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PESU: Materialeigenschaften in der additiven Fertigung

Auf 31. März 2021 von Regina P. veröffentlicht
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Das zur Sulfonfamilie gehörende Polyethersulfon, kurz PESU, ist ein Hochleistungskunststoff, der über ein einzigartiges Profil in der Familie der Thermoplaste aufweist. Der Stoff ist extrem hitzebeständig und zudem ein amorphes Polymer. Was für viele Branchen interessante Eigenschaften aufweist, ist in der Welt der additiven Fertigung jedoch noch wenig bekannt. PESU kann in Form von Filamenten, Pulvern und Granulaten in Spritzgussqualität erworben werden. Granulate in Spritzgussqualität weisen in der Regel eine höhere Materialreinheit auf und ermöglichen so den Druck von Funktionsteilen in der Rohform von PESU. Vor allem können damit die gleichen Standards und Zertifizierungen wie bei Spritzgussmaterialien erreicht werden. Dadurch eignet sich der Kunststoff als ideales Hochleistungsmaterial. Aber welche Eigenschaften hat PESU?

Polyethersulfon ist für seine thermischen Eigenschaften bekannt: Der Stoff kann sehr hohen Temperaturen standhalten (bis zu 220°C oder 429°F), in einer flüssigen und dampfförmigen Umgebung sogar bis zu 170°C (338°F). PESU weist feuer- und rauchbeständige Eigenschaften auf, was es zu einem geeigneten Material für die Luft- und Raumfahrt-, Eisenbahn- und Automobilindustrie macht. Das Material beginnt erst oberhalb von 400°C (752°F) zu schmelzen, die Zündtemperatur liegt zwischen 475 und 575°C (887°F und 1067°F). Neben dem einzigartigen thermischen Profil ist PESU lebensmittelecht, kann sehr hohen Belastungen standhalten und weist gute elektrische Isolations- und Dielektrische- Eigenschaften auf.

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Chemische Struktur des Kunststoff (PESU).

PESU im 3D-Druck

PESU ist ein amorphes Material und hat daher eine ungeordnete Molekularstruktur. Im Gegensatz zu einem teilkristallinen Material ist es vergleichsweise leicht zu formen, da es bei der Temperatur weniger Kontraktions- und Ausdehnungseffekte erfährt. Der Schmelzpunkt liegt zwischen 340 und 390°C (644 und 734°F). Diese beiden Eigenschaften machen es also zu einem idealen Material für die additive Fertigung.

PESU ermöglicht den 3D-Druck komplexer Teile. Die Tatsache, dass es hitze-, feuer- und rauchbeständig ist, ist vor allem in bestimmten Branchen von Vorteil. Vergleicht man es z. B. mit dem PEI (dessen bekannteste Marke ULTEM ist), welches bereits in Form von Filamenten erhältlich ist, hat PESU nicht nur bessere Eigenschaften, sondern ist sogar preiswerter. Darüber hinaus hat Polyethersulfon eine deutlich geringere Feuchtigkeitsaufnahme und stellt somit eine geeignete Alternative dar. Es kann jedoch schwierig sein, das Material speziell für den FDM-Druck anzupassen. Obwohl der Stoff bereits von einigen Materialherstellern angeboten wird, sollte beachtet werden, dass die Umwandlung in ein Filament oft dazu führt, dass jene Materialeigenschaften verloren gehen, welche es interessant für den 3D-Druck gemacht hätten. Es gibt jedoch Unternehmen, die daran arbeiten, dieses Hindernis zu überwinden.

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Der Haushaltsgerätehersteller De’Longhi nutzt Polyethersulfone (PESU) von BASF für Teile der Kaffeemaschine (Bildrechte: BASF 2020)

Anwendungsmöglichkeiten von Polyethersulfon

3D-gedrucktes PESU ist dank seiner thermischen Eigenschaften vor allem im Transportsektor beliebt. Dabei wird der Kunststoff aber nicht nur in der Luft- und Raumfahrt sowie im Schienenverkehr eingesetzt, sondern auch in der Automobilbranche. Da der Kunststoff beständig gegen Flüssigkeiten, Fette und Benzin ist, eignet er sich besonders gut zur Herstellung von Dingen wie Sonden, welche beispielsweise zur Kontrolle des Ölstands zur Anwendung kommen. PESU wird auch für die Konstruktion persönlicher Schutzausrüstungen verwendet. Weiters wird PESU häufig als Ersatz für diverse Polyamide und insbesondere für Polycarbonat verwendet. Er verfügt über eine gute Transparenz, ist lebensmittelecht und sterilisierbar. Es muss außerdem angemerkt werden, dass PESU kein flexibles Material ist. Obwohl PESU derzeit kein häufig genutztes Material im 3D-Druck ist, gibt es bereits einige Unternehmen, die es anbieten. Aufgrund der beeindruckenden Eigenschaften ist es wahrscheinlich, dass PESU in naher Zukunft verstärkt zur Anwendung kommt, da vor allem die Luft- und Raumfahrt- sowie die Automobilindustrie beginnen, den 3D-Druck für die Produktion von Endprodukten zu nutzen.

*Titelbild Quelle: Medical Plastics News

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