Kunststoffe können in 3 Gruppen eingeteilt werden: Standard-, technische und hochentwickelte Kunststoffe.
Moderne Kunststoffe sind als PAEK (Polyaryletheretherketon) bekannt, d. h. als teilkristalline Kunststoffe, die hohen Temperaturen standhalten und dabei ihre mechanischen Eigenschaften beibehalten.
Bild 1: Pyramide zur Klassifizierung von Kunststoffen. Quelle: Filament2print.
Innerhalb der PAEK-Familie gibt es drei Typen: PEEK, PEKK und PEI, alle mit hoher chemischer und mechanischer Beständigkeit und Hochtemperaturentflammbarkeit. Unter diesen drei Materialien zeichnet sich PEI durch seine Dimensionsstabilität aus, die ihm eine hohe Wärmebeständigkeit verleiht, ohne seine mechanischen Eigenschaften zu verändern.
PEI wird häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen es auf thermische Beständigkeit und hohe Druckwerte ankommt, wie z. B. beim Spritzgießen. Die Herstellung von Spritzgussformen durch 3D-Druck senkt die Herstellungskosten und beschleunigt den Prototyping-Prozess, so dass schneller und einfacher Ergebnisse erzielt werden können. Eines der Filamente, die sich für diese Tätigkeit besonders eignen, ist Ultem 1010.
Für den 3D-Druck eines Filaments wie Ultem 1010 ist ein industrieller 3D-Drucker erforderlich, der eine Drucktemperatur von mehr als 400 ͒C, eine Heißbetttemperatur von mindestens 150 ͒C und eine Kammertemperatur von mindestens 80 ͒C erreicht.
Noch vor einigen Jahren war es schwer vorstellbar, dass ein Prototyp eines Teils in wenigen Stunden in hervorragender Ausführung und Qualität reproduziert werden kann. Die Integration des 3D-Drucks in den industriellen Produktionsprozess ist aufgrund der bestehenden Beschränkungen in Bezug auf das Produktionsvolumen und den Mangel an technischen Materialien, mit denen gearbeitet werden kann, nur langsam erfolgt. Der FDM-3D-Druck ist heute ein unverzichtbares Werkzeug in der Industrie und steht allen Anwendern offen, die ihre Kenntnisse und Fähigkeiten in diesem Fertigungsverfahren erweitern möchten.
Bei der Herstellung von FDM-3D-gedruckten Teilen für die Industrie müssen oft Teile mit komplexen Geometrien hergestellt werden, die Stützstrukturen für Bereiche mit Überhängen oder steilen Winkeln erfordern. Beim 3D-Druck eines Teils mit Stützen kann das gleiche Baumaterial verwendet werden. Diese Stützen müssen nach Abschluss des 3D-Druckvorgangs entfernt werden. In diesen Fällen ist beim Entfernen Vorsicht geboten, da das fertige Teil dadurch beschädigt werden kann. Ebenso muss nach dem Entfernen der Stützstrukturen eine Nachbearbeitung durchgeführt werden, um die Oberfläche des Teils von überschüssigem Material zu befreien und eine möglichst gleichmäßige Oberfläche zu erhalten.
Bild 2: 3D-gedruckte Turbine mit und ohne Stützmaterial. Quelle: Infinite material solution.
Um den FDM-3D-Druckprozess von Teilen mit komplexen Geometrien zu erleichtern, wurden verschiedene lösliche Trägermaterialien entwickelt (entweder in Substanzen wie D-Limonen oder in Wasser), die mit verschiedenen Materialien wie PLA, PETG oder ABS und anderen kompatibel sind, aber aufgrund ihrer hohen Drucktemperatur nicht in Kombination mit modernen Filamenten wie PEEK, PEKK oder PEI Ultem verwendet werden können.
Infinite material solutions ist ein 2018 gegründetes amerikanisches Unternehmen, das sich der Entwicklung innovativer Materialien für den FFF-3D-Druck widmet. Im November 2020 bringt Infinite material solutions AquaSys 180 auf den Markt, ein lösliches Trägermaterial, das hohen Temperaturen standhält.
Bild 3: 3D-Druckverfahren mit AquaSys 180: Infinite material solutions.
AquaSys 180 ist das erste lösliche Trägermaterial, das mit modernen Materialien kompatibel ist und Drucktemperaturen von bis zu 300 ͒C sowie Basis- und Kammertemperaturen von bis zu 180 ͒C standhält. Dank der thermischen Beständigkeit von AquaSys 180 kann dieses Filament als lösliches Trägermaterial in Kombination mit fortschrittlichen Materialien wie PEEK, PEKK, ULTEM oder PPSU verwendet werden und bietet so eine größere Designfreiheit und Flexibilität für den industriellen Sektor.
Dank der Forschung von Herstellern wie Infinite material solutions und ihrem Bestreben, neue fortschrittliche Produkte wie Aquasys 180 zu entwickeln, stehen der Industrie immer mehr Ressourcen für die Herstellung von Teilen mit FDM-3D-Druck zur Verfügung.
