ULTEM &PEEK:der ultimative Leitfaden für Hochleistungs-3D-Druckmaterialien

Hochleistungsthermoplaste , wie PEI, PAEK und PPSU werden zunehmend für industrielle Fertigungsanwendungen nachgefragt.

Im Bereich der additiven Fertigung ist Fused Deposition Modeling (FDM) die am häufigsten verwendete Technologie für den 3D-Druck mit PEI, PAEK und PPSU, wobei diese Thermoplaste in Form von Filamenten verwendet werden.

In der heutigen Anleitung untersuchen wir den 3D-Druck mit Hochleistungsthermoplasten, einschließlich der Vor- und Nachteile. Anwendungen und die wichtigsten 3D-Druckanforderungen bei der Arbeit mit diesen Materialien.

Warum Hochleistungs-Thermoplaste verwenden?

Hochleistungsthermoplaste sind aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften, die sie für technische Anwendungen geeignet machen, einzigartig unter anderen 3D-Druckkunststoffen (einschließlich PLA und ABS). Festigkeit, Haltbarkeit, Hitze- und Chemikalienbeständigkeit sind nur einige der Eigenschaften, die diese Familie von Thermoplasten zu begehrten Materialien für eine Reihe von industriellen Anwendungen machen.

Die Materialien

PEI (oder ULTEM)

Polyetherimid (PEI) ist ein technischer Hochleistungsthermoplast, der entweder bernsteinfarben oder transparent ist. Vielleicht kennen Sie den Begriff ULTEM besser , da dies der Handelsname für die einzige derzeit auf dem Markt erhältliche Marke von PEI-Filamenten ist.

ULTEM gibt es in zwei Hauptqualitäten — ULTEM 9085 und ULTEM 1010 — obwohl Sabic, der Materialentwickler hinter ULTEM, kürzlich auch zwei neue Hochleistungs-PEI-Materialien auf Basis von ULTEM 1010 vorgestellt hat.

Werfen wir einen Blick auf die Vorteile von ULTEM 9085 und ULTEM 1010.

ULTEM 9085:die Vorteile

• Inhärent flammhemmend: Das Material ist FST-konform und für Flugzeugkomponenten zertifiziert.
• Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht: Mit ULTEM 9085 3D-gedruckte Teile können viel leichter sein als einige Metallteile (z. B. Aluminium) und bieten gleichzeitig eine vergleichbare Schlagfestigkeit. Dies ist besonders für Branchen wie die Luft- und Raumfahrt von Vorteil, in denen das Gewicht eines Flugzeugs direkt mit der verbrauchten Treibstoffmenge korreliert.
• Hohe Wärmebeständigkeit: ULTEM 9085 hat eine Wärmeformbeständigkeit von 167 °C.
• Chemische Resistenz: ULTEM 9085 ist beständig gegen eine Vielzahl von Chemikalien, wie z. B. Fahrzeugflüssigkeiten, wässrige Lösungen und Alkohole.

Bewerbungen

Die Eigenschaften von ULTEM 9085 machen es ideal für Luftfahrt- und Automobilanwendungen , bietet Hochleistungsteile und eine leichte Alternative zu Metall. ULTEM 9085 kann beispielsweise zum 3D-Drucken von Innenraumkomponenten, Luftkanälen oder Schaltschränken für Flugzeuge und Bodenfahrzeuge verwendet werden. Der französische Flugzeugbaukonzern Latécoère verwendet ULTEM 9085, um funktionale Prototypen, kundenspezifische Werkzeuge und Luftkanalgehäusekomponenten additiv herzustellen. Mit ULTEM 9085 kann das Unternehmen kundenspezifische Werkzeuge herstellen, die 50 % leichter sind.

Empfohlene Druckereinstellungen:

Extrudertemperatur: 350 – 380°C (Ganzmetall-Extruder)
Druckbetttemperatur: 140 – 160°C
Druckbettbezug: Empfohlen (Kaptonband, leicht geschliffenes FR4 oder Perfboard)
Beheiztes Gehäuse: Erforderlich – ULTEM druckt am besten in einer warmen bis heißen Bauumgebung
Druckgeschwindigkeit: Ausgangspunkt ist 20-30 mm/

ULTEM 1010:die Vorteile

• Hohe Zugfestigkeit :ULTEM 1010 hat die höchste Zugfestigkeit aller FDM-Filamente, was zu starken und langlebigen Teilen führt.
• Hohe thermische Stabilität: Das Material hat eine ausgezeichnete thermische Stabilität und Hitzebeständigkeit und kann auch einer Dampfsterilisation (Autoklavieren) standhalten.
• Biokompatibel (ISO 10993/USP Class VI-Zertifizierungen).
• Andere: Das einzige FDM-Material mit einer NSF 51-Lebensmittelkontakt-Zertifizierung.

Bewerbungen

Dank seiner hohen Festigkeit und thermischen Stabilität kann ULTEM 1010 in Luft- und Raumfahrtanwendungen außerhalb der Kabine verwendet werden (z. B. Kanäle, Clips und halbstrukturelle Komponenten) sowie Automotive-Anwendungen

Die Lebensmittelkontakt- und Biokompatibilitätszertifizierungen machen ULTEM 1010 zu einer großartigen Option für Anwendungen wie Werkzeuge zur Lebensmittelproduktion und kundenspezifische medizinische Geräte wie Vorrichtungen, Bohrschablonen und kundenspezifische Schalen.

Empfohlene Druckereinstellungen:

Extrudertemperatur: 370 – 390°C (Ganzmetall-Extruder)
Druckbetttemperatur: 120 – 160°C
Druckbettbezug: Empfohlen (Kaptonband, leicht geschliffenes FR4 oder Perfboard)
Beheiztes Gehäuse: Erforderlich, ULTEM druckt am besten in einer warmen bis heißen Bauumgebung
Druckgeschwindigkeit: Ausgangspunkt ist 20-30 mm/s

PAEK

Polyaryletherketon (PAEK) ist eine Familie von Thermoplasten mit Hochtemperaturstabilität und hoher mechanischer Festigkeit. Polyetheretherketon (PEEK) und Polyetherketonketon (PEKK) sind die beiden Thermoplaste, die zur PAEK-Familie gehören.

PEEK:die Vorteile

• Hohe Wärmebeständigkeit: PEEK hält extremen Temperaturen von bis zu 260°C stand.
• Ausgezeichnetes Verhältnis von Stärke zu Gewicht: Darüber hinaus ist PEEK abriebfest
• Große chemische Beständigkeit :PEEK hält einer Reihe von Lösungsmitteln, Säuren und Basen stand.
• Andere: Kann Sterilisationsverfahren wie Autoklavieren ausgesetzt werden.

Bewerbungen

Mit seinen einzigartigen mechanischen, chemischen und thermischen Eigenschaften ist PEEK in einer Vielzahl von Industrien weit verbreitet. In bestimmten Anwendungen kann es sogar einige Metalle ersetzen, wodurch ein Bauteil bei vergleichbaren Eigenschaften leichter wird. Bereits 2015 hat Airbus Helicopters das Aluminium im Türbeschlag der Flugzeuge seiner A350 XWB durch PEEK ersetzt, was zu einer Gewichtseinsparung von 40 % und einer verbesserten Funktionalität führte.

Neben leichten Flugzeugkomponenten ist PEEK auch gut geeignet für den 3D-Druck von Automobilteilen wie Lagern und Kolbenteilen sowie kundenspezifischer Prothetik.

Empfohlene Druckereinstellungen:

Extrudertemperatur: 360-450°C (Ganzmetall-Extruder)
Druckbetttemperatur: Mindest. 120°C
Druckbettbezug: Empfohlen (Kapton-Band)
Beheiztes Gehäuse: Erforderliche, empfohlene Temperatur 70 – 150°C
Druckgeschwindigkeit: 10-50 mm/s bei 0,2 mm Schichthöhe

PEKK:die Vorteile

• Stärke:  Hohe Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit
• Hohe Hitze- und Chemikalienbeständigkeit

Bewerbungen

PEKK eignet sich aufgrund seiner hohen chemischen Beständigkeit besonders für Flugzeugkomponenten, die Kerosin, Öl und Hydraulikflüssigkeiten ausgesetzt sind. Eine andere Anwendung ist die Verwendung von PEKK zur Herstellung von Raumfahrzeugteilen, die geringe Ausgasung und chemikalienbeständige Industrieteile erfordern.

Ein Beispiel aus der Praxis sind die Starliner-Passagierkapseln von Boeing, die für den Transport von NASA-Astronauten zur und von der Raumstation entwickelt wurden . Die Kapseln enthalten mehr als 500 von Oxford Performance Materials 3D-gedruckte PEKK-Teile. Die 3D-gedruckten PEKK-Komponenten sollen fast 60 % kostengünstiger sein als herkömmlich hergestellte Gegenstücke.

Empfohlene Druckereinstellungen:

Extrudertemperatur: 345 – 375°C (Ganzmetall-Extruder)
Druckbetttemperatur: 120 – 140°C
Druckbettbezug: Empfohlen (Kapton-Band)
Beheiztes Gehäuse: Erforderliche, empfohlene Temperatur 70 – 150°C
Druckgeschwindigkeit: 20-50 mm/s für 0,2 mm Schichthöhe

PPSU (PPSF)

Polyphenylsulfon (PPSU) ist einer der stärksten 3D-Druck-Thermoplaste für technische Anwendungen.

PPSU:die Vorteile

• Hohe Chemikalien- und Hitzebeständigkeit: Die Wärmeformbeständigkeit beträgt 205 °C und das Material ist ideal für Anwendungen, bei denen Teile hohen Belastungen standhalten müssen und Chemikalien ausgesetzt sind
• Stark und langlebig 
• Andere: PPSU hat eine hohe Beständigkeit gegen Gammastrahlung und ist sterilisationsfähig (einschließlich EtO-Gas, Dampfautoklavieren, Plasma, Trockenhitze und Kaltsterilisation).

Bewerbungen

PPSU ist ein vielseitiges Material mit Anwendungen von Automobil bis Medizin. Seine Beständigkeit gegen Dampfsterilisation macht es beispielsweise für den 3D-Druck von medizinischen Werkzeugen zu einer guten Option. Ein weiterer Anwendungsfall sind Spritzgussformen in kleinen Stückzahlen aufgrund der Beständigkeit von PPSU gegenüber hohen Temperaturen. Andere Anwendungen für PPSU sind Fahrzeugkomponenten unter der Motorhaube und elektronische Gehäuse.

Empfohlene Druckereinstellungen:

• Extrudertemperatur: 360 – 390°C (Ganzmetall-Extruder)
• Druckbetttemperatur: 140 – 160°C°C
• Bettbezug drucken: Empfohlen (Kapton-Band)
• Beheiztes Gehäuse: Erforderlich
• Druckgeschwindigkeit: Startpunkt ist 1000 mm/min

Die Grenzen von Hochleistungs-Thermoplasten

Die beiden Haupteinschränkungen der in diesem Artikel behandelten Hochleistungsmaterialien sind 1) die hohen Kosten und 2) die hohe Fachkompetenz, die für erfolgreiche Druckergebnisse erforderlich ist. Darüber hinaus gibt es eine begrenzte Anzahl von FDM-3D-Druckern auf dem Markt, die diese Hochtemperaturmaterialien verarbeiten können. Es sollte auch beachtet werden, dass viele Hochleistungsthermoplaste (PEKK und PEEK) eine Nachbearbeitung erfordern, z. B. Glühen, um sicherzustellen, dass sie richtig kristallisiert sind.

Zusammenfassend

Insgesamt sind Hochleistungsthermoplaste ein stark wachsender Bereich der Materialforschung. Jeder der Thermoplaste, die wir in diesem Artikel angesprochen haben, hat einzigartige Eigenschaften, die ihn in vielen Fällen zu einer kostengünstigen Alternative zu Metalllegierungen machen. Letztendlich können sie dadurch zu einer noch besseren Alternative zu einigen Metallen werden, was Möglichkeiten für kostengünstige Leichtbaulösungen eröffnet.

Wenn immer mehr Materialhersteller auf den Markt kommen, werden auch die Preise dieser Thermoplaste sinken , wodurch sie in einem noch breiteren Anwendungsspektrum eingesetzt werden können. Die Zukunft des 3D-Drucks mit Hochleistungs-Thermoplasten sieht also rosig aus.

Eher so:
3D-Druck mit ABS:Alles, was Sie wissen müssen
PLA 3D-Druck:Der endgültige Leitfaden