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PEKK und 3D-Druck: ein hitzebeständiges Filament für die Industrie

Auf 13. Mai 2020 von Sandra S. veröffentlicht

Polyetherketonketon, besser bekannt unter der Abkürzung PEKK, ist ein teilkristalliner Thermoplast, der zunehmend auf dem Markt der additiven Fertigung eingesetzt wird. Dabei findet häufig ein Vergleich mit PEEK statt, das zu der gleichen Gruppe gehört: der PAEK-Gruppe, die für ihre besonderen mechanischen und chemischen Eigenschaften bekannt ist. PEKK ist einfacher zu bedrucken als PEEK, insbesondere dank dessen geringerem Kristallisationsgrad. PEKK ist hauptsächlich in Form Filamenten erhältlich, die mit Hochleistungsdruckern kompatibel sind, aber auch in Pulverform für eine sehr begrenzte Anzahl von SLS-Druckern. Es handelt sich jedoch nach wie vor um ein sehr anspruchsvolles und teures Material, das vor allem in den Bereichen Luft- und Raumfahrt sowie Öl und Gas eingesetzt wird. Was sind also die Merkmale von PEKK beim 3D-Druck?

PEKK wurde erstmals 1988 von der Firma Dupont für den Luftfahrtsektor entwickelt und vertrieben. In den frühen 2000er Jahren wurde dessen Materialzusammensetzung durch das Unternehmen Oxford Performance Materials verbessert, das 2009 von Arkema aufgekauft wurde. PEKK ähnelt PEEK nicht nur im Namen, sondern auch durch in dessen Bestandteilen. So enthalten beide Keton und Ether. Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Hochleistungsmaterialien liegt im Ether/Keton-Verhältnis: PEKK hat mehr Ketonbindungen, die flexibler sind als Etherbindungen. Dies erhöht insbesondere die Festigkeit der Polymerketten und damit die Glasumwandlungstemperatur (Temperatur, bei der das Polymer zu erweichen beginnt) und die Schmelztemperatur. Beachten Sie auch, dass dieses Verhältnis nicht der einzige Unterschied ist. Tatsächlich kann die Position der Ketonbindungen in seinem aromatischen Ring variieren, was es ermöglicht, die Schmelztemperatur und die Kristallisationsgeschwindigkeit zu verändern.

Die Position der Ketonverbindungen kann geändert werden (Bildnachweis: Arkema)

Genaugenommen hat PEKK einen geringeren Kristallisonsgrad und kann daher als amorphes Polymer behandelt werden. Es wird dadurch von Kühlwirkung weniger beeinträchtigt, wodurch es eine bessere Haftung auf dem Druckbett hat und somit Verziehen vermieden wird. Dies macht es zu einem leichter zu druckenden Material als PEEK. Es hat auch ein besseres optisches Erscheinungsbild und bessere Verschleiss- und Reibungseigenschaften.

Eigenschaften und Anwendungen von PEKK

PEKK hat eine sehr gute Resistenz sowohl im Bezug auf Abnutzung als auch auf chemische Einflüsse. Dies äußert sich unter anderem dadurch, dass vielen Flüssigkeiten wie Benzol, dem im Automobilsektor verwendeten Kühlflüssigkeit oder eine Vielzahl an Alkohole PEKK nicht angreifen. Das Material hat zudem eine sehr gute dielektrische Beständigkeit und Isolierfähigkeit, was für den Elektronikbereich von großem Vorteil ist. Ferner ist PEKK weder entflammbar noch gibt es giftigen Dämpfe ab. Was die Druckeigenschaften betrifft, so hat PEKK eine Extrusionstemperatur zwischen 340 und 360°C und erfordert ebenfalls eine Heizplatte und eine beheizte geschlossene Druckkammer. Die Voraussetzungen sind letztendlich die gleichen wie für PEEK, außer dass die Extrudertemperatur etwas niedriger ist.

Was die Anwendungsgebiete betrifft, so ist PEKK in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilsektor, aber auch in der Öl- und Gasindustrie wegen dessen Druck- und Hochtemperaturbeständigkeit sehr beliebt. Das Material hat ein hohes Gewicht/Festigkeits-Verhältnis, was es zu einer idealen Lösung für die Herstellung strategischer Teile in der Luftfahrt macht, wo seit einigen Jahren ein Wettlauf um Gewichtseinsparungen stattfindet.  Darüber hinaus ist kohlefaserverstärktes PEKK erhältlich, welches dessen Festigkeit und Leichtigkeit erhöht.

Ein mit PEEK gefertigter Flugzeugtürgriff (Bildnachweis: miniFactory)

Die bedeutsamsten Hersteller

Derzeit ist das Chemieunternehmen Arkema der größte Hersteller von PEKK im Bereich der additiven Fertigung, sowohl für die Filament-Extrusion als auch für das Pulversintern – die Marke PEKK Kepstan® ist Ihnen vielleicht bekannt. Die Lehvoss Group arbeitet an der Entwicklung von Granulaten für das Filamentdesign. Das Unternehmen hat kürzlich dessen LUVOCOM 3F PEKK 50082 NT herausgebracht, das als Granulat erhältlich ist. Einige Hersteller von 3D-Druckmaterialien bieten dieses Hochtemperatur-Filament an: die französische Firma KIMYA mit ihrem PEKK-A, aber auch Nanovia, 3DXTech und 3D4Makers. Preislich gesehen liegt eine 500-Gramm-Spule schnell bei circa. 400 € kosten, bzw. 500 €, wenn sie mit Kohlefasern verstärkt ist. Bei der Pulvervariante ist EOS derzeit der einzige Hersteller von SLS-Druckern, die mit dem benannten Material kompatibel sind, darunter der EOS P 810.

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*Bildnachweis des Titelbildes: 3DGence

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