Der 3D-Druck mit ULTEM-Material ist ein schnell wachsender Markt, da 3D-Druck es ermöglicht, Teile schneller, günstiger und flexibler als traditionelle Fertigungsmethoden herzustellen. Ultem 3D-Druck erfordert jedoch hochmoderne 3D-Druck-Hardware. Die miniFactory Industrial 3D-Drucker wurden für hochleistungsfähige Polymere wie ULTEM 3D-Druck entwickelt, und jedes Detail wurde sorgfältig durchdacht, um die besten Ergebnisse zu erzielen.
PEI (Polyetherimid) ist ein amorpher Hochleistungspolymer, das besser unter seinem Handelsnamen ULTEM® bekannt ist. Es gibt zwei bekannte Versionen des Materials, die als 3D-Druckmaterial verfügbar sind: ULTEM AM9085F und ULTEM AM1010F (PEI9085 und PEI1010). Beide Materialien können aufgrund ihrer hohen Verarbeitungstemperaturen nur mit FFF-Technologie 3D-gedruckt werden.
ULTEM9085 eignet sich besonders gut für den Einsatz in Flugzeugen, Zügen, Schiffen und anderen Fahrzeugen, die zugelassene oder zertifizierte Materialien mit Flammschutz und guter mechanischer Festigkeit erfordern. Dieses Material kann beispielsweise in Lüftungssystemen, Riegeln, Gehäusen und Kabelkanälen verwendet werden. Es bietet eine hohe Temperaturbeständigkeit und hält einer konstanten Temperatur von 170°C stand. Zudem zeichnet es sich durch eine gute Schlagfestigkeit aus und bietet dank seines ausgezeichneten Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses eine gute Alternative zu Metallteilen.
ULTEM1010 verfügt über außergewöhnliche Festigkeit und Steifigkeit bei langfristiger Hitzebelastung. Das Material hält einer konstanten Temperatur von 210°C stand, weist eine ausgezeichnete hydrolytische Stabilität auf und eignet sich gut für wiederholte Dampfd sterilisation. Dies macht das Material äußerst vielseitig und es gehört zu den am häufigsten verwendeten Ultrapolymeren im Auftrag unserer Kunden. ULTEM1010 bietet eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Chemikalien.
Bis jetzt wurden ULTEM-Teile durch Spritzgießen oder Bearbeitung hergestellt. Jetzt ermöglicht der 3D-Druck jedoch eine breitere Materialanwendung. Der 3D-Druck ist bekannt dafür, in Bereichen herausragende Leistungen zu erbringen, in denen traditionelle Fertigungsmethoden in Bezug auf Kosten und Produktionsvolumen Herausforderungen gegenüberstehen. Mit dem 3D-Druck muss die miniFactory Ultra-Technologie nicht mehr auf vorrätige Formen angewiesen sein, sondern kann größere Teile ohne Materialverschwendung und zu deutlich geringeren Kosten als zuvor produzieren.
Die Herausforderung beim Maschinenbau ist der Materialabfall. Darüber hinaus ist für jedes herzustellende Teil ein unabhängiges Bearbeitungszentrum und eine Software erforderlich. Das Spritzgießen ist eine gute Lösung bei großen Produktionsmengen. Das Spritzgießen von ULTEM-Polymeren unterscheidet sich jedoch vom Spritzgießen vieler Industrie-Kunststoffe, da die Formen auf bis zu 175°C erhitzt werden müssen. Das 3D-Druckgerät miniFactory Ultra kann 1 oder 100 Teile zu denselben Kosten pro Teil herstellen. Jedes Teil kann auch unterschiedlich sein, und die Vorbereitung einer CAD-Datei für den 3D-Druck dauert nicht länger als fünf Minuten. Daher ist der 3D-Druck eine äußerst flexible und schnelle Fertigungsmethode, bei der Designfreiheit und Massenanpassung die besten Werkzeuge des Designers sind.
Die Kostenstruktur eines 3D-gedruckten Teils unterscheidet sich erheblich von denen, die durch traditionelle Fertigungsmethoden hergestellt werden. Unabhängig von der verwendeten Methode zur Herstellung des ULTEM-Teils muss das Teil zunächst mit CAD-Software entworfen werden. Das Druckprogramm, das von miniFactory Ultra verwendet wird, nutzt eine STL-Datei, um ein Programm für das Teil zu erstellen, das an einen 3D-Drucker übertragen wird. Vom Moment des Einschaltens des 3D-Druckers bis zum Beginn des Druckens vergehen etwa 30 Minuten, wobei der Druckvorgang selbst etwa 10 Minuten dauert, um von dem Bediener abgeschlossen zu werden. Beim 3D-Druck werden Teile durch das Hinzufügen von Material hergestellt, sodass Materialverschwendung kein Problem darstellt. Dies bedeutet, dass die Materialkosten nur vom Gewicht des Teils abhängen und seine Abmessungen oder Komplexität keine Auswirkung auf die Kosten haben.
Nach der Investition in einen miniFactory Ultra 3D-Drucker können Teile unter nur den Materialkosten hergestellt werden. Der Stromverbrauch beispielsweise wird zu keinem signifikanten Kostenfaktor. Um die Produktion weiter zu optimieren, kann ein einzelner Operator mehrere Ultra 3D-Drucker verwalten.
Der 3D-Druck von ULTEM-Materialien erfordert ein FFF-Technologiegerät, das für den 3D-Druck von Ultrapolymeren ausgelegt ist. miniFactory Ultra ist für den 3D-Druck von Spezialkunststoffen optimiert, und unsere Technologie bietet eine technische Lösung, die sehr hohe Verarbeitungstemperaturen, das Vor-Trocknen von Materialien und die Materialpflege ermöglicht. Darüber hinaus sorgt die AARNI-Qualitätssicherungssoftware, die wir entwickelt haben, für die Einheitlichkeit der Teile und erstellt Fertigungsdokumente für 3D-gedruckte ULTEM-Teile.
ULTEM-Materialien haben eine extrem hohe Glasübergangstemperatur von bis zu 217°C (zum Vergleich: ABS hat eine Glasübergangstemperatur von 85°C). Für den 3D-Druck von amorphen Materialien wie ULTEM ist es entscheidend, die Temperatur der Druckkammer während des Drucks nahe dem Glasübergangspunkt des Materials zu halten. Nur so kann sichergestellt werden, dass die Teile maßgenau und mechanisch stabil sind, ohne innere Spannungen. Der miniFactory Ultra 3D-Drucker wurde für Hochleistungspolymer wie ULTEM entwickelt, die hohe Verarbeitungstemperaturen erfordern. Wird das Material in einer Druckkammer gedruckt, die deutlich kühler als Tg (Glasübergangstemperatur) ist, kühlt das zu druckende Teil ungleichmäßig ab. Dies führt zu hohen mechanischen Spannungen, Verformungen und im schlimmsten Fall zu Rissen im Teil. Mit dem Ultra 3D-Drucker können Sie ULTEM-Teile in einem optimierten Prozess drucken, bei dem die hohe Temperatur der Kammer hochqualitative Teile gewährleistet.
Zum Beispiel liegt die Glasübergangstemperatur von ULTEM1010 bei etwa 217°C, sodass die optimale Temperatur in der Druckkammer während des Druckens bei etwa 215°C liegt. Fällt die Temperatur unter 210°C, wird das Teil aufgrund der ungleichmäßigen Kühlung deutlichem Stress ausgesetzt.
Die Glasübergangstemperatur von ULTEM9085 liegt bei etwa 185°C, was bedeutet, dass die optimale Temperatur in der Druckkammer bei etwa 180°C liegt. Das bedeutet, dass eine gleichmäßige und ausreichend hohe Temperatur in der Druckkammer bei weitem der wichtigste einzelne Faktor im 3D-Druck von Hochleistungspolymeren ist, wenn es um die Herstellung von Qualitätsbauteilen geht. Wenn der Druckprozess selbst abgeschlossen ist, wird die Kammer langsam und gleichmäßig abgekühlt, sodass das Teil ebenfalls langsam abkühlt und keine zusätzlichen Spannungen erleidet.
Die Temperatur der Baustruktur ist für das Prozessresultat nicht kritisch. In Geräten, deren Druckkammer nicht auf die Glasübergangstemperatur des Materials erhitzt werden kann, dient die Druckplattform nur dazu, das Teil auf der Plattform zu halten und das Material mit Hilfe verschiedener Klebstoffe vor Verzug und Verformung zu bewahren. Während diese Methode in einigen Fällen (kleine Teile) gut aussehende Teile produzieren kann, kann sie interne Spannungen im Material nicht verhindern, was die Eigenschaften erheblich beeinträchtigen kann. Der miniFactory Ultra verfügt auch über eine beheizte Baustruktur, die bis zu 250°C erhitzt werden kann. Dies verbessert die Vorwärmung des Geräts und hilft, eine homogene Temperatur in der Kammer zu halten.
Die optimale Düsentemperatur für ULTEM-Materialien liegt je nach 3D-Druckgerät und der Art und Weise, wie die Endtemperatur der Düse jedes Geräts gemessen wird, bei 360-385°C. Angesichts des weiten Verarbeitungsbereichs von Thermoplasten ist die Drucktemperatur nicht so kritisch wie die Temperatur der Druckkammer. Mit zunehmender Druckgeschwindigkeit muss auch die Düsentemperatur erhöht werden, um eine ausreichende Schmelzleistung zu gewährleisten. Die Düsen des miniFactory Ultra können bis zu 480°C erhitzt werden, sodass der 3D-Druck von ULTEM-Material mühelos erfolgt.
Wie die meisten Polymere sind ULTEM-Materialien empfindlich gegenüber Feuchtigkeitsaufnahme, was die Druckqualität beeinträchtigt. Es ist äußerst wichtig, dass Materialien gemäß den Anweisungen vorgetrocknet werden. Noch wichtiger ist jedoch, dass das Material auch während des Druckprozesses trocken gehalten wird. Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von über 50% sammelt das perfekt vorgetrocknete Material innerhalb weniger Stunden so viel Feuchtigkeit, dass die Druckqualität abnimmt. Der miniFactory Ultra 3D-Drucker verfügt über eine beheizte Filamentkammer, die das Material für eine optimale Verwendung vorab trocknet und während des Druckens Feuchtigkeit vom Material fernhält. Diese Funktion ermöglicht es, immer in gleicher hoher Qualität zu drucken und Feuchtigkeitsprobleme zu vermeiden.
Dank des optimalen Druckprozesses des miniFactory Ultra ist keine spezielle Nachbearbeitung erforderlich, und das Teil ist unmittelbar nach dem Drucken einsatzbereit. Dies wird durch die optimale Drucktemperatur der Kammer während des Prozesses und das langsame und gleichmäßige Abkühlen danach ermöglicht. Bei einem Ultra 3D-Drucker geschieht dies automatisch, d.h. es ist keine Benutzerintervention erforderlich. Bei suboptimalen Prozessen können Fehler im Prozess nicht durch Annelierung oder andere Nachbearbeitung korrigiert werden.
Wenn das Teil Stützstrukturen aufweist, die mit Stützmaterial für Ultem gedruckt wurden, können diese nach dem Abkühlen vom Teil entfernt werden. Stützmaterialien für Hochleistungspolymer werden fast immer als sogenannte abbruchbare Stützmaterialien verwendet, das heißt, sie müssen immer mit den bereitgestellten Werkzeugen von Hand entfernt werden. Beim Entfernen des Stützmaterials muss jedoch Vorsicht walten und die richtige Schutzausrüstung verwendet werden, um die Sicherheit zu gewährleisten. Es sind auch einige wasserlösliche Stützmaterialien verfügbar geworden.
Diese Materialien funktionieren gut in einer Druckkammer unter 150°C. Das bedeutet, dass wenn ein wasserlösliches Stützmaterial zusammen mit ULTEM verwendet wird, das Teil möglicherweise nicht bei der optimalen Temperatur gedruckt wird, was wiederum die oben genannten Schwächen im Teil selbst verursacht.
Die miniFactory Industrial 3D-Drucker verfügen über zwei Düsen. Dies ermöglicht es dem Gerät, selbst komplexe ULTEM-Teile mit abbruchbarem Stützmaterial zu drucken, das relativ einfach zu entfernen ist, während die optimalen mechanischen Eigenschaften des Teils gewährleistet bleiben.
ULTEM 3D-gedruckte Teile sind für viele Anwendungen geeignet. Wenn Teile für Endanwendungen vorgesehen sind, müssen die Hersteller einen optimalen Druckprozess sicherstellen und Fertigungsfehler vermeiden. Wenn ein 3D-gedrucktes Teil in der Hand gehalten wird, kann niemand sagen, wie das Teil gedruckt wurde, ob die Druckkammer die optimale Temperatur erreicht hat oder deutlich unterhalb der Glasübergangstemperatur lag. Der beste Weg, dies sicherzustellen, ist, einen Qualitätskontrollbericht für das gedruckte Teil anzufordern, der alle Informationen über den Fertigungsprozess des Teils enthält.
Dies erhöht das Vertrauen in 3D-gedruckte Teile und ermöglicht es Unternehmen, das „Master-Sample“-Denken in der Ersatzteilproduktion zu nutzen. miniFactory AARNI ist ein innovatives Prozessüberwachungstool, das mit dem miniFactory Ultra 3D-Drucker arbeitet. Mit AARNI erhalten Sie alle Informationen visuell für jeden Druck und stellen gleichzeitig die Qualität der gedruckten ULTEM-Teile kontinuierlich sicher.
ULTEM ist eine eingetragene Marke von SABIC GLOBAL TECHNOLOGIES BV
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