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Experteninterview: Warum Sie den 3D-Druck mit PEEK in Ihr Unternehmen integrieren sollten

Auf 18. Juni 2020 von Sandra S. veröffentlicht

Die rasche Weiterentwicklung der additiven Fertigung geht mit der Entwicklung einer Vielzahl von Materialien einher. Allein in den letzten zwei Jahren haben sich die Materialanbieter laut dem jüngsten Wohlers-Bericht verdoppelt. Obwohl das Materialwachstum bei Metallen nach wie vor an der Spitze steht, liegen Polymere, auch Hochleistungspolymere (HPP), an zweiter Stelle. Unter diesen sticht PEEK (Polyetheretherketon) hervor, da es großartige Eigenschaften für Sektoren wie Luft- und Raumfahrt, Medizin oder Automobilbau bietet, weswegen es eines der renommiertesten Materialien in der 3D-Druckkunststoffindustrie ist. Der Werkstoff ist sehr hitze-, chemikalien- und abriebbeständig und kann dank seines Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht bestimmte Metalle ersetzen. Trotz der zahlreichen Vorteile des 3D-Drucks mit PEEK sind sich einige Unternehmen immer noch nicht über die wirklichen Vorteile dessen und über die Einsatzmöglichkeiten innerhalb der verschiedenen Produktionsketten im Klaren. Um Ihre möglichen Zweifel zu beseitigen und mehr zu erfahren, haben wir uns an drei Experten auf dem Gebiet der fortschrittlichen additiven Herstellung von Thermoplasten gewendet.

Charles Han, CEO von INTAMSYS, begann seine Karriere im Bereich 3D-Druck mit der Gründung des Unternehmens vor mehr als sechs Jahren, als eine Gruppe von Ingenieuren beschloss, Hochgeschwindigkeits- und Hochpräzisionsgeräte zu entwickeln. Rechts daneben sehen Sie Thomas Collet, Direktor für 3D-Druckmaterialien und Marketing innerhalb der Business Unit Customized Polymer Materials der LEHVOSS Group. Dieses in Deutschland ansässige internationale Unternehmen ist seit 1983 einer der führenden Hersteller von Polymeren und verfügt über 8 Jahre Erfahrung in der Entwicklung von Materialien für die 3D-Druckindustrie. Ganz rechts sehen Sie Mateusz Sidorowicz, Marketing-Direktor bei 3DGence, über mehr als 6 Jahre Erfahrung in der additiven Fertigung. 3DGence ist ein polnisches Unternehmen, das sich auf AM-Technologie mit fortschrittlichen Materialien und austauschbaren Modulen konzentriert.

Was sind die Hauptmerkmale von PEEK im 3D-Druck?

Um den PEEK 3D-Druck in der Fertigung einzusetzen, ist es wichtig, die Eigenschaften und Spezifikationen des Materials zu kennen. Wie die meisten modernen Thermoplaste ist PEEK ein anspruchsvolles Material für den 3D-Druck. Es ist notwendig, einen Extruder zu haben, der Temperaturen von bis zu 400ºC erreicht, außerdem wird empfohlen, 3D-Maschinen mit beheizten Kammern zu verwenden, damit das Teil die gewünschten mechanischen Eigenschaften erreicht. Spezielle Materialien, wie sie von der LEHVOSS-Gruppe entwickelt wurden, können auch in nicht beheizten Kammern gedruckt werden. Das Glühen von gedruckten Teilen kann angewendet werden. Obwohl PEEK für den FFF-Prozess (Schmelzschichtung) hauptsächlich in Filamentform vorkommt, wird es langsam auch in Pulverform für das SLS-Verfahren verfügbar.

Dieses teilkristalline Polymer hat „einen Schmelzpunkt von etwa 343°C, während die Temperatur bei kontinuierlichem Gebrauch etwa 260°C beträgt. Da PEEK hervorragende integrale Eigenschaften besitzt, kann es in vielen Anwendungen traditionelle Materialien wie Metalle und Keramiken ersetzen. Hohe Temperaturbeständigkeit, Selbstschmierung, Verschleißfestigkeit und Langlebigkeit machen PEEK heute zu einem der beliebtesten technischen Hochleistungskunststoffe„, erklärt Charles Han von INTAMSYS. Darüber hinaus kommentiert Mateusz von 3DGence: „PEEK ist auch eines der wenigen Materialien, das im Hochvakuum keine Gase freisetzt. Der niedrige Reibungskoeffizient und die ausgezeichnete Kriechfestigkeit machen es zu einem der besten für anspruchsvolle Anwendungen.“

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LUVUCOM PEEK der LEHVOSS Group (für dieses Material ist keine beheizte Kammer erforderlich) (Bildnachweis: LEHVOSS Group)

Obwohl wir uns hier auf PEEK fokussieren, sei gesagt, dass es noch ein anderes Hochleistungsmaterial gibt, das in der additiven Fertigung zunehmend an Bedeutung gewinnt und oft für einige Verwirrung sorgt: PEKK. Es gehört ebenfalls zur PAEK-Familie. Der Hauptunterschied liegt im Verhältnis Ether/Keton. „PEKK ist ein Copolymer, das eine größere Kontrolle über die Kristallinität ermöglicht. Je nach Typ bietet PEKK höhere Schmelztemperaturen und Glasübergänge. Teile können mit dem jeweiligen PEKK-Material vollständig amorph oder teilkristallin ohne Verzugsprobleme hergestellt werden. PEKK ist teurer als Standard-PEEK“, erklärt Thomas Collet von LEHVOSS. Zur Beziehung zwischen PEEK und PEKK fügt Mateusz hinzu: „Es gibt Ähnlichkeiten in ihren Verarbeitungsbedingungen und sogar in der Bandbreite der Anwendungen. Das Drucken mit PEKK ist etwas einfacher, da das Material weniger anfällig für Verformungen ist.“

Was sind die empfohlenen Einsatzbereiche?

Die wohl am meisten geschätzten Eigenschaften von PEEK sind die mechanischen Eigenschaften und die Hitzebeständigkeit. Aus diesem Grund haben Industriezweige, die robuste Teile benötigen, damit begonnen, die für PEEK geeigneten additive Verfahren zu integrieren. „Es kann traditionelle Materialien wie Metalle und Keramik in Industrien wie der Luft- und Raumfahrt, dem Automobilbau, der Elektronik und in medizinischen Geräten ersetzen„, sagt Charles Han.

Basierend auf den besonderen Eigenschaften von PEEK sind die vom 3DGence-Team empfohlenen Anwendungen: „Ersatzteile für großvolumige Produktionslinien sind ideale Kandidaten. PEEK hat auch einen sehr niedrigen Friktionskoeffizienten, was bei solchen Anwendungen sehr notwendig ist. Laboratorien und Universitäten, die Forschung im Zusammenhang mit Hochvakuum betreiben, können Teile herstellen, die für ihre Ausrüstung benötigt werden. Dies ist das Material der Wahl für die Öl- und Gas- sowie die Luft- und Raumfahrtindustrie.“

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PEKK hat einige ähnliche Eigenschaften wie PEEK (Bildnachweis: 3Dgence)

PEEK vs. Metall: Was eignet sich besser für meinen Betrieb?

Die hohe Festigkeit von Materialien wie PEEK hat es vielen Unternehmen ermöglicht, Metallteile durch Teile zu ersetzen, die mit PEEK-3D-Druckern erstellt wurden. Aber ist es überhaupt kosteneffizient, ein Metallteil durch ein Teil aus einem Polymerwerkstoff zu ersetzen? Dies ist die große Frage für viele Unternehmen, wenn sie über die Einführung des PEEK-3D-Drucks nachdenken. Thomas Collet kommentiert: „PEEK ist aufgrund seiner Leistungsfähigkeit ein typisches Metallersatzmaterial. Wie alle Polymere bietet es ein enormes Gewichtseinsparungspotenzial für Metalle und als ein weiterer Vorteil bietet es hervorragende tribologische Eigenschaften.“

Ölseparator, der mit PEEK gedruckt wurde (Bildnachweis: 3DGence)

Charles Han gab uns ein konkretes Beispiel für den 3D-Druck mit PEEK im Vergleich zur Verwendung von Metallmaterialien: „Im Bereich der medizinischen Implantate liegt der Elastizitätsmodul von PEEK nahe am Elastizitätsmodul des Knochens, was zu einer Osseointegration zwischen dem Implantat und dem Knochengewebe führt und die Langzeitstabilität von PEEK-Implantaten gewährleistet. Tatsächlich berichteten wir bereits vor einigen Monaten über die Biokompatibilität von PEEK-Implantaten im Vergleich zu Metallimplantaten, was insbesondere für den medizinischen Sektor einen enormen Vorteil darstellt.

In den letzten Jahren hat sich gezeigt, dass die Zahl der AM-Anwendungen, bei denen dieses Material verwendet wird, weiter gestiegen ist, und wir erwarten, dass sich dieser Trend fortsetzen wird, wenn die Sektoren die Vorteile und das Potenzial dieses Materials erkennen. „Was wir sehen, ist, dass viele unserer Kunden all dies in Betracht ziehen und ernsthaft darüber nachdenken, den 3D-Druck mit PEEK als Ersatz für traditionelle Herstellungsmethoden zu nutzen“, erklärt Thomas Collet.

Medizinische Teile können mit PEEK gedruckt werden (Bildnachweis: INTAMSYS)

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