TPE vs. TPU:Hauptunterschiede und Auswahl des richtigen Materials für den 3D-Druck

TPE (Thermoplastisches Elastomer) ist ein Gummi, der sowohl thermoplastische als auch Elastomereigenschaften aufweist. TPU (Thermoplastisches Polyurethan) hingegen ist eine Form von TPE. TPU und TPE sind flexible Filamente, die als 3D-Druckmaterialien für Designs verwendet werden, die Dehn- oder Biegeeigenschaften erfordern. Darüber hinaus verleihen sie Druckerzeugnissen eine „sanfte Haptik“.

Im Allgemeinen sind TPEs im Vergleich zu TPUs tendenziell weicher und flexibler. Da TPU immer noch flexibel, aber steifer ist, lässt es sich auch leichter bedrucken. Allerdings ist TPE verbreiteter, da es schon länger auf dem Markt ist. TPE ist im Vergleich zu TPU im Allgemeinen auch kostengünstiger. TPU eignet sich gut für schwerere, robustere und haltbarere Prototypen, während TPE-Filament eher für leichtere, weichere und flexiblere Modelle geeignet ist.

In diesem Artikel betrachten wir TPE und TPU im Hinblick auf ihre Unterschiede, ihre Anwendungen und die Eigenschaften, die sie in der additiven Fertigungsindustrie einzigartig machen.

TPE-Definition und Vergleich mit TPU

TPE ist für seine Robustheit und Flexibilität bekannt. Es ist als Filament für FDM-Drucker und als Pulver für SLS-Maschinen erhältlich. Obwohl TPE in der additiven Fertigungsindustrie noch relativ neu ist, gibt es es bereits seit den 1950er Jahren als Material für den industriellen Einsatz. EOS war 2013 das erste Unternehmen, das TPE als Material für den SLS-Druck auf den Markt brachte. TPE trägt den Namen PrimePart ST (PEBA 2301). Auf diese Einführung folgte die Einführung des TPE-Materials von CRP Technology mit dem Namen Windform® RL.

Als Polymermaterial vereint TPE die Eigenschaften von thermoplastischem und duroplastischem vulkanisiertem Gummi. Zu den TPE-Varianten gehören eine Reihe flexibler Materialien wie thermoplastisches Polyurethan (TPU), thermoplastisches Polyamid (TPA) und thermoplastisches Copolyester (TPC). TPE-gedruckte Modelle und Prototypen werden in Branchen wie der Automobil- und Medizinbranche eingesetzt. TPE wird bei der Herstellung von Sportschuhen verwendet und ist auch in der Elektronik zu finden – zum Beispiel in der Kunststoffhülle einiger Kopfhörerkabel oder in jeder anderen Anwendung, bei der gummiartige Eigenschaften erforderlich sind.

Vorteile von TPE im Vergleich zu TPU

TPE hat im Vergleich zu TPU folgende Vorteile:

• TPE ist schon länger auf dem Markt und daher häufiger anzutreffen.
• TPE ist im Vergleich zu TPU weicher und flexibler.
• TPE kann als flexibler Stabilisator verwendet werden. Es dient nicht nur zum Drucken eines gesamten Modells, sondern kann auch zum Drucken einer Zwischenschicht verwendet werden. 
• TPE ist im Allgemeinen günstiger als TPU.
• Einige TPEs können leichter recycelt werden als TPUs.

Nachteile von TPE im Vergleich zu TPU

TPE hat im Vergleich zu TPU folgende Nachteile:

• TPE ist nicht für Anfänger geeignet. Um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, müssen die Druckereinstellungen sehr präzise sein. 
• Nach dem Druck müssen Sie fast jedes mit TPE gedruckte Modell nachbearbeiten.
• TPE ist im Vergleich zu anderen Elastomeren wie TPU temperaturempfindlicher. 

TPU-Definition und Vergleich mit TPE

TPU und TPE gehören zur selben Familie. BF Goodrich (heute bekannt als Lubrizol Advanced Materials) erfand 1959 TPU; Es handelt sich nicht um ein kürzlich entdecktes Material. Allerdings ist seine Anwendung im 3D-Druck noch relativ neu. Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften hat TPU in der additiven Fertigungsindustrie zunehmend an Interesse gewonnen. Seine Druckprodukte wurden in verschiedenen Branchen eingesetzt. 

TPU kann als Druckmaterial in zwei Arten von 3D-Druckern verwendet werden:Fused Deposition Modeling (FDM)-Druckern und Selective Laser Sintering (SLS)-Druckern. Bei FDM-Druckern wird das Material in Filamentform zum Drucken der gewünschten Modelle verwendet. Bei SLS wird eine Pulverform verwendet. Auf lange Sicht wird das Drucken mit einem FDM-Drucker kostengünstiger sein. 

TPU ist in einer breiten Palette undurchsichtiger und transparenter Farben erhältlich. Die Oberflächenbeschaffenheit kann von glatt bis rau reichen (um Halt zu bieten). Eines der einzigartigen Merkmale von TPU ist, dass seine Härte individuell angepasst werden kann. Diese Fähigkeit, die Härte zu steuern, kann zu Materialien führen, die von weich (gummiartig) bis hart (steifer Kunststoff) reichen. 

Die Anwendung von TPU ist sehr vielseitig. Zu den Branchen, die TPU-Druckprodukte verwenden, gehören die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie, die Schuhindustrie, der Sportsektor und die Medizinbranche. TPU wird auch als Ummantelung von Leitungen in der Elektroindustrie und als Schutzhüllen für elektronische Geräte wie Mobiltelefone oder Tablets verwendet. 

Tabelle 1. TPE vs. TPU-Vergleich

Attribut TPE TPU

Attribut

Extrudertemperatur

TPE

210–260 °C (variiert)

TPU

220–250 °C (variiert)

Attribut

Betttemperatur

TPE

Bis zu 110 °C (variiert)

TPU

Bis zu 60 °C (variiert)

Attribut

Schlagfest

TPE

Ja

TPU

Ja

Attribut

Wasserdicht

TPE

Ja

TPU

Ja

Attribut

UV-beständig

TPE

Ja

TPU

Ja

Attribut

Chemische Beständigkeit

TPE

Med

TPU

Mittelhoch

Attribut

Abriebfestigkeit

TPE

Mittel-Niedrig

TPU

Hoch

Attribut

Hitzebeständigkeit

TPE

Hoch

TPU

Hoch

Attribut

Stärke

TPE

Niedrig

TPU

Mittelhoch

Attribut

Flexibilität

TPE

Hoch

TPU

Mittelhoch

Attribut

Empfohlene Druckgeschwindigkeit

TPE

5–50+ mm/s (variiert)

TPU

5–50+ mm/s (variiert)

Attribut

Kosten (pro kg)

TPE

40 $+

TPU

45 $+

Obwohl sich TPE und TPU unterscheiden, weisen sie auch einige überlappende Eigenschaften auf. Sowohl TPE als auch TPU sind wasserdicht, UV-beständig und weisen eine gute Hitze- und Schlagfestigkeit auf. 

TPE vs. TPU:Anwendungsvergleich

TPE ist ideal für Anwendungen, bei denen flexible Modelle erforderlich sind. Dabei handelt es sich oft um leichtere und weichere Produkte wie Griffe für Sportgeräte (z. B. Griffe für Hockeyschläger), Spielzeug, Mundstücke in der medizinischen Industrie, wasserdichte Dichtungen, Airbag-Abdeckungen und Stoßstangen.   

TPU hingegen bietet eine Kombination aus Kratz- und Abriebfestigkeit. Dieses Material wird zur Herstellung von Konsolenteilen, Instrumententafeln, Sportschuhen sowie Dichtungen und Dichtungen verwendet. 

TPE vs. TPU:Vergleich der Teilegenauigkeit

Da TPE im Vergleich zu TPU anfälliger für Schrumpfungen ist, ist es auch schwieriger, maßhaltige Modelle mit TPE zu drucken. TPU ist steifer und einfacher zu drucken und liefert im Allgemeinen genauere Druckergebnisse. 

TPE vs. TPU:Geschwindigkeitsvergleich

Die Geschwindigkeitseinstellung für beide Druckmaterialien richtet sich nach den gewünschten Eigenschaften, beispielsweise der Flexibilität des Endprodukts. Geeignete Druckeinstellungen hängen von der Art des verwendeten TPE und TPU, dem Hersteller und Modell des Druckers sowie der eingestellten Schichtdicke ab. Die erforderliche Druckgeschwindigkeit von TPE und TPU liegt in einem ähnlichen Bereich, nämlich 5–50 mm/s. In seltenen Fällen können sowohl TPE als auch TPU mit höheren Geschwindigkeiten drucken. Für genaue Ergebnisse wird jedoch empfohlen, Druckgeschwindigkeiten unter 35 mm/s zu verwenden.

TPE vs. TPU:Oberflächenvergleich

TPU weist tendenziell eine glattere Oberfläche auf als TPE, das normalerweise eine gummiartige Oberfläche aufweist. 

TPE vs. TPU:Vergleich der Hitzebeständigkeit

Sowohl TPE- als auch TPU-Filamente bieten eine gute Hitzebeständigkeit. 

TPE vs. TPU:Vergleich der biologischen Abbaubarkeit

Sowohl TPU als auch TPE werden innerhalb von 3–5 Jahren biologisch abgebaut und gelten daher als umweltfreundliche 3D-Druckmaterialien.

TPE vs. TPU:Toxizitätsvergleich

Obwohl TPU von Natur aus ungiftig ist, setzt es schädliche Dämpfe frei, wenn es Feuer oder anderen Chemikalien ausgesetzt wird. Beim Verbrennen gibt TPU einen deutlichen Geruch ab, der Kopfschmerzen verursachen kann, während TPE ungiftig ist und beim Verbrennen einen schwachen Geruch verströmt. 

TPE vs. TPU:Kostenvergleich

Die relativen Kosten von TPE im Vergleich zu TPU pro kg variieren je nach Marke. Beliebte Marken von TPE-Filamenten wie eSun TPE, Matterhackers und 3dXFlex TPE kosten zwischen 40 $/kg und ~140 $/kg. Zu den beliebten Marken von TPU-Filamenten gehören unter anderem Kodak Flex TPU (~65 $/kg), Ultimaker TPU (~90 $/kg), MatterHackers TPU (~45–55 $/kg), Polymaker PolyFlex (~50–90 $/kg) und NinjaTek (~110–180 $/kg). 

Was sind die gegenseitigen Alternativen zu TPE und TPU?

Als gegenseitige Alternative zu TPE und TPU gilt folgendes Material:

• TPC (Thermoplastisches Copolyester): TPC ist, genau wie TPE und TPU, ein gummiartiges Filament, das in der 3D-Druckindustrie verwendet wird. Es zeichnet sich außerdem durch hohe Temperaturbeständigkeit, gute chemische Beständigkeit, hohe Festigkeit und ausgezeichnete UV-Beständigkeit aus.

Ähnlichkeiten zwischen TPE und TPU

TPE und TPU haben die folgenden Gemeinsamkeiten:

• TPU und TPE sind beides thermoplastische Elastomere, die bei einem Druck Dehn- und Biegeeigenschaften bieten.
• Sowohl TPE als auch TPU bieten eine hervorragende Färbbarkeit und Klarheit.
• TPE und TPU haben ähnliche Druckgeschwindigkeiten.

Zusammenfassung

In diesem Artikel wurden TPE und TPU gegenübergestellt, beides häufig verwendete Materialien für den 3D-Druck. Um mehr darüber zu erfahren, welcher Kunststoff besser ist und wie Xometry die Materialauswahl unterstützen kann, wenden Sie sich an einen Xometry-Vertreter.

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Marken- und Urheberrechtshinweis

1. Windform® RL ist eine eingetragene Marke von CRP Technology, Moderna, Italien.

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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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