EINFÜHRUNG IN PEEK 3D-DRUCK MIT MINIFACTORY

Der 3D-Druck von ULTEM-Material ist ein schnell wachsender Markt, da Teile mit dem 3D-Druck im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsmethoden schneller, kostengünstiger und flexibler hergestellt werden können. Der Ultem 3D-Druck erfordert jedoch modernste 3D-Druckhardware. Der miniFactory Ultra 3D-Drucker wurde für Hochleistungspolymere wie den ULTEM 3D-Druck entwickelt und jedes Detail für beste Ergebnisse sorgfältig durchdacht.

Auf dieser Seite:

  • Was ist ULTEM
  • Warum 3D-Druck ULTEM
  • So drucken Sie ULTEM
  • Kompatibler miniFactory 3D-Drucker
  • Broschüren herunterladen

Was ist ULTEM (oder PEI)

PEI (Polyetherimid) ist ein amorphes Hochleistungspolymer, besser bekannt unter dem Handelsnamen ULTEM®. Als 3D-Druckmaterial stehen zwei bekannte Versionen des Materials zur Verfügung: ULTEM AM9085F und ULTEM AM1010F (PEI9085 und PEI1010). Beide Materialien können aufgrund ihrer hohen Verarbeitungstemperaturen nur mit der FFF-Technologie in 3D gedruckt werden.

Allgemeine Materialeigenschaften

PEI (Polyetherimid) ist ein amorphes Hochleistungspolymer, besser bekannt unter dem Handelsnamen ULTEM®. Als 3D-Druckmaterial stehen zwei bekannte Versionen des Materials zur Verfügung: ULTEM AM9085F und ULTEM AM1010F (PEI9085 und PEI1010). Beide Materialien können aufgrund ihrer hohen Verarbeitungstemperaturen nur mit der FFF-Technologie in 3D gedruckt werden.

Anwendungen von ULTEM9085

ULTEM9085 ist besonders geeignet für den Einsatz in Flugzeugen, Zügen, Schiffen und anderen Fahrzeugen, die zugelassene oder zertifizierte Materialien mit Brandschutz und hoher mechanischer Beständigkeit 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. Darüber hinaus zeichnet es sich durch eine gute Schlagzähigkeit aus und bietet dank seines hervorragenden Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses eine gute Alternative zu Metallteilen.

  • FST-Zulassung - ULTEM9085-Harz ist FAA-zugelassen für FST-Anwendungen (Flamme/Rauch/Toxizität) und erfüllt die Standards FAR 25.853 und OSU 65/65. Es zeichnet sich durch hohe Flammwidrigkeit, geringe Rauchentwicklung und geringe Toxizität aus. Dieser Test bedeutet, dass das Material keine giftigen Gase freisetzt, wenn es einer Flamme ausgesetzt wird.
  • Die Bahnnorm EN45545 - ULTEM9085 verfügt über die Zertifizierung zum Brandschutz von Schienenfahrzeugen (EN45545-2), die den Einsatz des Materials in der Eisenbahnindustrie vom ersten Prototyp bis zur bedarfsgerechten Ersatzteilproduktion und allem dazwischen ermöglicht.
  • Festigkeits-Gewichts-Verhältnis – ULTEM9085 ist aufgrund seines hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses ideal für Luft- und Raumfahrt-, Schiffs- und Landfahrzeuge.

Anwendungen von ULTEM1010

ULTEM1010 has exceptional strength and rigidity under long-term heat exposure. The material withstands a constant temperature of 210°C , has excellent hydrolytic stability, and is well suited for repeated steam sterilisation. This makes the material extremely versatile and is one of the most widely used ultrapolymers on behalf of our customers. ULTEM1010 features high resistance against chemicals.

  • Hitzebeständigkeit bis 220°C - Das Material ULTEM1010 zeichnet sich durch eine hervorragende Temperaturbeständigkeit aus und kann bei Temperaturen bis 220°C verwendet werden. Das Material eignet sich zur Herstellung verschiedener Werkzeuge, Abdeckungen und anderer Fertigungshilfsmittel, die eine hohe Temperaturbeständigkeit erfordern. Es wird auch häufig in Kleinserien-Layup- und Reparaturwerkzeugen für Verbundwerkstoffe verwendet.

FDA-zugelassen - ULTEM 1010 eignet sich hervorragend für Anwendungen in der Lebensmittelindustrie und verschiedenen Werkzeugindustrien. Das Material verfügt über die Lebensmittelkontakt-Zertifizierung EU 10/2011, FDA 21 CFR, sodass Produktionswerkzeuge hergestellt werden können, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen.

Elektrische Isolationseigenschaften – ULTEM1010 bietet stabile elektrische Eigenschaften über einen weiten Frequenzbereich und eine sehr hohe Spannungsfestigkeit. Das Material kann dank seiner hervorragenden elektrischen Isolierung zur Herstellung verschiedener Isolierteile verwendet werden. Dieses leichte, stark elektrisch isolierende und flammhemmende Material ist eine perfekte und vielseitige Wahl für Elektrofahrzeuge.

Warum 3D-Druck ULTEM

Bisher wurden ULTEM-Teile durch Spritzgießen oder spanende Bearbeitung hergestellt. Jetzt ermöglicht der 3D-Druck jedoch breitere Materialanwendungen. ULTEM 3D-Druck ist dafür bekannt, dass er sich in Bereichen auszeichnet, in denen traditionelle Herstellungsverfahren in Bezug auf Kosten und Produktionsvolumen vor Herausforderungen stehen. Mit dem 3D-Druck muss die Teilefertigung nicht mehr von Halbzeugen abhängig sein, sondern kann größere Teile ohne Materialverschwendung und zu deutlich geringeren Kosten als bisher herstellen.

Bearbeitung vs. Formen vs. 3D-Druck

Die Herstellung durch Zerspanung benötigt viel mehr Material und erzeugt viel Abfall. Darüber hinaus werden für jedes zu fertigende Teil ein unabhängiges Bearbeitungszentrum und eine eigenständige Software benötigt. Spritzgießen ist eine gute Lösung, wenn es um große Produktionsserien geht. Das Spritzgießen von ULTEM-Polymeren unterscheidet sich jedoch vom Spritzgießen vieler industrieller Kunststoffe dadurch, dass die Formen auf bis zu 175°C erhitzt werden müssen. Der 3D-Drucker miniFactory Ultra kann 1 oder 100 Teile zu den gleichen Kosten pro Teil herstellen. Jedes Teil kann auch anders sein und die Vorbereitung einer CAD-Datei für den 3D-Druck dauert nicht länger als fünf Minuten. Folglich ist der 3D-Druck eine äußerst flexible und schnelle Herstellungsmethode, bei der Designfreiheit und Massenanpassung die besten Werkzeuge des Designers sind.

Kostenstruktur des 3D-gedruckten ULTEM-Teils

Die Kostenstruktur eines 3D-gedruckten Teils unterscheidet sich erheblich von denen, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren hergestellt werden. Unabhängig von der Methode zur Herstellung des ULTEM-Teils muss das Teil zunächst mit einer CAD-Software konstruiert werden. Das von miniFactory Ultra verwendete Druckprogramm verwendet eine STL-Datei, um ein Programm für das Teil zu erstellen, das an einen 3D-Drucker übertragen wird. Es dauert etwa 30 Minuten vom Einschalten des 3D-Druckers bis zum Druckstart, was etwa 10 Minuten dauert, bis der Bediener fertig ist. Beim 3D-Druck werden Teile durch Hinzufügen von Material hergestellt, sodass Materialverschwendung kein Thema ist. Das bedeutet, dass Materialkosten allein durch das Gewicht des Teils entstehen und dessen Abmessungen oder Komplexität keinen Einfluss auf die Kosten haben.

Nach der Investition in einen miniFactory Ultra 3D-Drucker können Teile nur mit Materialkosten hergestellt werden. So wird beispielsweise der Stromverbrauch nicht zu einem wesentlichen Aufwandsposten. Um die Produktion weiter zu rationalisieren, kann ein einzelner Bediener mehrere Ultra-3D-Drucker Bedienen.

So drucken Sie ULTEM

Der 3D-Druck von ULTEM-Materialien erfordert ein Gerät mit FFF-Technologie, das für den 3D-Druck von Ultrapolymeren entwickelt wurde. miniFactory Ultra ist für den 3D-Druck von Spezialkunststoffen optimiert und bietet mit unserer Technologie eine technische Lösung, die sehr hohe Verarbeitungstemperaturen, Materialvortrocknung und Materialpflege ermöglicht. Darüber hinaus stellt die von uns entwickelte AARNI-Qualitätskontrollsoftware die Gleichheit der Teile sicher und erstellt Fertigungsdokumente für 3D-gedruckte ULTEM-Teile.

Warum eine Heizkammer erforderlich ist

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 wichtig, die Temperatur der Druckkammer während des Druckens nahe am Glasübergangspunkt des Materials zu halten. Nur so sind maßhaltige und mechanisch belastbare Teile ohne Eigenspannungen gewährleistet. Der miniFactory Ultra 3D-Drucker wurde für Hochleistungspolymere wie ULTEM entwickelt, die hohe Verarbeitungstemperaturen erfordern. Wird das Material in einer Druckkammer bedruckt, die deutlich kühler als Tg (Glasübergangstemperatur) ist, kühlt das zu bedruckende Teil ungleichmäßig ab. Dies wiederum führt zu hoher mechanischer Belastung, Verformung und im schlimmsten Fall zum Bruch des Bauteils. Mit dem Ultra 3D-Drucker können Sie ULTEM-Teile in einem optimierten Prozess drucken, wobei die hohe Temperatur der Kammer für qualitativ hochwertige Teile sorgt.

Zum Beispiel beträgt die Glasübergangstemperatur von ULTEM1010 ungefähr 217 °C, sodass die optimale Temperatur in der Druckkammer während des Druckens ungefähr 215 °C beträgt. Sinkt die Temperatur unter 210 Grad, wird das Teil durch ungleichmäßige Abkühlung deutlich belastet.

Der Glasübergang von ULTEM9085 beträgt ca. 185°C, was bedeutet, dass die optimale Temperatur in der Druckkammer ca. 180°C beträgt. Dies bedeutet, dass eine gleichmäßige und ausreichend hohe Temperatur in der Druckkammer der mit Abstand wichtigste Einzelfaktor beim 3D-Druck von Hochleistungspolymeren ist, wenn es um Qualitätsteile geht. Wenn der Druckvorgang selbst abgeschlossen ist, wird die Kammer langsam und gleichmäßig abgekühlt, sodass das Teil auch langsam abkühlt und keiner zusätzlichen Belastung ausgesetzt ist.

Die Temperatur der Bauplattform ist für das Prozessergebnis nicht kritisch. Bei Geräten, deren Druckkammer nicht auf die Glasübergangstemperatur des Materials erhitzt werden kann, dient die Druckplattform lediglich dazu, das Teil auf der Plattform zu halten und mit Hilfe verschiedener Klebstoffe ein Verziehen und Verformen des Materials zu verhindern. Mit diesem Verfahren lassen sich zwar in einigen Fällen optisch ansprechende Teile (Kleinteile) herstellen, jedoch können innere Spannungen im Material nicht verhindert werden, was dessen Eigenschaften erheblich beeinträchtigen kann. Die miniFactory Ultra verfügt außerdem über eine beheizte Bauplattform, die auf bis zu 250°C erhitzt werden kann. Dies verbessert die Vorwärmung des Geräts und hilft, eine homogene Temperatur in der Kammer zu halten.

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Extreme Düsentemperaturen

Die optimale Düsentemperatur für ULTEM-Materialien beträgt 360-385°C, abhängig von der 3D-Druckausrüstung und wie die Düsenendtemperatur jedes Geräts gemessen wird. Aufgrund des breiten Verarbeitungsbereichs von Thermoplasten ist die Drucktemperatur nicht so kritisch wie die Druckkammertemperatur. Mit steigender Druckgeschwindigkeit muss auch die Düsentemperatur steigen, um eine ausreichende Schmelzleistung zu gewährleisten. miniFactory Ultra-Düsen können auf bis zu 480°C erhitzt werden, sodass der 3D-Druck von ULTEM-Material mühelos ist.

Materialvortrocknung und -pflege

Wie die meisten Polymere reagieren ULTEM-Materialien empfindlich auf die Aufnahme von Feuchtigkeit, was die Druckqualität negativ Beeinflusst. Es ist äußerst wichtig, dass die Materialien gemäß den Anweisungen vorgetrocknet werden. Noch wichtiger ist jedoch, dass das Material auch während des Druckvorgangs trocken gehalten wird. Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von über 50 % sammelt das perfekt vorgetrocknete Material innerhalb weniger Stunden so viel Feuchtigkeit, dass die Druckqualität nachlässt. Der miniFactory Ultra 3D-Drucker verfügt über eine beheizte Filamentkammer, die das Material für eine optimale Nutzung vortrocknet und während des Druckens Feuchtigkeit vom Material fernhält. Diese Funktion ermöglicht es Ihnen, immer mit der gleichen hohen Qualität zu drucken und feuchtigkeitsbedingte Probleme zu vermeiden.

Kein Tempern erforderlich

Dank des optimalen Druckverfahrens der miniFactory Ultra ist keine spezielle Nachbearbeitung erforderlich und das Teil ist nach dem Druck sofort einsatzbereit. Möglich wird dies durch die optimale Drucktemperatur der Kammer während des Prozesses und die langsame und gleichmäßige Abkühlung danach. Bei einem Ultra 3D-Drucker geschieht dies automatisch, d. h. es ist kein Benutzereingriff erforderlich. Bei suboptimalen Prozessen können Prozessfehler nicht durch Tempern oder eine andere Nachbearbeitung korrigiert werden.

Materialentfernung unterstützen

Wenn das Bauteil Stützstrukturen aufweist, die mit Stützmaterial für Ultem bedruckt sind, können diese nach dem Abkühlen vom Teil entfernt werden. Trägermaterialien für Hochleistungspolymere sind fast ausnahmslos sogenannte brechbare Trägermaterialien, d. h. sie müssen immer mit den mitgelieferten Werkzeugen von Hand entfernt werden. Beim Entfernen von Stützmaterialien und der richtigen Schutzausrüstung ist jedoch Vorsicht geboten, um die Sicherheit zu gewährleisten. Einige wasserlösliche Trägermaterialien sind ebenfalls verfügbar geworden.
Diese Materialien funktionieren gut in Druckkammern unter 150°C. Das heißt, wenn bei ULTEM ein wasserlösliches Trägermaterial verwendet wird, kann es sein, dass das Teil nicht bei der optimalen Temperatur gedruckt wird, was wiederum die oben genannten Schwächen im Teil selbst verursacht.

Der miniFactory Ultra 3D-Drucker verfügt über zwei Düsen. Dadurch kann das Gerät auch komplexe ULTEM-Teile mit zerbrechlichem Stützmaterial drucken, das sich relativ leicht entfernen lässt und gleichzeitig optimale mechanische Eigenschaften des Teils gewährleistet.

3D-gedruckte Teile aus ULTEM eignen sich für viele Anwendungen.

Qualitätssicherung Ihrer ULTEM-Drucke

3D-gedruckte Teile aus ULTEM eignen sich für viele Anwendungen. Wenn Teile für die Endanwendung bestimmt sind, müssen die Hersteller einen optimalen Druckprozess sicherstellen und Herstellungsfehler vermeiden. Hält man ein 3D-gedrucktes Teil in der Hand, kann niemand sagen, wie das Teil gedruckt wurde, ob die Druckkammer die optimale Temperatur erreicht hat oder deutlich unter der Glasübergangstemperatur lag. Um dies sicherzustellen, fordern Sie am besten einen Qualitätskontrollbericht für das gedruckte Teil an, der alle Informationen über den Herstellungsprozess des Teils enthält.

Dies erhöht das Vertrauen in 3D-gedruckte Teile und ermöglicht es Unternehmen, das „Urmuster“-Denken in der Ersatzteilfertigung zu nutzen. miniFactory AARNI ist ein innovatives Prozessüberwachungswerkzeug, das mit dem miniFactory Ultra 3D-Drucker funktioniert. Mit AARNI erhalten Sie zu jedem Druck alle Informationen visuell und sichern gleichzeitig die Qualität der gedruckten ULTEM-Teile.

Kompatibler miniFactory 3D-Drucker

  • Der miniFactory Ultra 3D-Drucker ist für den Ultem 3D-Druck optimiert. Indem Sie sich für unsere Technologie für Ultem-Teile entscheiden, stellen Sie auch eine hohe Qualität der von Ihnen hergestellten Teile sicher. Der miniFactory-Technologie vertrauen viele Kunden auf der ganzen Welt. Kontaktieren Sie uns und lassen Sie sich von uns eine Qualitätslösung für den 3D-Druck Ihrer Teile anbieten.
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ULTEM ist eine Marke von SABIC GLOBAL TECHNOLOGIES BV

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