Geht es um die additive Fertigung flexibler Bauteile, liegt der 3D-Druck mit TPU meist nur eine Schicht weit entfernt. Doch was genau hat es mit dem Material eigentlich auf sich und was gehört dazu, wenn man TPU drucken möchte?
Verschaffen Sie sich hier einen Überblick darüber, wie sich TPU von anderen flexiblen Materialien für den 3D-Druck unterscheidet, mit welchen Technologien sich TPU drucken lässt und für welche Anwendungen es am besten geeignet ist.
Was ist TPU?
Thermoplastisches Polyurethan (TPU) gehört zur Werkstoffklasse der Thermoplastischen Elastomere (TPE). Angehörige dieser Materialfamilie zeichnen sich dadurch aus, dass sie die Eigenschaften von Thermoplasten und Elastomeren vereinen. Was heißt das genau? Als Thermoplaste werden Kunststoffe bezeichnet, die sich bei der Zufuhr von Wärme verformen lassen.
Elastomere hingegen sind Kunststoffe, die formfest, aber elastisch sind. Das bedeutet, dass sich diese Kunststoffe unter Zug- oder Druckbelastung zwar verformen, aber wieder zu ihrer ursprünglichen Gestalt zurückkehren, sobald die Belastung endet. Bei TPU handelt es sich somit um einen Kunststoff, der sich unter dem Einfluss von Wärme – wie bspw. beim 3D-Drucken – verformt, sich nach dem Aushärten aber wie ein Elastomer verhält. Je nach Herstellungszweck kann TPU also flexible oder auch stabilere Materialeigenschaften aufweisen.
Wieso eignet sich Thermoplastisches Polyurethan (TPU) für den 3D-Druck?
TPU zu drucken, lohnt sich insbesondere aufgrund der Anwendungsgebiete – vor allem dann, wenn noch ein paar weitere Vorteile des 3D-Drucks hinzukommen. Zunächst werfen wir aber noch einen genaueren Blick auf die Materialeigenschaften von TPU.
Thermoplastisches Polyurethan ist nicht nur sehr flexibel, sondern auch chemisch beständig, widerstandsfähig gegenüber Verschleiß und Abrieb, und es verfügt noch dazu über eine hohe Adhäsion. Mit diesen Eigenschaften qualifiziert sich TPU für eine Vielzahl industrieübergreifender Einsatzzwecke. Auch die Flexibilität von TPU kann von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich ausfallen. Es gibt härtere und weichere TPU. Entscheidend ist die chemische Zusammensetzung des Materials, oder, genauer gesagt, die Verteilung der Hart- und Weichsegmente. Während die ersteren, harten Segmente insbesondere den Schmelzpunkt und das Erstarrungsverhalten des Materials beeinflussen, bestimmen die Weichsegmente die chemischen Eigenschaften wie die oben genannte Widerstandsfähigkeit, Beständigkeit etc.
Dazu kommen die Vorteile, die der 3D-Druck allgemein zu bieten hat: Kosteneffizienz für Prototypen und kleinere Losgrößen, Wegfall von Werkzeugen, ressourcenschonender Materialverbrauch und die Optionen zur Leichtbauoptimierung.
Eignet sich TPU nur für bestimmte 3D-Drucker?
Die Antwort lautet: Jein. Sicherlich sind einige 3D-Drucker auf dem Markt, die nicht dazu in der Lage sind, TPU zu drucken. Für die gängigen und etablierten 3D-Druckverfahren – die Stereolithografie, das Selektive Lasersintering, das Fused Deposition Modeling und das Binder Jetting – gibt es jedoch geeignete Harze, Filamente und Pulver, mit denen sich TPU via 3D-Drucker verarbeiten lässt. Eine Form des Binder Jettings von TPU ist bspw. das High Speed Sintering.
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Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren erfolgt das Polymer Sintering nicht über komplexe Lasertechnologie, sondern pixelgenau über wärmereaktive Binder.
Welche Produkte lassen sich mit TPU in 3D drucken?
In der Konsumgüterbranche wird TPU im 3D-Druck insbesondere bei der Herstellung von Schuhen eingesetzt. Mit dem flexiblen Material lassen sich bspw. Mittelsohlen, Einlagen oder ganze Schuhe am Stück drucken. Durch den schichtweisen Aufbau lässt sich eine Sohle auch individualisieren, das heißt, an individuelle Belastungsprofile anpassen. Mittels Topologieoptimierung kann eine solche Sohle auch mit Gitterstrukturen und bionischen Elementen versehen werden, um dazu noch den Materialverbrauch zu reduzieren und Gewicht einzusparen.
Wie sich andere Materialien im 3D-Druck verhalten, können Sie hier nachlesen:
PP im 3D-Druck
PP ist einer der am häufigsten verarbeiteten Kunststoffe weltweit. Mit herausragenden Materialeigenschaften bietet dieser Kunststoff großes Potenzial für die additive Fertigung.
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
PEBA im 3D-Druck
Als 3D-Druckmaterial fliegt PEBA noch etwas unter dem Radar, doch das könnte sich bald ändern, denn Anwendungen für das flexible und chemisch resistente Material gibt es viele.
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