Essentium HTN-Z Nylon Hochtemperatur ESD

Essentium ist ein US-Unternehmen mit Niederlassungen in Asien und Europa. Es hat sich auf industrielle 3D-Drucker und technisches Filament spezialisiert. Ihre innovativen Materiallösungen helfen vielen Unternehmen, in die Industrie 4.0 einzusteigen, indem sie nicht nur Prototypen herstellen, sondern auch in großem Maßstab intern produzieren, und zwar in hoher Qualität und auf schnelle und kostengünstige Weise. Der Essentium-Katalog enthält zahlreiche hochmoderne technische Filamente, hauptsächlich Polymere und Mischungen, die für außergewöhnliche Festigkeit, Flexibilität und hohe mechanische Leistung in anspruchsvollen industriellen Umgebungen entwickelt wurden. Die Essentium-Filamente werden für viele fortschrittliche Zwecke in zahlreichen Disziplinen eingesetzt, z. B. in der Luft- und Raumfahrt und im Verteidigungsbereich, in der Automobilindustrie, in der Biomedizin, in der Auftragsfertigung, bei Konsumgütern und in der Elektronikfertigung.

Technische Filamente für spezifische Anwendungen

Das HTN Z (High Temperature Nylon) Filament von Essentium ist Teil des umfangreichen Materialportfolios des Herstellers und gehört zur Familie der Hochtemperatur-Nylons (PA) sowie zur Kategorie der ESD-sicheren Materialien, der Z-Marke. Dieses Filament besteht aus > 90 % Polyamid-Copolymer und MWCNT - Multiwalled Carbon Nanotube.

Video 1: Eine Demonstration der HTN Z ESD-Sicherheitsmerkmale. Quelle: Essentium.

Nylon (Polyamid-Copolymer) ist ein synthetisches, halbkristallines Polymer, das durch die Bindung von abwechselnden Diamin- und Dicarbonsäuremonomeren entsteht. Die erste kommerzielle Anwendung von Nylon war die Herstellung von Zahnbürstenborsten und Damenstrümpfen in den 1930er Jahren. Während des Zweiten Weltkriegs wurde Nylon zur Herstellung von Fallschirmen, Seilen, Schutzwesten und Helmauskleidungen für die US-Armee verwendet. Heutzutage haben Nylonpolymere noch mehr kommerzielle Anwendungen, z. B. in der Stoff- und Faserindustrie, bei der Herstellung von Gussteilen in der Automobilindustrie oder bei der Herstellung von Elektronik und Lebensmittelverpackungen. Nylon wird häufig im 3D-Druck verwendet (als Pulver bei SLS und MJF oder als Pellets und Filament bei FDM), da es sich durch seine Haltbarkeit, Flexibilität, Abrieb- und Reibungsfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Chemikalienbeständigkeit auszeichnet. Nylon ist ein äußerst vielseitiger Thermoplast und wird häufig als Basis für spezielle Filamentmischungen mit verschiedenen technischen Eigenschaften verwendet.

Ein Hochtemperatur-Filament

Die thermischen und mechanischen Eigenschaften von HTN Z wurden im Vergleich zu Standard-Nylonfilamenten erheblich verbessert, um eine hohe Leistung und Hochtemperaturtoleranz zu gewährleisten. HTN Z hat eine höhere Wärmeformbeständigkeit als herkömmliche Nylons, ist zäher und stärker und verschleißfester. Auch seine Chemikalien- und Lösungsmittelbeständigkeit wurde verbessert.

Darüber hinaus zeichnet sich Essentium HTN Z durch eine langsame Feuchtigkeitsaufnahme aus, wodurch es sich leicht bedrucken lässt und die Gefahr des warping verringert wird. Der Hersteller beschreibt es als einen Ersatz für Acetal, ebenfalls ein sehr starker und hitzebeständiger technischer Kunststoff.

ESD-sicheres Material

ESD (elektrostatische Entladung) ist ein Phänomen, das im Alltag häufig in Form von statischer Aufladung der Haare auftritt oder wenn bei der Berührung eines geerdeten Gegenstands, z. B. eines Türknaufs oder sogar einer anderen Person, ein elektrischer "Kick" oder "Funke" ausgelöst wird. Elektrostatische Entladungen wie diese sind harmlos, es sei denn, sie treten in der Produktion in Branchen auf, in denen mit elektronischen Bauteilen gearbeitet wird. Das Essentium HTN Z Filament ist die Lösung für dieses Problem. Es ist für die mittelschwere Elektronikproduktion bestimmt. Es wirkt als ESD-Dissipator und lässt die schädliche Entladung sicher auf der Oberfläche eines mit dem HTN Z-Filament gedruckten Teils abfließen". ESD-sichere Materialien sind auch in Umgebungen mit potenziell explosiver Atmosphäre (petrochemische Anlagen, Kohleminen, Getreidemühlen, Bereiche mit 3D-Druckern auf Pulverbasis) äußerst nützlich.

Bild 1: Ein Leiterplatten-Rack, ein Bestückungstray und ein Komponentengehäuse (von links nach rechts), bedruckt mit dem Essentium HTN Z. Quelle: Essentium.

Um ein Filament ESD-sicher zu machen, werden dem Material in der Regel antistatische Beschichtungen oder leitfähige Füllstoffe zugesetzt. Die gängigsten Füllstoffe sind Ruß und Graphit. Sie können sich jedoch negativ auf die Leistung des Filaments oder des 3D-Druckstücks auswirken, indem sie es spröde machen, einen schwarzen Fleck wie einen Bleistift hinterlassen oder sogar latente Fehler in der Elektronik verursachen. Mit der Z-Linie von Filamenten versucht Essentium, diese Hemmnisse zu überwinden, die durch Standard-ESD-Filamente mit Füllstoffen entstehen. Stattdessen werden leitfähige Nanomaterialien auf der Oberfläche des Filaments verwendet, so dass die mechanische Leistung der mit HTN Z gedruckten Teile nicht beeinträchtigt wird. Da der Kohlenstoffanteil in diesem Filament (ca. 0,01 %) im Vergleich zu anderen ESD-Filamenten, die normalerweise 20-30 % Kohlenstofffasern enthalten müssen, um einen ausreichenden Oberflächenwiderstand zu erzielen, sehr gering ist, sind die Gesamtkosten für HTN Z viel niedriger als die von Standard-ESD-Filamenten.

Dank dieser Eigenschaften kann Essentium HTN Z für den 3D-Druck von Vorrichtungen für die Herstellung elektronischer Geräte verwendet werden (Leiterplattengestelle, Montageplatten, Gehäuse für Komponenten). Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass HTN Z als Hochtemperaturnylon sicher in Hochtemperaturumgebungen verwendet werden kann, z. B. beim Wellenlöten oder in Reflow-Öfen, und dass es nicht leicht schmilzt oder sich zersetzt. HTN Z kann auch für den 3D-Druck von Komponenten verwendet werden, die mit Pulvern und Pellets umgehen (sie neigen dazu, an geladenen Objekten zu haften), oder für die Herstellung von Industrieausrüstungen für Räume mit brennbaren oder explosiven Atmosphären.