automotive

Mit hoher Chemikalienbeständigkeit gegen Öle und Fette ist TPU ideal für Automobilanwendungen wie Dichtungen, Dichtringe, Stopfen, Schläuche und Schutzanwendungen.

Ein innovatives Beispiel: Ein 3D-gedrucktes Elektroauto des chinesischen Startups XEV Limited. Das Auto besteht aus ca. 100 Teilen, viele davon 3D-gedruckt mit TPU neben PLA und Nylon.

Verfügbare TPU-Materialien

Hersteller	Markenname	Shore A Härte	Kernproperties	Technologie
3D Systems	DuraForm TPU Elastomer	Variabel	Abriebfest, reißfest, einfach zu verarbeiten, Bruchdehnung 200%	SLS
Prodways	TPU-70A	70A	Hohe Auflösung, Bruchdehnung >300%	SLS
Advanc3D	Adsint TPU 80 shA	80A	Gute Abrieb- und Chemikalienbeständigkeit, Bruchdehnung 600%	SLS
Sinterit	Flexa Soft	40-55A	Bruchdehnung 137%	SLS
Sinterit	Flexa Black	80-90A	Bruchdehnung 155%	SLS
Sinterit	Flexa Grey	70-90A (einstellbar)	Bruchdehnung 137%	SLS
Sinterit	Flexa Bright	79A	Bruchdehnung 317%	SLS
LUVOCOM	LUVOSINT® TPU 92 Shore A	88A	Hohe Festigkeit, hohe Abriebfestigkeit, Bruchdehnung 500%	SLS
Lubrizol	Estane® 3D TPU F70D-045TR UV	70D	Tieftemperaturflexibilität, UV-Stabilität	FFF, SLS, MJF
Lubrizol	Estane® 3D TPU F50D-045SR GP	50D	Hohe Steifigkeit, exzellente Chemikalien- und Ölbeständigkeit	FFF, SLS, MJF
Lubrizol	Estane® 3D TPU F98A-030CR HC	98A	Exzellente mechanische Eigenschaften, geringes Warping/Schrumpfung	FFF, SLS, MJF
Lubrizol	Estane® 3D TPU F75D-035 TR UV	75D	Hoher Modul, exzellente Verarbeitungseigenschaften	FFF, SLS, MJF
Ninjatek	Ninjaflex TPU	85A	Abriebfestigkeit 20% besser als ABS, 68% besser als PLA, chemikalienbeständig, Bruchdehnung 660%	FFF
Ninjatek	Cheetah TPU	95A	Große Schlagfestigkeit, Abriebfestigkeit 40% besser als ABS, 76% besser als PLA, Bruchdehnung 580%	FFF
Ninjatek	Armadillo TPU	75D	Steif, abriebfest, zäh, exzellente Brückenfähigkeit, nahezu kein Warping	FFF
Polymaker	PolyFlex™ TPU95	95A	Einfach zu verarbeiten, Bruchdehnung 330%	FFF
rigid.ink	rigid.ink TPU	94A	Zäh und langlebig, Bruchdehnung 500%	FFF
MatterHackers	MatterHackers PRO TPU	95A	Beständig gegen Abrieb, Fett und Öl	FFF
Fillamentum	Flexfill TPU	92A und 98A	Ölbeständig mit exzellenter Schichthaftung	FFF

3D-Druck mit TPU: Die Technologien

Für flexibles Material gibt es zwei Haupttechnologien: Selektives Lasersintern (SLS) und Fused Deposition Modelling (FDM).

Selektives Lasersintern (SLS)

SLS ist eine Pulverbettfusion-Technologie, die Laserstrahl nutzt, um pulverförmiges Material selektiv zu schmelzen und zu verschmelzen.

SLS bietet viele Vorteile für industrielle Fertigung, da die Technologie funktionale Teile mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften produzieren kann. Zudem benötigt SLS keine Stützstrukturen, ermöglicht Freiformteile ohne Stützenentfernungsmale. Teile benötigen jedoch Nachbearbeitung für bessere Oberflächenqualität.

Ursprünglich mit verschiedenen Nylontypen genutzt, ermöglichen jüngste Materialforschungsfortschritte nun TPU-Pulver-Sintern.

Aktuell bieten wenige Hersteller TPU-Pulver mit verschiedenen Shore-Härten an:

• 3D Systems bietet proprietäres DuraForm TPU Elastomer, kompatibel mit Pro 60 HD-HS 3D-Drucker.
• Französischer AM-Spezialist Prodways führt TPU-70A mit Bruchdehnung >300 %. Shore-Härte lässt sich über Energieinput anpassen.
• 2017 führte deutscher Materialhersteller Advanc3D Adsint TPU 80 shA ein, angeblich dehnbarstes kommerziell verfügbares Material für SLS.

Design-Tipps für TPU-Pulver

Mindestwandstärke
1,5 mm ist Mindestwandstärke bei TPU-Pulver. Teile mit 1,5 mm Wänden sind sehr flexibel; durch Erhöhung auf 3 mm wird das Teil steifer.

Mindestfeaturegröße
Bei Design von Details für TPU-Teile sicherstellen, dass sie minimum 0,5 mm groß sind. Für Sichtbarkeit von erhabenen und gravierten Details sollten Höhe und Breite nicht kleiner als 1,5 mm sein.

Komplexe Designs
Als Pulverbetttechnologie kann SLS geschlossene und ineinandergreifende Teile erstellen, eliminiert Montage einzelner gedruckter Komponenten. Für Erfolg: Freiraum zwischen Teilen minimum 1 mm, bei großen Objekten erhöhen.

Entlüftungslöcher
Ausgehöhlte Teile sparen Druckzeit und Material. Aber: Löcher mit mindestens 1,5 mm Durchmesser einplanen, um Pulver nach Druck aus dem Teil zu entfernen.

Fused Deposition Modelling (FDM)

FDM-Technologie kann auch mit TPU-Filamenten genutzt werden.

Zwei Hauptvorteile von FDM statt SLS für TPU-Teile: erstens günstiger, zweitens typisch schnellerer TPU-Teile-Druck mit Filament statt Pulver.

Andererseits resultiert FDM mit TPU-Filamenten in weniger dimensionsgenauen Teilen, sichtbaren Druckschichten, die nicht geglättet werden können. Da TPU weicher als ABS und PLA ist, können TPU-Filamente im Extruder flexen, was Filament-Coiling und Extruder-Verstopfung verursacht. Die Weichheit des Materials sorgt jedoch für starke, langlebige Schicht-zu-Schicht-Haftung.

5 Tipps für 3D-Druck mit TPU-Filamenten

Grundlegende Druckeranforderungen:

• Extrudertemperatur: 225–250 °C
• Extrudertyp: Direct Drive empfohlen
• Beheiztes Druckbett: 50 ±10 °C
• Kühlung: Bauteillüfter empfohlen (mittel oder hoch)
• Gehäuse: nicht notwendig
• Bauoberfläche: Kaptonband (PEI), blaues Malerkrepp

Drucktemperatur

Empfohlener Extrusionsbereich: 225–250 °C, abhängig von Drucker und TPU-Filament. Höhere Temperaturen lassen Filament schneller schmelzen und leichter aus der Düse fließen.

Geschwindigkeit

TPU druckt typischerweise am besten bei langsameren Geschwindigkeiten. Halbe Durchschnittsgeschwindigkeit (15–20 mm/s) für hochwertige Drucke empfohlen.

Extrusionsmultiplikator

Der Extrusionsmultiplikator steuert, wie viel Filament aus der Düse kommt. Da TPU-Filamente unsachgemäß extrudieren können, was zu schlechter Schicht- und Perimeterbindung führt: Extrusionsmultiplikator leicht erhöhen.

Retraktion

Retraktion zieht Filament zurück in den Extruder, um Austritt geschmolzenen Filaments zu verhindern. Nützlich bei starren Filamenten wie PLA/ABS, bei TPU jedoch herausfordernd und kann Verstopfung verursachen. Dringend empfohlen: Retraktion deaktivieren, um Dehnung und Kompression des flexiblen Filaments in der Düse zu verhindern.

Rafts und Skirts

Ein Raft ist eine wegwerfbare horizontale Fläche unter dem Teil, verhindert Warping. Da TPU-Teile meist nicht warpen, sind Rafts nicht empfohlen – nicht zuletzt, da sie durch hohe Druckgeschwindigkeiten zusätzliche Probleme verursachen können. Stattdessen: Skirt drucken – einige Materialschlaufen um den Druck – um Filamentfluss zu prüfen und Erfolg der ersten Schichten zu sichern.

Fazit

TPU ist ein hochnützliches Material mit einzigartigen Eigenschaften und breitem Anwendungsspektrum.

3D-Druck mit TPU kann jedoch aufgrund der einzigartigen Materialeigenschaften knifflig sein – daher ist Verständnis der Möglichkeiten und Grenzen vor dem Druck wichtig. Mit diesem Leitfaden sind Sie auf bestem Weg, erfolgreiche 3D-gedruckte TPU-Teile zu produzieren.