{"id":16876,"date":"2023-08-28T11:00:55","date_gmt":"2023-08-28T09:00:55","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=16876"},"modified":"2023-08-28T11:11:48","modified_gmt":"2023-08-28T09:11:48","slug":"material-peek-ultem-170120191","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/material-peek-ultem-170120191\/","title":{"rendered":"PEEK, ULTEM und weitere Hochleistungsthermoplaste als Material f\u00fcr den 3D-Druck"},"content":{"rendered":"

In den letzten Jahren sind Hochleistungsthermoplaste zu einem viel diskutierten Thema im 3D-Druck geworden, und der Markt f\u00fcr sie w\u00e4chst rasant. Diese Materialien sind in der Branche aufgrund ihrer Festigkeit und Leichtigkeit attraktiv und es gibt eine Reihe verschiedener Materialien, die f\u00fcr die additive Fertigung verwendet werden k\u00f6nnen. Ein Beispiel ist Polyaryletherketon (PAEK), eine Familie von teilkristallinen Kunststoffen, die hohen Temperaturen standhalten und gleichzeitig eine enorme Festigkeit aufweisen. PAEK wird haupts\u00e4chlich in Form von Polyetheretherketon (PEEK)<\/a> und Polyetherketonketon (PEKK)<\/a> verwendet, zwei Materialien mit hoher Steifigkeit. Eine wesentlich kosteng\u00fcnstigere Alternative, Polyetherimid (PEI<\/a>), auch bekannt als ULTEM, hat sich jedoch ebenfalls zunehmend verbreitet. Aber was genau sind Hochleistungskunststoffe? Wie kann man mit ihnen drucken? Wer sind die Hersteller? Im folgenden Leitfaden \u00fcber die PAEK- und PEI-Familien erfahren Sie alles, was Sie \u00fcber diese Materialien wissen m\u00fcssen.<\/p>\n

Herstellung und Eigenschaften von Hochleistungspolymeren<\/h3>\n

Das erste, was man \u00fcber Hochleistungspolymere wissen sollte, ist, dass sie zwar gemeinsame Eigenschaften haben, aber nicht alle genau dasselbe sind. Generell l\u00e4sst sich jedoch feststellen, dass Hochleistungsthermoplaste, insbesondere PEEK, so stark wie Stahl und 80 % leichter als Metall sind, was sie in der Fertigungsindustrie \u00e4u\u00dferst begehrt macht. Neben der au\u00dfergew\u00f6hnlichen mechanischen und thermischen Best\u00e4ndigkeit von bis zu 250 \u00b0C im Dauerbetrieb sind PAEK-Werkstoffe im Gegensatz zu den meisten anderen Kunststoffen<\/a> auch best\u00e4ndig gegen das Aufl\u00f6sen in \u00d6len und anderen Substanzen. Im Brandfall werden fast keine Gase oder sch\u00e4dlichen D\u00e4mpfe freigesetzt.<\/p>\n

Und obwohl sie in der additiven Fertigung immer weiter verbreitet sind, ist es unbestreitbar, dass ihr Wachstum langsamer war als das anderer Polymere. Tats\u00e4chlich gibt es diese Materialien schon seit \u00fcber drei Jahrzehnten, auch wenn sie durch Spritzguss oder maschinelle Bearbeitung verwendet wurden. Zun\u00e4chst war Stratasys das einzige Unternehmen, das in der Lage war, Drucker herzustellen, die mit den hohen Temperaturen umgehen konnten, die zum Schmelzen von PAEK- und PEI-Polymeren erforderlich sind. Als sich der Markt jedoch zu \u00f6ffnen begann, hatten auch andere Unternehmen die M\u00f6glichkeit, mit diesen Druckern zu experimentieren, was zu einer Massenvermarktung ihrer Erfindungen f\u00fchrte. Mit der Zeit und dem Abbau der Marktzutrittsschranken sehen wir, dass immer mehr Unternehmen in diesen Bereich einsteigen und mit der Herstellung von Druckern beginnen, die PAEK-Thermoplaste verarbeiten k\u00f6nnen.<\/p>

\"\"<\/a><\/div>\n

Ein weiteres Material, PEI, wurde erstmals in den sp\u00e4ten 1980er Jahren von der Kunststoffabteilung von General Electric entwickelt. Im Jahr 2007 erwarb jedoch SABIC, eines der gr\u00f6\u00dften \u00f6ffentlichen Unternehmen Saudi-Arabiens, die Abteilung und damit die Rechte an der Marke ULTEM. Da das Material eine kosteng\u00fcnstigere Alternative zu PEEK darstellt, stie\u00df es aus finanzieller Sicht sofort auf gro\u00dfes Interesse. In Verbindung mit seinen verschiedenen bedeutenden physikalischen Eigenschaften, wie hohe Hitze-, L\u00f6sungsmittel- und Flammenbest\u00e4ndigkeit, Durchschlagfestigkeit und W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit, stellte es eine hervorragende L\u00f6sung f\u00fcr technische Projekte dar. ULTEM ist zu einem bevorzugten Material f\u00fcr technische Anwendungen mit sehr hohen Anforderungen geworden, z. B. in der Luft- und Raumfahrtindustrie<\/a>.<\/p>\n

\"PEEK<\/a>

(Bild: ApiumTec)<\/p><\/div>\n

3D-Druck mit Hochleistungskunststoffen<\/h3>\n

Im Allgemeinen werden PAEK- und PEI-Polymere entweder mit FDM (Fused Deposition Modeling)<\/a> oder SLS (Selective Laser Sintering)<\/a> gedruckt. In Anbetracht der Hochtemperaturf\u00e4higkeit dieser Polymere ist es jedoch verst\u00e4ndlich, dass kein gew\u00f6hnlicher 3D-Drucker diese Filamente verarbeiten kann. Ein PAEK\/PEI-3D-Drucker muss \u00fcber eine Extruderd\u00fcse verf\u00fcgen, die Temperaturen von \u00fcber 300 \u00b0C verarbeiten kann, da dies der Schmelzpunkt dieser Polymere ist. Au\u00dferdem muss das Heizbett mindestens 150 \u00b0C erreichen, damit das Objekt entnommen werden kann. Schlie\u00dflich sind st\u00e4rkere K\u00fchlmechanismen erforderlich, um das richtige Temperaturgleichgewicht in der geschlossenen Kammer zu gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n

Die Nachbearbeitung von Hochleistungsthermoplasten ist notwendig und wie bei jedem komplexen FDM-Druckteil werden St\u00fctzstrukturen ben\u00f6tigt. Bei PAEK und PEI kann es jedoch aufgrund der Steifigkeit des Endprodukts schwierig sein, den Support zu entfernen. Daher wird oft eine Reihe von Werkzeugen verwendet, um das Teil fertig zu stellen.<\/p>\n

\"PEEK<\/a>

(Bild: ApiumTec)<\/p><\/div>\n

Beim SLS-Verfahren hingegen wird das Teil nahezu perfekt gedruckt, ohne dass zus\u00e4tzliche Werkzeuge ben\u00f6tigt werden. Allerdings m\u00fcssen die Hersteller die Verformung in Betracht ziehen. Nachdem der Druck eines Objekts beendet ist und die Temperatur in der Kammer sinkt, neigen die Polymere dazu, sich zu verkleinern. Aus diesem Grund sind PAEK und PEI beim Druck kleiner Objekte sehr beliebt, doch je gr\u00f6\u00dfer das Teil ist, desto st\u00e4rker ist der Verformungseffekt. Dieser l\u00e4sst sich zwar bis zu einem gewissen Grad durch die Optimierung der wichtigsten Druckparameter wie Geschwindigkeit und Temperatur kontrollieren, bleibt aber eine Herausforderung.<\/p>\n

Abgesehen davon ist die Verwendung von Hochleistungsthermoplasten noch lange nicht ausgereift. Es gibt immer noch Aspekte des Herstellungsprozesses, an denen gearbeitet wird und die st\u00e4ndig verbessert werden. Neue Innovationen verbessern diese Erfahrung jedoch st\u00e4ndig. Eine Reihe von Unternehmen arbeitet derzeit an einer FDM-L\u00f6sung, bei der die St\u00fctzstruktur des Objekts aus einem anderen Material gedruckt wird, damit er nach dem Druckvorgang schneller und einfacher entfernt werden kann. Dar\u00fcber hinaus haben andere Unternehmen wie Kimya damit begonnen, Materialkombinationen anzubieten, um das Beste aus mehreren Materialien zu nutzen. Auf diese Weise kann das Endprodukt beispielsweise zu 70 % aus PEEK und zu 30 % aus Kohlefaser bestehen.<\/p>\n

Anwendungen<\/h3>\n

Wie zu erwarten, ist eine Werkstofffamilie mit so vielen bedeutenden Eigenschaften in einer Vielzahl von Branchen n\u00fctzlich. Die Automobilindustrie<\/a> hat schnell begonnen, die einzigartigen F\u00e4higkeiten von PAEK und PEI f\u00fcr eine Vielzahl von Anwendungen zu nutzen. Einer der Bereiche, in denen PAEK und PEI am st\u00e4rksten ins Gewicht fallen, ist die Herstellung von kosteng\u00fcnstigen Schnellwerkzeugen f\u00fcr Spritzguss, Thermoformung, Vorrichtungen und Halterungen. Dies erm\u00f6glicht es Unternehmen, kleine bis mittlere St\u00fcckzahlen zu geringen Kosten zu produzieren, ohne in die Herstellung gro\u00dfer Mengen investieren zu m\u00fcssen. Auch die Herstellung kundenspezifischer Teile wird zunehmend nachgefragt, da sie an bestimmte Anforderungen angepasst werden k\u00f6nnen und komplexe \u00c4nderungen erhalten k\u00f6nnen, die ihren strukturellen Aufbau verbessern.<\/p>\n

Wie viele andere 3D-Druckmaterialien werden auch die PAEK- und PEI-Familien h\u00e4ufig im medizinischen Bereich<\/a> eingesetzt. PEEK ist bekannt f\u00fcr die Abschirmung von Magnetresonanztomographen (MRI). Es gilt auch als fortschrittliches Biomaterial, das f\u00fcr medizinische Implantate, Verst\u00e4rkungsst\u00e4be und Wirbels\u00e4ulenfusionsger\u00e4te verwendet wird. Da es kochendem Wasser und \u00fcberhitztem Dampf standhalten kann, eignet es sich hervorragend f\u00fcr Gegenst\u00e4nde, die bei extrem hohen Temperaturen sterilisiert werden m\u00fcssen.<\/p>\n

\"High<\/a>

(Bild: ApiumTec)<\/p><\/div>\n

Hochleistungsthermoplaste werden auch in der Luft- und Raumfahrtindustrie h\u00e4ufig verwendet. Chemische Best\u00e4ndigkeit, hohe Festigkeit im Verh\u00e4ltnis zum Gewicht und niedrige Brand-, Rauch- und Toxizit\u00e4tswerte machen solche Polymere zum idealen Ersatz f\u00fcr Metall, das h\u00e4ufig f\u00fcr Raumfahrzeugteile und Werkzeuge verwendet wird. Thermisch-akustische Isolierungen, strukturelle Halterungen, Klammern und Abstandshalter, Befestigungselemente, Verbindungsst\u00fccke und Rohrsysteme sind nur einige Beispiele, bei denen die Luft- und Raumfahrttechnik PAEK und PEI einsetzt und das Gewicht der Teile oft um 70 % reduziert. Andere Branchen, in denen fortschrittliche Thermoplaste zum Einsatz kommen, sind die Schifffahrt, die Nuklearindustrie, die \u00d6l- und Gasindustrie und viele mehr.<\/p>\n

Wichtigste Hersteller und Preise der Materialien<\/h3>\n

Wie nicht anders zu erwarten, haben viele der gro\u00dfen Chemieunternehmen den Wandel, der sich bei den Hochleistungsthermoplasten im Bereich der additiven Fertigung abzeichnet, bereits erkannt. Daher ist es keine \u00dcberraschung, wenn Namen wie Arkema, Lehmann & Voss und Solvay (um nur einige zu nennen) genannt werden, wenn es um die Herstellung von PAEK-Materialien geht. Wenn es jedoch um PEI geht, ist die Marke ULTEM von SABIC im Moment die einzige auf dem Markt verf\u00fcgbare.<\/p>\n

Bei den Druckern, die PAEK und PEI verarbeiten k\u00f6nnen, hat der chinesische Hersteller INTAMSYS viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen, da er eine Reihe von professionellen und Desktop-3D-Druckern anbietet, die f\u00fcr Hochleistungspolymere geeignet sind. Aber auch der niederl\u00e4ndische Tractus3D erfreut sich immer gr\u00f6\u00dferer Beliebtheit, ebenso wie der deutsche Gigant EOS, der vor kurzem einen neuen HTLS-Drucker (Hochtemperatur-Lasersintern) auf den Markt gebracht hat, der diese Materialien verarbeiten kann.<\/p>\n

\"High<\/a>

(Bild: ApiumTec)<\/p><\/div>\n

Wie zu erwarten, sind diese Hochleistungspolymere jedoch nicht gerade g\u00fcnstig. PEEK, UTLEM und PEKK sind einige der teuersten 3D-Druckmaterialien auf dem Markt. ULTEM ist zwar eine etwas preiswertere Alternative, doch eine 1 kg-Spule des Filaments beginnt bei \u00fcber 180 \u20ac und kostet je nach Marke und Materialeigenschaften oft viel mehr. PEEK kostet inzwischen oft \u00fcber 270 \u20ac und bis zu \u00fcber 650 \u20ac f\u00fcr 1 kg des Materials, w\u00e4hrend PEKK im Durchschnitt zwischen 370 und 460 \u20ac f\u00fcr dieselbe Menge kostet.<\/p>\n

Wenn Sie sich f\u00fcr Filament aus diesen Materialien interessieren, m\u00fcssen Sie auch bedenken, dass Sie nicht mit jedem beliebigen Drucker drucken k\u00f6nnen. Sie m\u00fcssen in einen Drucker investieren, der, wie oben erw\u00e4hnt, speziell f\u00fcr Hochleistungspolymere entwickelt wurde. Diese Drucker sind verst\u00e4ndlicherweise auch teurer als ein preiswertes FDM-Modell<\/a>. Viele beginnen bei \u00fcber 4.500 \u20ac und die meisten liegen weit dar\u00fcber. Dennoch haben wir im Laufe der Jahre gesehen, dass mit dem Wachstum des Marktes auch die Auswahlm\u00f6glichkeiten f\u00fcr die Verbraucher zunehmen. Vielleicht werden wir in naher Zukunft erleben, dass die Preise sowohl f\u00fcr Drucker als auch f\u00fcr Materialien sinken, wenn Anwendungen mit Hochleistungspolymeren in der additiven Fertigung noch weiter verbreitet werden.<\/p>\n

Was halten Sie von der Verwendung von thermoplastischen Hochleistungspolymeren im 3D-Druck? K\u00f6nnen Sie sich vorstellen, dass andere Branchen in naher Zukunft ebenfalls umgestaltet werden? Lassen Sie uns gerne einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf\u00a0Facebook<\/a>\u00a0oder\u00a0LinkedIN<\/a>\u00a0mit. M\u00f6chten Sie au\u00dferdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt f\u00fcr unseren\u00a0w\u00f6chentlichen Newsletter<\/a>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

In den letzten Jahren sind Hochleistungsthermoplaste zu einem viel diskutierten Thema im 3D-Druck geworden, und der Markt f\u00fcr sie w\u00e4chst rasant. Diese Materialien sind in der Branche aufgrund ihrer Festigkeit und Leichtigkeit attraktiv und es gibt eine Reihe verschiedener Materialien,…<\/p>\n","protected":false},"author":6061,"featured_media":16917,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"content-type":"","footnotes":""},"categories":[38,49,12],"tags":[],"class_list":["post-16876","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-3d-materialien","category-aktuelles","category-materialien"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/16876","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/6061"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=16876"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/16876\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":49659,"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/16876\/revisions\/49659"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/16917"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=16876"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=16876"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=16876"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}