Elastomere haben als 3D-Druckmaterial insbesondere in den letzten Jahren große Marktanteile gewonnen. Ein Grund dafür sind sicherlich die Möglichkeiten für die Individualisierung von Produkten mit elastischen und flexiblen Eigenschaften – wie zum Beispiel Schuhsohlen.
So gibt es heute die Möglichkeit, eine Schuhsohle oder Einlage perfekt an das Lauf- und Belastungsprofil eines Menschen anzupassen. Laufkomfort, Leistungssteigerungen und das Wissen, im Besitz einer wahrlich einzigartigen Schuhsohle zu sein, sind die Resultate.
Als Materialien kommen dafür die thermoplastischen Elastomere (TPEs) in Frage: eine Kunststoffart, die sich unter Wärmezufuhr verformen lässt und ihre neue Form nach dem Abkühlen beibehält. Dieser Prozess lässt sich außerdem wiederholen, ohne dass das Material Eigenschaftsverluste einbüßt. TPEs existieren neben den TPUs im 3D-Druck, einer anderen Art von Kunststoff mit vergleichbaren Eigenschaften.
Doch in diesem Beitrag geht es um thermoplastische Elastomere für den 3D-Druck. Genauer gesagt, um PEBA (Polyetherblockamid), ein Hochleistungs-TPE mit einem Eigenschaftsprofil, das sich exzellent mit dem 3D-Druck vereinbaren lässt.
Was sind Elastomere und was ist PEBA (Polyetherblockamid)?
Als Elastomere werden jene Kunststoffe bezeichnet, die zwar formfest, aber dennoch elastisch und damit verformbar sind. Sind sie bspw. einer Kraft wie Druck ausgesetzt, absorbieren Elastomere die Energie und verformen sich, finden aber in ihre Urform zurück, sobald der Druck nachlässt. Auf molekularer Ebene bestehen Elastomere aus einer Vielzahl verknäulter Polymerketten, die sich unter dem Einwirken einer mechanischen Kraft in Richtung dieser Kraft ausdehnen. Dadurch streckt bzw. dehnt sich das Material. Hört die Kraft auf zu wirken, nehmen die Polymerketten wieder ihre ursprüngliche verknäulte Form an.
Für den 3D-Druck sind insbesondere die thermoplastischen Elastomere interessant. Zu ihnen gehört auch der Werkstoff Polyetherblockamid (PEBA). Dabei handelt es sich um einen von Evonik entwickelten Kunststoff, der sich aufgrund seiner hohen Elastizität und Festigkeit sehr gut für den pulverbasierten 3D-Druck eignet.
Wieso eignet sich das Elastomer PEBA als Material für den 3D-Druck?
Die Eigenschaften von PEBA machen es, genau wie bei TPU, interessant, für den 3D-Druck. Es weist eine hohe Elastizität und Festigkeit auf und zeigt auch in 3D-gedruckter Form hervorragende Chemikalienbeständigkeit. Da es sich um ein weißes Pulver handelt, lässt es sich problemlos mit pulverbasierten Technologien verarbeiten. 3D-Druck mit PEBA ist mit dem Selektiven Lasersintering, mit dem sich sehr präzise und stabile Bauteile herstellen lassen, und dem High-Speed-Sintering-Verfahren, das sich ebenfalls durch eine hohe Präzision und hohe Produktivität auszeichnet, möglich. Mehr zu den 3D-Druckern für PEBA finden Sie unten.
Workshop: Poylmer 3D-Druck
In diesem Workshop werden wir unsere HSS-Technologie im Detail vorstellen: Von der Open-Source-Konzeption bis hin zu Skalierungs- und Produktionsmöglichkeiten.
Für welche 3D-Druckanwendungen wird PEBA eingesetzt?
Von der Sportindustrie über die Medizintechnik bis hin zur Automobilindustrie – in all diesen Branchen findet PEBA Verwendung. In der Sportindustrie lassen sich mittels PEBA im 3D-Druck vor allem Schuhsohlen, Mittelsohlen und Einlagen produzieren. Die geometrische Freiheit des 3D-Drucks gewährt ein gänzlich freies Konstruieren. Das heißt, dass sich die Sohlen mittels Topologieoptimierung und Lattice-Strukturen materialsparend und funktionsoptimiert an ein individuelles Fußprofil anpassen lassen. Weitere positive Eigenschaften von PEBA sind in diesem Zusammenhang seine Dauerbelastungsbeständigkeit und die Tatsache, dass PEBA ein sehr breites Temperaturfenster von -40° bis 90° C aufweist, in denen es keine Materialeigenschaften einbüßt.
In der Automobilindustrie wird PEBA als 3D-Druck-TPE vor allem für Dichtungen oder Druckschläuche verwendet. Auch hier kommt ihm seine Beständigkeit gegenüber Chemikalien und seine gute Schlagzähigkeit zugute. Die Medizintechnik profitiert ebenfalls insbesondere von der chemischen Beständigkeit von PEBA und wird für präzise Geometrien zum Verbinden von Steckverbindungen wie zum Beispiel in Kanülen eingesetzt.
Welche 3D-Drucker können Elastomere wie PEBA verarbeiten?
Die dominierenden 3D-Drucker, die PEBA-TPEs als 3D-Druckmaterial verarbeiten, basieren auf der Technologie. Beim SLS-3D-Druckverfahren wird das Pulver Schicht für Schicht mit einem Laser versintert, während beim HSS-3D-Druckverfahren das Pulver selektiv mit einer Tinte eingefärbt und anschließend mit Infrarot-Energie zum Schmelzpunkt gebracht wird. Das SLS-Verfahren zeichnet sich durch sehr hohe Präzision und mechanische Stabilität aus, während das HSS ebenfalls sehr präzise und dank Druckkopftechnologie sehr viel produktiver arbeitet.
Wie sich andere Materialien im 3D-Druck verhalten, können Sie hier nachlesen:
PA12 im 3D-Druck
PA12 ist das Allround-Talent des Polymer-3D-Drucks. Als eines der ersten Kunststoffmaterialien für die additive Fertigung kann es mit beinahe jeder 3D-Drucktechnologie verarbeitet werden
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PP ist einer der am häufigsten verarbeiteten Kunststoffe weltweit. Mit herausragenden Materialeigenschaften bietet dieser Kunststoff großes Potenzial für die additive Fertigung.
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