Kunststoffmaterialien können in 3 Gruppen eingeteilt werden: Standard-, Ingenieur- und fortschrittliche Kunststoffe.

Fortschrittliche Kunststoffe werden als PAEK (Polyaryl Ether Ether Ketone) bezeichnet, halbkristalline Kunststoffe, die hohen Temperaturen standhalten und dabei mechanische Eigenschaften beibehalten.

Bild 1: Pyramide zur Klassifizierung von Kunststoffen. Quelle: Filament2print.

In der PAEK-Familie gibt es drei Arten: PEEK, PEKK und PEI, alle mit hoher chemischer und mechanischer Beständigkeit und hoher Temperaturflammbarkeit. Unter diesen drei Materialien sticht PEI aufgrund seiner dimensionalen Stabilität hervor, die ihm eine hohe Wärmebeständigkeit ohne Änderung seiner mechanischen Eigenschaften verleiht.

PEI wird oft in Anwendungen eingesetzt, in denen Wärmebeständigkeit und hohe Druckwerte unerlässlich sind, wie z. B. beim Spritzguss. Die Herstellung von Spritzgussformen durch 3D-Druck reduziert die Herstellungskosten und beschleunigt den Prototypenprozess, was es schneller und einfacher macht, Ergebnisse zu erzielen. Eines der Filamente, die sich für diese Aktivität auszeichnen, ist Ultem 1010.

Um ein Filament wie Ultem 1010 zu 3D-drucken, ist ein industrieller 3D-Drucker erforderlich, der eine Drucktemperatur von mehr als 400 ͒C erreicht, eine Betttemperatur von mindestens 150 ͒C und eine Kammertemperatur von mindestens 80 ͒C.

Vor einigen Jahren war es schwer vorstellbar, dass ein Prototyp eines Teils in nur wenigen Stunden reproduziert werden könnte und dabei außergewöhnliche Oberflächen und Qualität aufweist. Die Integration des 3D-Drucks in den industriellen Produktionsprozess verlief langsam, aufgrund der bestehenden Einschränkungen in Bezug auf die Produktionsmenge und der Knappheit technischer Materialien, mit denen gearbeitet werden kann. Heute ist der FDM 3D-Druck ein unverzichtbares Werkzeug in der Industrie und für jeden zugänglich, der sein Wissen und seine Fähigkeiten in dieser Fertigungsmethode erweitern möchte.

Bei der Herstellung von FDM 3D-gedruckten Teilen für die Industrie ist es oft erforderlich, Teile mit komplexen Geometrien herzustellen, die möglicherweise Stützstrukturen erfordern, um Bereiche mit Überhängen oder steilen Winkeln zu unterstützen. Beim 3D-Druck eines Teils mit Stützen kann das gleiche Baumaterial verwendet werden. Diese Stützen müssen nach Abschluss des 3D-Druckprozesses entfernt werden. In diesen Fällen sollte beim Entfernen Vorsicht geboten sein, da dies das Endteil beschädigen kann. Ebenso muss nach dem Entfernen der Stützstrukturen eine Nachbearbeitung durchgeführt werden, um die Oberfläche des Teils von überschüssigem Material zu befreien, um eine möglichst gleichmäßige Oberfläche zu erhalten.

Bild 2: 3D-gedruckte Turbine mit und ohne Stützmaterial. Quelle: Infinite Material Solutions.

Zur Vereinfachung des FDM 3D-Druckprozesses von Teilen mit komplexen Geometrien wurden verschiedene lösliche Stützmaterialien entwickelt (entweder in Substanzen wie D-Limonen oder in Wasser), die mit verschiedenen Materialien wie PLA, PETG oder ABS kompatibel sind, jedoch nicht in Kombination mit fortgeschrittenen Filamenten wie PEEK, PEKK oder PEI Ultem aufgrund ihrer hohen Drucktemperatur.

Infinite Material Solutions ist ein amerikanisches Unternehmen, das 2018 gegründet wurde und sich der Entwicklung innovativer Materialien für den FFF-3D-Druck widmet. Im November 2020 startet Infinite Material Solutions AquaSys 180, ein lösliches Stützmaterial, das hohe Temperaturen standhält.

Bild 3: 3D-Druckprozess mit AquaSys 180. Quelle: Infinite Material Solutions.

AquaSys 180 ist das erste lösliche Stützmaterial, das mit fortschrittlichen Materialien kompatibel ist, das Drucktemperaturen von bis zu 300 ͒C und Bett- und Kammertemperaturen von bis zu 180 ͒C standhält. Dank der Wärmebeständigkeit von AQUASYS 180 kann dieses Filament als lösliches Stützmaterial in Kombination mit fortschrittlichen Materialien wie PEEK, PEKK, ULTEM oder PPSU verwendet werden, was dem Industriebereich eine größere Gestaltungsfreiheit und Flexibilität bietet.

Dank der Forschung von Herstellern wie Infinite Material Solutions und ihrem Streben, neue fortschrittliche Produkte wie AquaSys 180 zu entwickeln, hat der Industriebereich immer mehr Ressourcen für die Herstellung von Teilen mit dem FDM-3D-Druckverfahren zur Verfügung.