Verbesserte Reproduzierbarkeit von Ultem-Granulat im 3D-Druck

Ultem 9085 Resin von Sabic ist ein zertifizierter Werkstoff in der Luftfahrtindustrie (FAR 25.853, Blue Card- und UL 94 V-0) mit besonderen Brandschutz-Qualitäten. Der Werkstoff der PEI-Familie zählt zu den Hochtemperaturwerkstoffen mit sehr guten physikalischen und mechanischen Eigenschaften für anspruchsvolle Anwendungen. Das Material eignet sich wegen seines Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses als idealer Thermoplast für Anwendungen mit hoher Festigkeit und geringem Gewicht. Darüber hinaus verfügt es über eine hohe Schlagfestigkeit und eine sehr gute Chemikalientoleranz. Des Weiteren zeichnet es sich durch sehr gute Eigenschaften in Bezug auf Entflammbarkeit, Rauch und Toxizität aus. Das Material ist in vielen verschiedenen Farben erhältlich, wobei es auf Wunsch nachgestellt werden kann.

Die Kostenvorteile durch den Einsatz von Standard-Granulat gegenüber Filament sind augenfällig: Der Pellet-3D-Drucker verarbeitet das Standard-Granulat, während ein konventioneller FFF-3D-Drucker deutlich teureres Filament-Material einsetzt. Filamente erfordern zudem einen höheren Ressourceneinsatz. Es ergeben sich aber auch Vorteile bei den Maschinenstundensätzen durch höhere maximale Aufbauraten: Filament-3D-Drucker arbeiten mit bis zu 45 cm³/h, ein Pellet-3D-Drucker schafft bis zu 250 cm³/h. Dies bedeutet eine Steigerung des Bauteile-Aufbaus um mindestens den Faktor 5.

Im Rahmen der Material-Qualifizierung mit einem 3D-Druck-Pellet-System, galt es die Zugfestigkeiten zu analysieren. Vergleichsgrößen waren Filament-Bauteile einerseits und Bauteile hergestellt auf Granulatbasis in der klassischen Spritzgießtechnik mit formgebenden Werkzeugen andererseits. Gemessen wurden die Zugfestigkeiten auf der XY-Achse für die drei Verfahren. Den höchsten Wert erreichten spitzgegossene Bauteile mit 86 MPa, allerdings dicht gefolgt mit 85,7 MPa mit dem 3D-Pellet-Drucker. Ein durchaus vergleichbarer Wert, der sich deutlich vom Filament-3D-Druck mit 69,2 MPa absetzen konnte. Auch die Zugfestigkeiten auf der XZ-Achse ergaben mit 42 MPa für den 3D-Pellet-Drucker Vorteile, gegenüber gemessenen 39 MPa für einen FFF-3D-Drucker. Zudem zeigte sich, dass auch die Bruchdehnung der aus Granulat gedruckten Proben deutlich bessere Ergebnisse lieferte. So konnten in der XY-Richtung 12,3 % Bruchdehnung erreicht werden, während im Filament-3D-Druck nur 5,4 % schafft.

Dies erschließt deutlich gesteigerte Time-to-Market-Potenziale, sowohl bei Prototypen als auch bei Serienbauteilen. Durch die Extruder und Technologie von AIM3D werden zudem bessere Oberflächenqualitäten bei gleicher Bauzeit erreicht. Dies wird möglich, da durch die Verwendung von Granulaten auch bei niedrigeren Schichtstärken höhere Bauraten erzielt werden. Zudem sollen in Zukunft auch Lösungen für feinere Düsen unter 0,4 mm realisiert werden, sodass das Spektrum für Bauteile aus Ultem 9085 Resin erweitert wird. Neben den Vorteilen eröffnet das CEM-Verfahren auch generell neue Anwendungsgebiete. Das Granulat eignet sich neben klassischen Aerospace-Anwendungen auch in Automotive und für den Einsatz in der Bahntechnik. Also überall dort, wo hohe Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften gestellt werden und ein 3D-Bauteil unter Sicherheitsaspekten langlebige mechanische Eigenschaften sicherstellen muss.

Fakuma 2023:
Halle A7, Stand 7123

Quelle: AIM3D