Flex 3D-Druckfilament erklärt:Materialien, Eigenschaften und Expertenratgeber

Was ist Flex-3D-Druck?

Als Flex-3D-Druck werden 3D-Druckverfahren bezeichnet, bei denen flexible Filamente aus TPEs verwendet werden, um Teile Schicht für Schicht zu erzeugen. Im 3D-Druck können verschiedene Arten flexibler Filamente verwendet werden, wobei jede Art ihre eigenen Vor- und Nachteile hat. Das am häufigsten verwendete flexible 3D-Druckfilament ist thermoplastisches Polyurethan (TPU). Aber auch thermoplastischer Copolyester (TPC), thermoplastisches Polyamid (TPA) und „weiche Polymilchsäure (PLA)“ sind üblich. 

Laut einem von SVOA Materials Science and Technology veröffentlichten Forschungsartikel erfordert die TPE-Verarbeitung 25–40 % weniger Energie als die duroplastischen vulkanisierten Kautschuke. Darüber hinaus können einige flexible 3D-Druckfilamente mehrfach verarbeitet und recycelt werden, was dazu beiträgt, Abfall und Umweltverschmutzung zu reduzieren und Erdölressourcen zu schonen. Der Flex-3D-Druck hat sich zu einer sinnvollen alternativen Produktionsmethode für Elastomerteile entwickelt, da Kunden immer speziellere und maßgeschneiderte Produkte verlangen. Weitere Informationen finden Sie in unserem Leitfaden zum 3D-Druck.

Wie setzt sich Flexfilament zusammen?

Flex-3D-Druckfilamente werden aus TPEs hergestellt und weisen daher ähnliche Elastizitätseigenschaften wie vernetzte Kautschuke auf, behalten aber gleichzeitig die Verarbeitungseigenschaften von Thermoplasten bei. Verschiedene flexible Filamente werden durch die unterschiedlichen Kunststoffmaterialien ermöglicht, die bei der Ölraffinierung entstehen. Während des Veredelungsprozesses wird Naphtha in einem Polymerisationsreaktor mit Katalysatoren und anderen Chemikalien kombiniert, um die gewünschten Kunststoffe herzustellen. Der Prozess führt zu Kunststoffpellets, die aus TPEs wie TPU, TPC, TPA und weichem PLA bestehen (abhängig von den bei der Polymerisation verwendeten Chemikalien). Diese TPE-Pellets werden dann geschmolzen und extrudiert, um flexible Filamente zu bilden, die im FDM-3D-Druck verwendet werden.

Was sind die Eigenschaften von Flexfilament?

Die Eigenschaften von Flexfilamenten variieren je nach Material. Einige Filamente, wie zum Beispiel TPU, sind elastischer als andere, wie zum Beispiel TPC. Die allgemeinen Eigenschaften von Flexfilamenten wie TPU, TPC, TPA und weichem PLA werden in der folgenden Liste beschrieben:

1. Weich und flexibel im Vergleich zu thermoplastischen Filamenten.
2. Hervorragende Elastizität im Vergleich zu thermoplastischen Filamenten wie PLA oder ABS.
3. Außergewöhnliche Verschleiß-, Schlag-, chemische und elektrische Beständigkeit.
4. Gute thermische und Umweltstabilität.

Vergleich der Flex-Filament-Eigenschaften

Ein direkter Vergleich der Eigenschaften zwischen flexiblen Filamenten und konventionelleren ABS-Filamenten ist in der folgenden Tabelle 1 dargestellt:

Tabelle 1:Vergleich von TPU vs. TPA vs. ABS

Eigenschaft TPU (Flex Filament) TPA (Flex Filament) ABS (konventionelles Filament)

Eigentum

Stärke

TPU (Flex Filament)

Gut

TPA (Flex Filament)

Gut

ABS (konventionelles Filament)

Am besten

Eigentum

Haltbarkeit

TPU (Flex Filament)

Hoch

TPA (Flex Filament)

Hoch

ABS (konventionelles Filament)

Hoch

Eigentum

Flexibilität

TPU (Flex Filament)

Hoch

TPA (Flex Filament)

Hoch

ABS (konventionelles Filament)

Minimal

Eigentum

Biologisch abbaubar

TPU (Flex Filament)

Ja

TPA (Flex Filament)

Ja

ABS (konventionelles Filament)

Nein

Eigentum

Recycelbar

TPU (Flex Filament)

Ja

TPA (Flex Filament)

Nein

ABS (konventionelles Filament)

Ja

Eigentum

Hygroskopisch

TPU (Flex Filament)

Ja

TPA (Flex Filament)

Ja

ABS (konventionelles Filament)

Ja

Was sind die Einschränkungen des 3D-Drucks mit Flex?

Trotz der vielen Vorteile besteht eine der größten Einschränkungen beim 3D-Druck mit Flexfilamenten darin, dass Teile schwierig zu drucken sein können. Flexible Filamente neigen dazu, Druckdüsen zu verstopfen oder zu verstopfen. Darüber hinaus kann der Rückzug während des Druckens unzureichend sein, was zu Fadenzügen und manchmal fehlerhaften Maßen der Teile führen kann. Darüber hinaus kann die elastische Beschaffenheit dieser Filamente dazu führen, dass sie bei der Verwendung von Bowden-Extrudern knicken oder verrutschen. Im Vergleich zu herkömmlichen Filamenten wie ABS oder PLA erfordern Drucke, die flexible 3D-Druckfilamente verwenden, mehr Feinabstimmung und Optimierung in der Designphase.

Warum wird Flex im 3D-Druck verwendet?

Flexible Filamente sind weit verbreitet, da 3D-Drucker Teile viel schneller herstellen können als andere TPE-Herstellungsmethoden. Traditionell werden TPE-basierte Teile durch Spritzguss und Extrusion hergestellt. Bei diesen Prozessen können zwar große Mengen an Teilen in schneller Folge hergestellt werden, die Werkzeuge sind jedoch teuer und erfordern oft eine monatelange Vorlaufzeit. 3D-Drucker können schnell und zu einem Bruchteil der Werkzeugkosten flexible Prototypen erstellen. Diese Fähigkeit ebnet den Weg für die deutlich schnellere Herstellung vollständiger, maßgeschneiderter Teile, als dies mit herkömmlichen Fertigungsmethoden möglich wäre.

So verwenden Sie Flex im 3D-Druck

Die Verwendung flexibler 3D-Druckfilamente ist eine großartige Möglichkeit, schnell elastische Teile zu bauen. Aufgrund der Flexibilität dieser Filamente müssen Benutzer jedoch genau auf die Konfigurationseinstellungen ihres Druckers achten. Die optimalen Einstellungen für einen bestimmten Druckauftrag mit flexiblen Filamenten hängen vom TPE-Material und der Anwendung des Teils ab. Nachfolgend sind einige allgemeine Voraussetzungen für das Drucken von TPE-Filamenten aufgeführt:

1. Stellen Sie eine Betttemperatur basierend auf der Empfehlung des Materialherstellers ein.
2. Verwenden Sie einen Klebestift, Malerband oder Haarspray, um das Bett zu kleben.
3. Verwenden Sie einen Extruder mit Direktantrieb anstelle eines Bowden-Extruders.
4. Verwenden Sie beim Drucken einen Kühlventilator.

Während es sich bei den oben aufgeführten Punkten um allgemeine Grundsätze für das Drucken mit flexiblen Filamenten handelt, unterscheidet sich jedes Material geringfügig. Bei einigen Projekten kann es erforderlich sein, von den Standardempfehlungen abzuweichen. 

Was sind die besten Konfigurationseinstellungen für den Flex-3D-Druck?

Im Allgemeinen sollten Benutzer die Druckgeschwindigkeit und die Rückzugseinstellungen mit den Extruder- und Betttemperaturen abgleichen, um sicherzustellen, dass das Teil die richtigen Abmessungen hat. In der folgenden Tabelle 2 sind die empfohlenen Druckereinstellungen für verschiedene TPE-Materialien aufgeführt:

Tabelle 2:Flex-Filament-3D-Druckereinstellungen

Druckereinstellungen TPU TPC TPA Weiches PLA

Druckereinstellungen

Extrudertemperatur

TPU

210-230 ℃

TPC

220-260 ℃

TPA

220-230 ℃

Weiches PLA

220-235 ℃

Druckereinstellungen

Betttemperatur

TPU

Umgebungstemperatur -60 ℃

TPC

60-110 ℃

TPA

30-60 ℃

Weiches PLA

100 ℃

Druckereinstellungen

Druckgeschwindigkeit

TPU

5-30 mm/s

TPC

5-30 mm/s

TPA

5-30 mm/s

Weiches PLA

10-30 mm/s

Das Drucken der ersten Schicht eines Auftrags ist oft der kritischste Punkt eines Drucks. Wenn Sie mit flexiblen Filamenten drucken, verwenden Sie Kapton-Klebeband, Malerband, Magigoo, DimaFix oder andere Klebstoffe, um vom Beginn des Drucks an eine gute Haftung am Druckbett zu gewährleisten. Sobald die erste Schicht fertiggestellt ist, können Benutzer die Rückzugseinstellungen feinabstimmen, um zu verhindern, dass Speichel aus dem heißen Ende des Extruders austritt. Um optimale Rückzugseinstellungen zu finden, sollten Benutzer zunächst den Rückzug deaktivieren, um die ideale Geschwindigkeit zu finden, und dann den Rückzugsweg schrittweise erhöhen, um die ideale Einstellung zu ermitteln. Achten Sie jedoch darauf, nicht zu schnell zu drucken, da das Material leicht die Düse verstopfen kann.

Was ist die beste Flex 3D-Druckgeschwindigkeit?

Da flexible Filamente beim Einführen in den Extruder dazu neigen, sich zu verbiegen, zu verklemmen und zu knicken, kann eine langsamere Druckgeschwindigkeit von Vorteil sein. Diese Probleme können zu unnötigen Verzögerungen bei Druckaufträgen führen und sich nachteilig auf die Maßhaltigkeit und Qualität des Teils auswirken. Der beste Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Qualität liegt normalerweise zwischen 30 und 40 mm/s. Die optimale Druckgeschwindigkeit hängt jedoch vom verwendeten Filament ab. Eine allgemeine Vorstellung davon, wo die Anfangsgeschwindigkeiten eingestellt werden müssen, finden Sie in den Richtlinien des Filamentherstellers.

Was ist die Schmelztemperatur von Flexfilament?

Die Schmelztemperatur variiert je nach Material. Im Allgemeinen liegt die Schmelztemperatur von Flexfilamenten jedoch zwischen 210 und 260 °C. Zu starkes Erhitzen von Flexfilamenten kann dazu führen, dass diese beim Drucken fädeln und aus der Düse austreten. Diese Saitenbildung führt dazu, dass Teile nicht den Spezifikationen entsprechen und von schlechter Qualität sind. 

Ist beim Drucken mit Flex ein beheiztes Druckbett erforderlich?

Ja, normalerweise ist ein beheiztes Bett erforderlich, aber die Temperatur hängt vom Material und dem jeweiligen Teil ab. Einige flexible 3D-Druckfilamente wie TPC, TPA und weiches PLA erfordern beheizte Betten, während TPU mit oder ohne beheiztes Bett gedruckt werden kann. 

Was ist eine gute Wandstärke für 3D-Druck-Flex?

Flexible Filamente erfordern typischerweise dickere Teilwände als gewöhnliche Kunststoffe. So müssen Teilwände aus TPU in der Regel mindestens 2,0 mm dick sein. Gestalten Sie Ihre Teile mit dicken Wänden, wenn Sie flexible 3D-Druckfilamente verwenden möchten.

Was ist eine gute Wanddichte für 3D-Druck-Flex?

Wände auf 3D-gedruckten Teilen bestehen aus zwei Hauptteilen:der Hülle und der Füllung. Die Schale besteht aus den massiven Außenwänden des Teils, während die Füllung aus dem besteht, was sich zwischen den Außenflächen befindet. Füllungen werden oft als Gitter konstruiert, um die strukturelle Festigkeit gegen Gewicht und Materialverbrauch auszugleichen. Die Fülldichte kann bis zu 0 % (hohl) oder bis zu 100 % (massiv) betragen. Flexfilamente können mit jeder dieser Dichten funktionieren, allerdings verringern höhere Fülldichten die Gesamtflexibilität des Teils.

Häufig gestellte Fragen zum Flex-3D-Druck

Ist Flex Filament biologisch abbaubar?

Ja und nein. Einige flexible Filamente wie TPU und weiches PLA sind biologisch abbaubar und zersetzen sich innerhalb weniger Jahre. Bei anderen, wie TPC und TPA, ist dies nicht der Fall und die Zersetzung kann Jahrhunderte dauern.

Ist Flex-Filament recycelbar?

Ja und nein. Einige flexible Filamente wie TPU und weiches PLA sind recycelbar und können viele Male wiederverwendet werden. Andere wie TPC und TPA können nur einmal von einem 3D-Drucker verarbeitet werden. 

Ist Flex Filament hygroskopisch?

Ja, Flexfilamente sind hygroskopisch. Alle TPEs weisen einen hohen Grad an Hygroskopie auf und platzen und brutzeln, wenn sie erhitzt werden, wenn sie zu viel Feuchtigkeit aufgenommen haben. Daher müssen flexible Filamente vor der Verwendung ordnungsgemäß gelagert bzw. getrocknet werden.

Was ist der Unterschied zwischen Flex und PLA beim 3D-Druck?

Flexible Filamente bestehen aus TPEs mit hoher Elastizität und hervorragenden mechanischen, thermischen, elektrischen und Umwelteigenschaften. PLA ist ein starrer, hochfester Kunststoff, der aus natürlichen Quellen wie Zuckerrohr und Mais gewonnen wird. Durch die Kombination des PLA-Polymers mit TPE-Komponenten kann PLA zu flexiblem „weichem PLA“ verarbeitet werden. 

Was ist der Unterschied zwischen Flex und ABS beim 3D-Druck?

Flex-3D-Druckfilamente bestehen aus TPEs, die außergewöhnlich flexibel sind und erstaunliche mechanische, thermische, elektrische und Umwelteigenschaften aufweisen. ABS ist ein erdölbasierter Kunststoff mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften, etwas flexibler und duktiler als PLA und eines der günstigsten Filamente auf dem Markt. 

Dean McClements

Dean McClements hat einen Bachelor-Abschluss in Maschinenbau mit Auszeichnung und über zwei Jahrzehnte Erfahrung in der Fertigungsindustrie. Sein beruflicher Werdegang umfasst wichtige Positionen bei führenden Unternehmen wie Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace und Hyster-Yale, wo er ein tiefes Verständnis für technische Prozesse und Innovationen entwickelte.

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