{"id":30341,"date":"2021-06-24T00:01:34","date_gmt":"2021-06-23T22:01:34","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=30341"},"modified":"2021-07-21T16:17:16","modified_gmt":"2021-07-21T14:17:16","slug":"peek-vs-pekk-3d-druck-240620211","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/peek-vs-pekk-3d-druck-240620211\/","title":{"rendered":"PEEK vs PEKK: Ein Vergleich der beiden Materialien"},"content":{"rendered":"

Materialien stellen in der additiven Fertigung eine Schl\u00fcsselkomponente dar und verleihen dem fertigen Teil seine eigenen chemischen Eigenschaften und mechanischen Merkmale. Der Markt bietet heutzutage eine gro\u00dfe Auswahl an Materialien: von Polymeren \u00fcber Metalle und Keramiken bis hin zu organischen Druckfarben. Kunststoffe sind generell sehr zahlreich und mehr oder weniger technisch zu drucken. Egal, ob es sich um ein Filament<\/a>, Harz oder Pulver handelt, jedes hat seine Besonderheiten. Heute konzentrieren wir uns auf die Kategorie der Hochleistungspolymere, genauer gesagt auf die Familie der Polyaryletherketone (PAEK). Hierbei gibt es zwei Materialien, welche von der Industrie zunehmend eingesetzt werden: PEEK<\/a> und PEKK<\/a>.<\/p>\n

PEEK und PEKK, die auch in der traditionellen Fertigungsindustrie (Kunststoffspritzguss, Zerspanung usw.) verwendet werden, haben beide interessante thermische Eigenschaften und sind f\u00fcr ihre Festigkeit bekannt. Oft mit Metallen verglichen, sind sie seit einigen Jahren mit bestimmten additiven Fertigungsverfahren kompatibel, insbesondere mit FDM<\/a> und SLS<\/a>. Doch was sind die Unterschiede zwischen diesen beiden Hochleistungsthermoplasten? Welches sollten Sie w\u00e4hlen?<\/p>\n

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PEEK und PEKK geh\u00f6ren zu den Hochleistungsmaterialien.<\/p><\/div>\n

Zusammensetzung und Eigenschaften<\/h3>\n

Bei dem Vergleich zweier Hochleistungspolymere ist es wichtig, mit der Analyse ihrer Zusammensetzung und ihren Eigenschaften zu beginnen, um zu verstehen, wie sie sich w\u00e4hrend des Herstellungsprozesses verhalten. Beide Materialien geh\u00f6ren zur PAEK-Familie, einer Gruppe von hochleistungsf\u00e4higen teilkristallinen und amorphen Thermoplasten.\u00a0In dieser Familie ist das am h\u00e4ufigsten verwendete Polymer PEEK, das durch eine Molek\u00fclstruktur aus 1 Keton und 2 Ethern gebildet wird. Auf der anderen Seite gibt es PEKK, das eine umgekehrte Molek\u00fclstruktur hat: Es hat 2 Ketone und 1 Ether. Je mehr Ketone eine Struktur besitzt, desto flexibler ist das Material. Das bedeutet zugleich, dass die Glas\u00fcbergangstemperatur (die Temperatur, bei der das Polymer zu erweichen beginnt) und die Schmelztemperatur bei PEKK h\u00f6her sind.<\/p>

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Zu den Haupteigenschaften beider Werkstoffe geh\u00f6ren eine hohe mechanische Festigkeit, hohe Temperaturbest\u00e4ndigkeit, Erm\u00fcdungsfestigkeit und Schwerentflammbarkeit. PEKK ist ein Thermoplast, der best\u00e4ndiger gegen chemische Fl\u00fcssigkeiten ist, eine gute dielektrische Stabilit\u00e4t hat und keine giftigen D\u00e4mpfe abgibt. Auf der anderen Seite hat PEEK hervorragende mechanische Eigenschaften und ein gutes Verh\u00e4ltnis von Festigkeit zu Gewicht, was es zu einem geeigneten Ersatz f\u00fcr einige Metalle macht. Beide Polymere k\u00f6nnen sterilisiert werden, was ihren Einsatz im Gesundheitswesen erleichtert.<\/p>\n

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3D-gedruckte Teile mit PEKK (Bildnachweis: miniFactory)<\/p><\/div>\n

PEEK und PEKK haben zwar viele Gemeinsamkeiten, da sie zur gleichen Familie der Polymere geh\u00f6ren, jedoch gibt es auch einige Eigenschaften, die sich aufgrund ihrer Zusammensetzung unterscheiden. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Materialien ist ihr Kristallinit\u00e4tsgrad <\/strong>und ihre Kristallisationsgeschwindigkeit<\/strong>. Dieser Begriff bezieht sich auf die Gesamtzahl der in einem Polymer vorhandenen kristallinen Bereiche und wird in Prozent angegeben. In diesem Fall vergleichen wir zwei teilkristalline Elemente, deren Kristallinit\u00e4tsgrad jedoch von der Art ihrer Verarbeitung abh\u00e4ngt und variiert. Wenn wir \u00fcber den 3D-Druckprozess sprechen, kann PEEK im Allgemeinen einen hohen Kristallisationsgrad erreichen, w\u00e4hrend PEKK eine viel schw\u00e4chere kristalline Struktur aufweist. Die Kristallinit\u00e4t wirkt sich auf die Eigenschaften des endg\u00fcltigen Teils aus, w\u00e4hrend die Kristallisationsgeschwindigkeit und die Rheologie einen direkten Einfluss auf die Druckf\u00e4higkeit haben.<\/p>\n

Druckf\u00e4higkeit<\/h3>\n

In diesem Abschnitt werden wir uns haupts\u00e4chlich auf FDM konzentrieren. Im Umgang mit Hochleistungspolymeren sind fortgeschrittene Kenntnisse erforderlich, um Fehler beim Drucken zu vermeiden, vor allem um diese teuren Materialien nicht zu verschwenden. Sie ben\u00f6tigen au\u00dferdem einen 3D-Drucker, der bestimmte Temperaturanforderungen erf\u00fcllt<\/a>. Wenn Sie PEEK f\u00fcr den 3D-Druck verwenden, ben\u00f6tigen Sie eine Maschine mit einem Extruder, der 400 \u00b0C erreichen kann, sowie eine Kammer, die auf 120 \u00b0C beheizt wird, und eine Druckplatte, die bis zu 230 \u00b0C hei\u00df werden kann, damit die Schichten darauf haften und problemlos entfernt werden k\u00f6nnen. Im Falle von amorphem PEKK sind die Anforderungen sehr \u00e4hnlich, aber nicht so streng. Die Extrusionstemperatur wird im Allgemeinen zwischen 340\u00b0C und 360\u00b0C liegen m\u00fcssen und eine beheizte Platte sowie ein beheiztes Geh\u00e4use werden ebenfalls ben\u00f6tigt.<\/p>\n

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3D-gedrucktes K\u00fchlsystem mit PEEK (Bildnachweis: Apium)<\/p><\/div>\n

Technisch ausgedr\u00fcckt, kommt es bei der Verfestigung des extrudierten Filaments zu einer teilweisen Ausrichtung der Polymermolek\u00fclketten. Ausgehend von den Kristallisationskernen falten sich die Molek\u00fclketten auf und bilden geordnete Bereiche. Je geringer also der Anteil an Kristallisationskeimen im Polymer ist, desto schneller wird der Abk\u00fchlungsprozess sein und desto besser haften die Schichten aneinander. Dadurch wird das Ph\u00e4nomen der Verformung verhindert. Mit anderen Worten: Wenn der Abk\u00fchl- und Erstarrungsprozess zu schnell ist, k\u00f6nnen sich die Molek\u00fclketten nicht richtig biegen, was sich direkt auf die Haftung des Teils am Druckbett sowie auf seine endg\u00fcltigen mechanischen Eigenschaften auswirkt.<\/p>\n

Wie bereits erw\u00e4hnt, hat PEKK einen geringeren Kristallisationsgrad als PEEK. Das bedeutet, dass es durch den Abk\u00fchlungsprozess weniger beeintr\u00e4chtigt wird, sobald das Teil 3D-gedruckt ist. In Bezug auf die Einfachheit des 3D-Drucks ist PEEK daher komplexer und technisch anspruchsvoller in der Anwendung, da es spezielle Kenntnisse erfordert, die es dem Benutzer erm\u00f6glichen, den Extrusionsprozess sowie die K\u00fchlschritte zu steuern. Bei der Technologie des selektiven Lasersinterns (SLS<\/a>) verh\u00e4lt sich das Polymer jedoch je nach Gr\u00f6\u00dfe der zu fertigenden Teile unterschiedlich.\u00a0Das bedeutet, dass Verformungen bei kleineren Modellen viel kleiner oder nicht vorhanden sind, aber je gr\u00f6\u00dfer das zu erstellende Teil ist, desto schwieriger wird es, die Druckparameter zu kontrollieren.<\/p>\n

Nachbearbeitung von PEEK und PEKK<\/h3>\n

Die Nachbearbeitung<\/a> von PEEK und PEKK ist nicht die einfachste Aufgabe. Bei FDM ist die Verwendung von St\u00fctzen zur Konstruktion komplexerer Teile fast unumg\u00e4nglich geworden. Allerdings gibt es nur sehr wenige St\u00fctzen, die mit diesen beiden Thermoplasten kompatibel sind: Die meisten L\u00f6sungen sind nicht hitzebest\u00e4ndig genug und k\u00f6nnen daher nicht verwendet werden.<\/p>\n

Einige Akteure haben jedoch 3D-St\u00fctzen speziell f\u00fcr diese Hochleistungsmaterialien entwickelt: Dies ist der Fall bei 3DGence und AquaSys<\/a>. Beachten Sie jedoch, dass sie immer noch teurer sind als herk\u00f6mmliche St\u00fctzen.<\/p>\n

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Die St\u00fctzen von 3DGence ist mit Hochleistungsmaterialien kompatibel. (Bildnachweis: 3DGence)<\/p><\/div>\n

Wenn Sie das SLS-Verfahren w\u00e4hlen, werden St\u00fctzen \u00fcberfl\u00fcssig. Bedenken Sie jedoch, dass Sie immer noch den Preis pro Kilo f\u00fcr das Pulver beachten m\u00fcssen. Dazu erhalten Sie nachstehend mehr Informationen.<\/p>\n

Bei den Nachbearbeitungsmethoden gibt es die M\u00f6glichkeit,\u00a03D-gedruckte Teile mit PEEK oder PEKK zu tempern, um die Verschmelzung der Schichten zu verbessern und dem fertigen Teil noch h\u00f6here mechanische Eigenschaften zu verleihen. Einige 3D-Drucker integrieren diesen Schritt direkt in ihre Maschine, wie es bei der miniFactory Ultra der Fall ist.<\/p>\n

Au\u00dferdem kann Ihr 3D-gedrucktes Teil mit PEEK mit Methoden wie Bohren oder Drehen bearbeitet werden. Sie k\u00f6nnen Ihre Teile bei Bedarf auch metallisieren.<\/p>\n

Anwendungen<\/h3>\n

Wenn es um den Einsatz von PEEK und PEKK geht, sind die Anwendungsbereiche \u00e4hnlich. Die Branchen, welche diese Hochleistungswerkstoffe am h\u00e4ufigsten einsetzen, sind die Luft- und Raumfahrt sowie die Automobilindustrie. Das liegt an den bereits erw\u00e4hnten fortschrittlichen Eigenschaften wie mechanische Best\u00e4ndigkeit und Hochdruckfestigkeit, Leichtigkeit, Steifigkeit und vieles mehr. Da die Materialien biokompatibel sind, werden sie h\u00e4ufig auch im medizinischen Bereich<\/a> eingesetzt. PEEK hat Eigenschaften, welche die Osseointegration erleichtern, d. h. die direkte, strukturelle und funktionelle Verbindung zwischen einem Knochen und der Oberfl\u00e4che eines Implantats unter funktioneller Belastung. Andererseits hat PEKK eine bessere Best\u00e4ndigkeit gegen chemische Fl\u00fcssigkeiten, weshalb es verst\u00e4rkt in der \u00d6l- und Gasindustrie eingesetzt werden kann.<\/p>\n

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PEKK wird verst\u00e4rkt in der \u00d6l- und Gasindustrie eingesetzt. (Bildnachweis: Kimya)<\/p><\/div>\n

Preise von PEEK und PEKK<\/h3>\n

Wie Sie sich vorstellen k\u00f6nnen, sind PEEK und PEKK aufgrund ihrer Eigenschaften und Merkmale teurere Materialien als die meisten Polymere auf dem Markt. Im Durchschnitt kostet eine 500-Gramm-Spule PEEK zwischen 300 \u20ac und 350 \u20ac, w\u00e4hrend die gleiche Menge PEKK zwischen 350 \u20ac und 400 \u20ac kostet. Wenn Sie eines dieser Hochleistungspolymere mit Kohlefasern<\/a> verst\u00e4rkt kaufen m\u00f6chten, ist der Preis nat\u00fcrlich h\u00f6her.<\/p>\n

F\u00fcr PEKK-Pulver k\u00f6nnen Sie mit einem Preis von etwa 500 \u20ac pro Kilo rechnen. Ein 3D-SLS-Druck kann also schnell teuer werden, vor allem wenn man bedenkt, dass der EOS P 800 aufgrund seiner Abmessungen etwa 100 Kilo Pulver ben\u00f6tigt. Selbst wenn etwa 50 % des nicht verwendeten Pulvers wiederverwertet werden k\u00f6nnte, sind SLS-Druckauftr\u00e4ge mit Hochleistungsmaterialien im Vergleich zu Nylon recht teuer. Sie m\u00fcssen also sicherstellen, dass die 3D-Datei mit den richtigen Druckparametern perfekt ist. Fehler k\u00f6nnen teuer werden!<\/p>\n

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Mit SLS 3D-gedruckte Teile aus PEKK (Bildnachweis: Arkema)<\/p><\/div>\n

Hersteller<\/h3>\n

Wie oben erl\u00e4utert, sind PEEK und PEKK haupts\u00e4chlich als Filamente erh\u00e4ltlich, aber es gibt auch Pulver zum Sintern. Wenn wir mit PEEK beginnen, sind die wichtigsten Hersteller des Materials Chemiker wie Victrex, Evonik oder Solvay. Die meisten von ihnen haben ein eigenes Filamentsortiment entwickelt. Victrex bietet beispielsweise sein Low Melt PAEK (LMPAEK) Sortiment an und arbeitet mit Maschinenherstellern wie Intamsys und 3DGence zusammen. Evonik hingegen hat sein VESTAKEEP\u00ae Sortiment f\u00fcr den 3D-Druck von Implantaten entwickelt.<\/p>\n

Neben den Chemikern gibt es mehrere 3D-Druckmaterialhersteller, die PEEK anbieten: 3DXTECH, 3D4Makers, W2 Polymer und OPM. Auch Maschinenhersteller engagieren sich, wie z. B. Zortrax mit seinem Z-PEEK.<\/p>\n

F\u00fcr PEKK ist das franz\u00f6sische Chemieunternehmen Arkema nach wie vor der gr\u00f6\u00dfte Hersteller, ob in Pulver- oder Granulatform. Das PEKK Kepstan\u00ae-Sortiment erf\u00fcllt die Anforderungen vieler Hersteller. Die Firma Lehvoss bietet ihr LUVOCOM 3F PEKK 50082 NT auch in granulierter Form an. Schlie\u00dflich bietet Oxford Performance Materials ein PEKK-Pulver an, das insbesondere f\u00fcr den medizinischen Bereich gedacht ist. Was die Hersteller von PEKK-Filamenten betrifft, k\u00f6nnen wir die franz\u00f6sische Marke Kimya, das niederl\u00e4ndische Unternehmen 3D4Makers, das amerikanische 3DXTECH oder das franz\u00f6sische Nanovia nennen.<\/p>\n

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W\u00fcrden Sie sich f\u00fcr PEEK oder PEKK entscheiden? Lassen Sie uns dazu gerne einen Kommentar da oder teilen Sie uns Ihre Meinung auf Facebook<\/a>,\u00a0Twitter<\/a>,\u00a0LinkedIN<\/a> oder\u00a0Xing<\/a> mit. 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 w\u00f6chentlichen Newsletter<\/a>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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