Haben Sie sich jemals gefragt, warum die 3D-Drucktechnologie immer wichtiger wird und ältere, traditionelle Fertigungstechnologien verdrängt?
Wenn man versucht, die Gründe für diesen Wandel aufzulisten, wird die Liste mit ziemlicher Sicherheit mit dem Wunsch nach Individualisierung beginnen. Die Menschen suchen nach Personalisierung. Standardisierung stößt bei ihnen auf immer weniger Interesse.
Und genau wegen dieser Veränderung im Verhalten der Menschen und der Fähigkeit der 3D-Drucktechnologie, das Bedürfnis der Menschen nach Personalisierung durch Individualisierung zu befriedigen, ist sie in der Lage, die traditionell standardisierungsbasierten Fertigungstechnologien zu ersetzen.
Flexibilität ist ein oft übersehener Faktor im Streben nach Personalisierung. Und die Tatsache, dass flexible 3D-Druckmaterialien auf dem Markt erhältlich sind, die es Anwendern ermöglichen, immer flexiblere Teile und funktionale Prototypen zu entwickeln, ist für viele ein wahrer Glücksfall.
3D-gedruckte Mode und 3D-gedruckte Armprothesen sind Beispiele für Anwendungen, bei denen die Flexibilität des 3D-Drucks geschätzt werden sollte.
Der 3D-Druck von Gummi ist ein Forschungsgebiet, das sich noch in der Entwicklung befindet. Bis Gummi vollständig druckbar ist, verfügen wir noch nicht über die entsprechende Technologie und müssen uns mit Alternativen behelfen.
Laut Forschungsergebnissen zählen die thermoplastischen Elastomere zu den nächstliegenden Alternativen zu Gummi. In diesem Artikel werden wir vier verschiedene Arten flexibler Materialien genauer betrachten.
Diese flexiblen 3D-Druckmaterialien tragen die Bezeichnungen TPU, TPC, TPA und Soft-PLA. Zunächst geben wir Ihnen einen kurzen Überblick über flexible 3D-Druckmaterialien im Allgemeinen.
Welches ist das flexibelste Filament?
Die Wahl flexibler Filamente für Ihr nächstes 3D-Druckprojekt eröffnet Ihnen eine Welt voller unterschiedlicher Möglichkeiten für Ihre Drucke.
Mit Ihrem flexiblen Filament können Sie nicht nur eine Reihe unterschiedlicher Objekte drucken, sondern wenn Sie einen Drucker mit Dual- oder Multi-Head-Extruder besitzen, können Sie mit diesem Material auch ziemlich erstaunliche Dinge drucken.
Mit Ihrem Drucker können Teile und funktionale Prototypen wie maßgefertigte Flip-Flops, Stressballköpfe oder einfach Schwingungsdämpfer gedruckt werden.
Wenn Sie fest entschlossen sind, Flexi-Filament in Ihre Druckprojekte einzubauen, werden Sie mit Sicherheit Erfolg haben und Ihre Visionen der Realität so nah wie möglich bringen.
Bei der Vielzahl an Möglichkeiten, die heute in diesem Bereich zur Verfügung stehen, ist es schwer vorstellbar, wie viel Zeit im Bereich des 3D-Drucks bereits vergangen ist, ohne dass dieses Druckmaterial zum Einsatz kam.
Für Anwender war das Drucken mit flexiblen Filamenten damals eine echte Plage. Die Plage lag an vielen Faktoren, die alle auf der Tatsache beruhten, dass diese Materialien sehr weich sind.
Aufgrund der Weichheit des flexiblen 3D-Druckmaterials war es riskant, sie mit irgendeinem Drucker zu drucken; man benötigte stattdessen etwas wirklich Zuverlässiges.
Die meisten Drucker hatten damals mit dem Problem des Fadeneffekts zu kämpfen. Wenn man also etwas ohne jegliche Steifigkeit durch eine Düse drückte, bog es sich, verdrehte sich und wehrte sich dagegen.
Jeder, der schon einmal Faden aus einer Nadel gefädelt hat, um damit Stoffe jeglicher Art zu nähen, kann dieses Phänomen nachvollziehen.
Abgesehen vom Problem des Schubeffekts war die Herstellung weicherer Filamente wie TPE eine sehr schwierige Aufgabe, insbesondere bei engen Toleranzen.
Wenn Sie geringe Toleranzen in Kauf nehmen und mit der Fertigung beginnen, besteht die Möglichkeit, dass das von Ihnen hergestellte Filament einen ungenauen Nachbearbeitungs-, Verstopfungs- und Extrusionsprozess durchlaufen muss.
Doch die Zeiten haben sich geändert. Heute gibt es eine Reihe weicher Filamente, einige davon sogar mit elastischen Eigenschaften und unterschiedlichen Weichheitsgraden. Beispiele hierfür sind weiches PLA, TPU und TPE.
Shore-Härte
Dies ist ein gängiges Kriterium, das Hersteller von Filamenten häufig zusammen mit dem Namen ihres 3D-Druckmaterials angeben.
Die Shore-Härte ist definiert als das Maß für den Widerstand, den jedes Material gegen das Eindringen von Fremdkörpern aufweist.
Diese Skala wurde in der Vergangenheit erfunden, als es noch keine Vergleichsmaßstäbe gab, um die Härte von Materialien zu beschreiben.
Bevor die Shore-Härte erfunden wurde, mussten die Menschen anderen ihre Erfahrungen mitteilen, um die Härte eines Materials zu erklären, mit dem sie experimentiert hatten, anstatt eine Zahl zu nennen.
Dieser Maßstab spielt eine wichtige Rolle bei der Auswahl des Formmaterials für die Herstellung eines Teils eines funktionsfähigen Prototyps.
Wenn Sie beispielsweise zwischen zwei Gummisorten für die Herstellung einer Gipsform einer stehenden Ballerina wählen möchten, sagt Ihnen die Shore-Härte, dass ein Gummi mit einer Shore-Härte von 70 A weniger geeignet ist als ein Gummi mit einer Shore-Härte von 30 A.
Im Umgang mit Filamenten weiß man üblicherweise, dass die empfohlene Shore-Härte eines flexiblen Materials irgendwo zwischen 100A und 75A liegt.
Dabei ist es offensichtlich, dass ein flexibles 3D-Druckmaterial mit einer Shore-Härte von 100A härter ist als eines mit 75A.
Was ist beim Kauf eines flexiblen Filaments zu beachten?
Beim Kauf von Filamenten jeglicher Art, nicht nur von flexiblen, sind verschiedene Faktoren zu berücksichtigen.
Sie sollten von einem zentralen Punkt ausgehen, der für Sie am wichtigsten ist, beispielsweise die Materialqualität, die zu einem optisch ansprechenden Teil eines funktionsfähigen Prototyps führt.
Dann sollten Sie über die Zuverlässigkeit der Lieferkette nachdenken, d. h. das Material, das Sie einmal für den 3D-Druck verwenden, sollte kontinuierlich verfügbar sein, andernfalls würden Sie am Ende auf die begrenzten Restbestände an 3D-Druckmaterial zurückgreifen müssen.
Nachdem Sie diese Faktoren berücksichtigt haben, sollten Sie auf hohe Elastizität und eine große Farbauswahl achten. Denn nicht jedes flexible 3D-Druckmaterial ist in der gewünschten Farbe erhältlich.
Nachdem Sie all diese Faktoren berücksichtigt haben, können Sie den Kundenservice und den Preis des Unternehmens im Vergleich zu anderen Unternehmen auf dem Markt in Ihre Überlegungen einbeziehen.
Im Folgenden listen wir einige der Materialien auf, die Sie für den Druck eines flexiblen Teils oder eines funktionalen Prototyps auswählen können.
Liste flexibler 3D-Druckmaterialien
Alle unten genannten Materialien weisen einige grundlegende Eigenschaften auf; sie sind beispielsweise flexibel und weich. Die Materialien zeichnen sich durch eine ausgezeichnete Dauerfestigkeit und gute elektrische Eigenschaften aus.
Sie zeichnen sich durch außergewöhnliche Vibrationsdämpfung und Schlagfestigkeit aus. Diese Materialien sind beständig gegen Chemikalien und Witterungseinflüsse und weisen eine gute Reiß- und Abriebfestigkeit auf.
Sie sind alle recycelbar und besitzen eine gute Stoßdämpfung.
Druckervoraussetzungen für das Drucken mit flexiblen 3D-Druckmaterialien
Es gibt einige Standardeinstellungen, die Sie an Ihrem Drucker vornehmen sollten, bevor Sie mit diesen Materialien drucken.
Der Extrudertemperaturbereich Ihres Druckers sollte zwischen 210 und 260 Grad Celsius liegen, während der Betttemperaturbereich je nach Glasübergangstemperatur des zu druckenden Materials zwischen Umgebungstemperatur und 110 Grad Celsius liegen sollte.
Die empfohlene Druckgeschwindigkeit beim Drucken mit flexiblen Materialien kann zwischen fünf Millimetern pro Sekunde und dreißig Millimetern pro Sekunde liegen.
Das Extrudersystem Ihres 3D-Druckers sollte ein Direktantrieb sein. Es wird außerdem empfohlen, einen Kühlventilator zu verwenden, um die Nachbearbeitung der hergestellten Teile und Funktionsprototypen zu beschleunigen.
Herausforderungen beim Drucken mit diesen Materialien
Selbstverständlich gibt es einige Punkte, die Sie vor dem Drucken mit diesen Materialien beachten sollten, basierend auf den Schwierigkeiten, mit denen Benutzer in der Vergangenheit konfrontiert waren.
-Thermoplastische Elastomere sind dafür bekannt, von den Extrudern des Druckers schlecht verarbeitet zu werden.
-Da sie Feuchtigkeit aufnehmen, ist damit zu rechnen, dass sich Ihr Druck vergrößert, wenn das Filament nicht ordnungsgemäß gelagert wird.
-Thermoplastische Elastomere reagieren empfindlich auf schnelle Bewegungen, daher können sie sich beim Durchpressen durch den Extruder verformen.
TPU
TPU steht für thermoplastisches Polyurethan. Es ist auf dem Markt sehr beliebt, daher ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass man beim Kauf flexibler Filamente häufig auf dieses Material stößt.
Es ist auf dem Markt dafür bekannt, dass es eine höhere Steifigkeit aufweist und sich leichter extrudieren lässt als andere Filamente.
Dieses Material zeichnet sich durch gute Festigkeit und hohe Haltbarkeit aus. Es besitzt eine hohe Elastizität im Bereich von 600 bis 700 Prozent.
Die Shore-Härte dieses Materials liegt zwischen 60 A und 55 D. Es ist hervorragend bedruckbar und halbtransparent.
Durch seine chemische Beständigkeit gegenüber natürlichen Fetten und Ölen eignet es sich besonders gut für den Einsatz mit 3D-Druckern. Dieses Material weist eine hohe Abriebfestigkeit auf.
Es wird empfohlen, beim Drucken mit TPU die Temperatur des Druckers zwischen 210 und 230 Grad Celsius und die Temperatur des Druckbetts zwischen der Temperatur des ungeheizten Materials und 60 Grad Celsius zu halten.
Die Druckgeschwindigkeit sollte, wie bereits erwähnt, zwischen fünf und dreißig Millimetern pro Sekunde liegen. Zur Haftung auf dem Druckbett empfiehlt sich die Verwendung von Kapton- oder Malerkrepp.
Der Extruder sollte ein Direktantrieb sein, und der Einsatz eines Kühlventilators wird zumindest für die ersten Schichten dieses Druckers nicht empfohlen.
TPC
Sie stehen für thermoplastisches Copolyester. Chemisch gesehen handelt es sich um Polyetherester mit einer alternierenden, zufälligen Abfolge von Glykolen mit entweder langen oder kurzen Ketten.
Die harten Segmente dieses Teils sind kurzkettige Estereinheiten, während die weichen Segmente üblicherweise aliphatische Polyether und Polyesterglykole sind.
Da dieses flexible 3D-Druckmaterial als technischer Werkstoff gilt, ist es nicht so häufig anzutreffen wie TPU.
TPC weist eine geringe Dichte und einen Elastizitätsbereich von 300 bis 350 Prozent auf. Seine Shore-Härte liegt zwischen 40 und 72 D.
TPC zeichnet sich durch gute Beständigkeit gegenüber Chemikalien und hohe Festigkeit sowie gute thermische Stabilität und Temperaturbeständigkeit aus.
Beim Drucken mit TPC wird empfohlen, die Temperatur im Bereich von 220 bis 260 Grad Celsius, die Betttemperatur im Bereich von 90 bis 110 Grad Celsius und die Druckgeschwindigkeit im gleichen Bereich wie bei TPU zu halten.
TPA
Das chemische Copolymer aus TPE und Nylon mit der Bezeichnung Thermoplastisches Polyamid vereint die glatte und glänzende Textur von Nylon mit der Flexibilität von TPE.
Es weist eine hohe Flexibilität und Elastizität im Bereich von 370 bis 497 Prozent auf, mit einer Shore-Härte im Bereich von 75 bis 63 A.
Es ist außerordentlich haltbar und weist eine Bedruckbarkeit auf dem gleichen Niveau wie TPC auf. Es besitzt eine gute Hitzebeständigkeit sowie Schichthaftung.
Die Extrudertemperatur des Druckers sollte beim Drucken dieses Materials im Bereich von 220 bis 230 Grad Celsius liegen, die Betttemperatur hingegen im Bereich von 30 bis 60 Grad Celsius.
Die Druckgeschwindigkeit Ihres Druckers kann beim Drucken von TPU und TPC der empfohlenen Geschwindigkeit entsprechen.
Die Betthaftung des Druckers sollte auf PVA basieren und das Extrudersystem kann sowohl ein Direktantrieb als auch ein Bowden-Extruder sein.
Veröffentlichungszeit: 10. Juli 2023