3D-Druck von Ultem mit Granulat günstiger und schneller
Granulat-3D-Drucker von AIM3D können Ultem günstiger, schneller und mit höheren Festigkeiten drucken als Filamentdrucker
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 (Polyetherimid) zählt zu den Hochtemperaturwerkstoffen mit hervorragenden physikalischen und mechanischen Eigenschaften für anspruchsvolle Anwendungen. Ultem gilt wegen seines Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses als idealer Thermoplast für Anwendungen mit hoher Festigkeit und geringem Gewicht. Darüber hinaus verfügt Ultem 9085 Resin 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.
Beim 3D-Druck von Ultem dominieren bislang 3D-Drucker, die Ultem 9085 Resin als Filament verarbeiten, zum Beispiel Systeme von Stratasys, Intamsys, 3D Gence oder Materialise, die auf Basis von FFF-Verfahren (Fused Filament Fabrication) arbeiten.
Im Gegensatz dazu kann die ExAM 510-Anlage von AIM3D das Standard-Granulat Ultem 9085 Resin direkt für den 3D-Druck nutzen, was gegenüber Filament zu massiven Kostenreduzierungen führt. Wie AIM3D erklärt, ist Filament gegenüber dem Standard-Ultem-Granulat ungefähr um Faktor 7 teurer. 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.
Zugfestigkeiten mit Granulat höher als bei Filament
Im Rahmen der Material-Qualifizierung von Ultem 9085 Resin mit einem 3D-Druck-Pellet-System hat AIM3D auch die Zugfestigkeiten analysiert. 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 ExAM 510 von AIM3D. 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. Das Composite Extrusion Modeling Verfahren von AIM3D – CEM – kann somit derzeit die besten Zugfestigkeiten im 3D-Druck von Ultem 9085 Resin erreichen. Außerdem 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.
Wie AIM3D erklärt, werden durch die Extruder und Technologie von AIM3D zudem bessere Oberflächenqualitäten bei gleicher Bauzeit erreicht. Dies wird möglich, da durch die Verwendung von Granulaten auch bei niedrigeren Schichtstärken höhere Bauraten erzielt werden können. Zudem sollen in Zukunft auch Lösungen für feinere Düsen unter 0,4 mm realisiert werden, was das Spektrum für Bauteile aus Ultem 9085 Resin erweitert.
3D-Druck mit Granulat erschließt neue Einsatzbereiche für Ultem
Neben den Vorteilen in puncto Kosten und Zeit, eröffnet das CEM-Verfahren auch neue Anwendungsgebiete für Ultem 9085 Resin. Denn der Werkstoff eignet sich neben klassischen Aerospace-Anwendungen auch für Automotive und den Einsatz in der Bahntechnik. Also überall dort, wo höchste Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften gestellt werden und ein 3D-Bauteil unter Sicherheitsaspekten langlebige mechanische Eigenschaften sicherstellen muss. Dr.-Ing. Vincent Morrison, CEO von AIM3D: „Durch den Einsatz eines Pellet-3D-Druckers werden nicht nur bestehenden Anwendungsfälle in Zukunft kostengünstiger. Vielmehr werden wir in Zukunft eine viel breitere Anwendung von Ultem 9085 Resin sehen, welche in der Vergangenheit schlicht nicht wirtschaftlich waren. Gerade im Aerospace-Bereich sorgt dies für neue Horizonte.“
Der auf der K 2022 erstmals vorgestellte 3D-Drucker ExAM von AIM3D kann übrigens nicht nur Ultem schnell und günstig drucken. Mit dem von AIM3D entwickelten Voxelfill-Prinzip überwindet er auch inhomogene Festigkeiten von 3D-gedruckten Bauteilen durch eine schichtübergreifende Füllstrategie. gk
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