Neue Kunststoffe für den 3D-Druck

Additive Fertigung

Neue Kunststoffe für den 3D-Druck

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Additiv gefertigtes Versuchsbauteil, eine Befestigung, aus PAEK: links ein Filament-basiertes Verfahren, rechts mittels Lasersintern hergestellt Bild: 3T-RPD
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Additive Fertigung | Auf der Fakuma 2018 zeigen die drei Werkstoffhersteller Covestro, Evonik und Victrex neue Kunststoffe für die additive Fertigung.

Bei Covestro ist der Demonstrator für einen Stoßdämpfer zu sehen. Das Besondere daran ist neben der hohen Funktionalität des Bauteils die Fertigung der einzelnen Teile aus drei verschiedenen Produkten und mit Hilfe von drei verschiedenen Herstellverfahren: Die äußere Feder des 40 cm mal 7 cm großen Teils besteht aus pulverförmigem thermoplastischem Polyurethan (TPU). Es wurde mittels selektivem Lasersintern Schicht für Schicht in die gewünschte Form gebracht und zeichnet sich durch Elastizität und hohe Abriebfestigkeit aus.

Die Stellschraube im Inneren des Stoßdämpfers muss über eine große Festigkeit und Härte verfügen. Sie wurde deshalb aus Filamenten des robusten Polycarbonats von Covestro hergestellt. Dabei kam das Schmelzschichtverfahren (Fused Filament Fabrication, FFF) zum Einsatz. Die Luftkammer im Inneren ist aus einem flüssigen Polyurethanharz entstanden. Für solche Bauteile mit filigranen Strukturen hat sich – wie auch in diesem Fall – das Digital-Light-Processing-Verfahren bewährt.

Anschließend werden die einzelnen Komponenten miteinander verbunden. „Mit herkömmlichen Produktionsverfahren wäre dieser komplexe Aufbau nur sehr schwer darstellbar gewesen“, erläutert Lukas Breuers, Marketingmanager für 2D- und 3D-Druck bei Covestro. „Ein Novum ist auch die Kombination verschiedener Werkstoffe mit unterschiedlichen, maßgeschneiderten Eigenschaften. Damit konnten wir die Möglichkeiten additiver Fertigung und ihre Einsatzgebiete deutlich erweitern.“

Pulver auf Basis von PEBA

Evonik hat als erstes Unternehmen ein flexibles Kunststoffmaterial auf Basis von PEBA (Polyetherblockamid) zum Einsatz im 3D-Druck entwickelt. Das neue Hochleistungspulver zeichnet sich durch hohe Elastizität und Festigkeit aus und kann in unterschiedlichen pulverbasierten 3D-Druck-Technologien eingesetzt werden. Bauteile aus dem PEBA-Pulver weisen eine hohe Flexibilität, sehr gute Chemikalien- und hohe Dauergebrauchsbeständigkeit über ein breites Temperaturfenster von –40 °C bis 90 °C auf. Das Pulver kann in unterschiedlichen pulverbasierten 3D-Druck-Technologien wie Lasersintern (LS), Highspeed-Sintern (HSS) oder Binder Jetting eingesetzt werden. Im Rahmen einer Entwicklungskooperation mit EOS wurde das flexible Kunststoffpulver zur Verwendung auf den Lasersinter-Anlagen des Unternehmens optimiert und bei mehreren Dienstleistern in das Werkstoffangebot aufgenommen. EOS vermarktet das Pulvermaterial unter der Bezeichnung „Primepart ST“.

PEAK mit 100 % Recyclingquote

Victrex macht erstmals PAEK-Polymerlösungen für filamentbasierten 3D-Druck und Feinpulver für Lasersintern zur Verfügung. Heute auf dem Markt befindliche PAEK-Werkstoffe werden zwar in einigen Anwendungen der additiven Fertigung verwendet, konzipiert wurden sie jedoch für konventionelle Fertigungsverfahren wie Zerspanen oder Spritzgießen. Daher besitzen sie einige Merkmale, die für additive Herstellungsverfahren nicht optimal sind. Eine erste Generation von PAEK-Material für das Lasersintern kann nur in sehr geringem Umfang recycelt werden und erfordert einen nahezu vollständigen Austausch des Druckbetts mit neuem Pulver. Derzeit verfügbare PEEK-Filamente für 3D-Druck weisen eine schlechte Haftung zwischen den Schichten auf, was zu einem Verlust der Festigkeit in Z-Richtung führt.

Deshalb entwickelt Victrex neue Produkte für die additive Fertigung: Zum einen ein hochfestes Material für das Lasersintern, das niedrigere Austauschraten erreicht und somit das Recycling von nicht gesintertem Pulver verbessert; zum anderen ein Filament für filamentbasierte Verfahren mit höherer Festigkeit in Z-Richtung und besserer Druckbarkeit im Vergleich zu bisherigen PAEK-Materialien.

„Diese Materialien der nächsten Generation für die additive Fertigung sind ein entscheidender Schritt nach vorn. Sie besitzen das Potenzial, zahlreiche Anwendungen etwa im Flugzeugbau oder der Medizin zu verändern“, ist Jakob Sigurdsson, CEO von Victrex, überzeugt. John Grasmeder, Chief Scientist bei Victrex, ergänzt: „Im Vergleich zu Testkomponenten, die aus teilweise recyceltem Pulver hergestellt wurden, sind keine messbaren Eigenschaftsverluste festgestellt worden. Wir glauben, dass es möglich sein wird, das gesamte nicht gesinterte Pulver nach dem Fertigungsprozess wiederzuverwenden.“ Dadurch könnten Materialkosten erheblich reduziert werden im Vergleich zu aktuellen PAEK-Materialien, bei denen bis zu 40 % des Polymers Abfall sind und nicht recycelt werden können.

www.covestro.com
www.evonik.de
www.victrex.com

Weitere Informationen zu Kunststoffen in der Medizintechnik und Medical Grade Plastics (Titelthema September 2018)

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