Alles, was Sie über PEI/ULTEM ® für den 3D-Druck wissen müssen

In den letzten Jahren hat die Verwendung von Hochleistungs-Thermoplaste hat in der 3D-Druckindustrie immer mehr an Bedeutung gewonnen, da sich die Technologie vom Rapid Prototyping zur Produktion fertiger Teile weiterentwickelt. Dadurch sind die Anforderungen an 3D-Druckmaterialien gestiegen und Hochleistungsthermoplaste werden immer häufiger eingesetzt. Ihre Eigenschaften machen sie zu einer kostengünstigen Alternative zu einigen Metallen und sie werden von vielen Branchen wie der Luft- und Raumfahrtindustrie geschätzt Arzt. Innerhalb dieser Familie finden wir Polyaryletherketone (PAEK), die hohen Temperaturen standhalten können und die Sie vielleicht als PEEK oder PEKK kennen. Es gibt eine viel günstigere Alternative: Polyetherimid (PEI), ein amorphes Material, besser bekannt unter dem Handelsnamen ULTEM®. Als Filament erhältlich Für FDM-3D-Drucker ist es mit einigen Maschinen kompatibel, darunter auch denen von Stratasys. Lassen Sie uns gemeinsam die Hauptmerkmale des ULTEM durchgehen.

PEI wurde in den 1980er Jahren von Joseph G. Wirth entwickelt und von der Plastics Division von General Electric unter dem Namen ULTEM vermarktet. Im Jahr 2007 verkaufte das Unternehmen sein Kunststoffgeschäft an die Saudi Basic Industries Corporation (SABIC), die das Patent zurückerhielt. Obwohl ULTEM® aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften von vielen Branchen angenommen wird, wurde es erst mit der Entwicklung von Hochleistungs-FDM/FFF-Druckern für die Massenproduktion geeignet: Der Extruder der Maschine muss auf sehr hohe Temperaturen erhitzt werden, um Thermoplast zu schmelzen.

Herstellung und Eigenschaften von ULTEM/PEI

ULTEM® ist eine Familie amorpher thermoplastischer Materialien auf Basis von Polyetherimid (PEI). Eines seiner Hauptmerkmale sind seine flammhemmenden Eigenschaften: hohe Flammwidrigkeit, geringe Rauchentwicklung und geringe Toxizität. Diese Eigenschaften spiegeln sich in hervorragenden Ergebnissen bei FST-Tests (Flamme, Rauch, Toxizität) wider. ULTEM® ist äußerst temperaturbeständig und hat einen relativen thermischen Index (RTI) von bis zu 180 °C. ULTEM zeichnet sich außerdem durch hohe Festigkeit, Steifigkeit und Dimensionsstabilität, gute Kriechfestigkeit und hohe chemische Beständigkeit aus. Die verschiedenen ULTEM-Varianten zeichnen sich außerdem durch ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis aus und können aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften und hohen Bearbeitbarkeit sogar einige Metalle ersetzen. Diese Materialien sind in verschiedenen transparenten und undurchsichtigen Farben erhältlich. ULTEM-Materialien behalten ihre Festigkeit und widerstehen Spannungsrisskorrosion, wenn sie Automobil- und Flugzeugflüssigkeiten, aliphatischen Kohlenwasserstoffen, Alkoholen, Säuren und schwachen wässrigen Lösungen ausgesetzt werden. ULTEM® 1010 verfügt über eine hohe Zugfestigkeit und Haltbarkeit. Es ist biokompatibel und NSF 51-zertifiziert für den Lebensmittelkontakt. Es hält auch einer Dampfsterilisation stand.

Es gibt auch ULTEM-Copolymere, die noch höheren Temperaturen standhalten und sich hinsichtlich chemischer Eigenschaften und Elastizität an unterschiedliche Anforderungen anpassen können. SABIC hat außerdem ein ISCC+-zertifiziertes erneuerbares Sortiment auf den Markt gebracht. Diese aus Abfällen und Reststoffen hergestellten ULTEM-Varianten bieten die gleiche hohe Leistung und Verarbeitbarkeit wie solche aus fossilen Brennstoffen. Bis Mitte 2023 werden erneuerbare ULTEM-Materialien mehr als ein Viertel der von SABIC angebotenen ULTEM-Materialien ausmachen.
SABIC bietet derzeit 140 Sorten ULTEM® an. Besonders hervorzuheben ist das ULTEM™ 9085 CG, das in verwendet wird Luft- und Raumfahrtsektor für die Innenausstattung der Kabinen, aber auch im Eisenbahnsektor. ULTEM HU1010 wird aufgrund seiner Biokompatibilität für medizinische Geräte und pharmazeutische Anwendungen verwendet.

ULTEM/PEI im 3D-Druck

Beim Drucken von ULTEM® ist das Temperaturmanagement von entscheidender Bedeutung. Die Temperatur der Kammer muss stets kontrolliert werden, da sonst Unregelmäßigkeiten auftreten und die Haftung der Schichten beeinträchtigt werden kann. Die Glasübergangstemperatur, bei der ein amorphes Polymer vom harten/glasartigen Zustand in den weichen/gummiartigen Zustand und umgekehrt übergeht, ist beim ULTEM sehr hoch und erreicht 217 °C beim ULTEM1010 (185 °C beim ULTEM9085). Für optimale Ergebnisse sollte die Temperatur der Druckkammer etwas niedriger als die Glasübergangstemperatur sein. Dadurch wird sichergestellt, dass die Teile die richtigen Abmessungen haben und ihre mechanischen Eigenschaften erhalten bleiben. Sobald der Druckvorgang abgeschlossen ist, muss die Druckkammer langsam und gleichmäßig abgekühlt werden, damit das Teil allmählich abkühlt.

Im Vergleich zu PEEK ist PEI in der Regel günstiger. Es handelt sich um ein Material, das den Vorteil hat, dass es für eine Reihe von Luft- und Raumfahrtanwendungen zertifiziert ist und hochgradig standardisierte Anforderungen erfüllt. Allerdings weist PEI eine geringere Schlag- und Temperaturbeständigkeit auf.

Anwendungen von ULTEM/PEI

Wie bereits erwähnt, wird PEI in der Luft- und Raumfahrtindustrie häufig verwendet, insbesondere ULTEM® 9085 aufgrund der genannten Eigenschaften. Auch in der Automobil-, Medizin- und Lebensmittelindustrie kommt das Material zum Einsatz, vor allem bei der Gestaltung von Küchenutensilien, aber auch im allgemeinen Werkzeugbau, zur Gestaltung von Formen, Vorrichtungen oder diversen Verbindungselementen. Das Unternehmen Bombardier beispielsweise verwendet dieses Material zur Herstellung maßgeschneiderter Werkzeuge, zur kundenspezifischen Anpassung von Komponenten seiner Produktionslinien und zur Herstellung fertiger Teile seiner Züge.

Hersteller und Preise

Was die Hersteller betrifft, ist SABIC heute der einzige Anbieter des Rohmaterials in Form von Harz oder Schaum. Das Unternehmen produziert seine eigenen Filamente für die additive Fertigung: Früher waren sie nur mit der Stratasys-Maschinenreihe kompatibel, in den letzten Jahren ist SABIC jedoch weitere Partnerschaften eingegangen, beispielsweise mit Roboze, der ULTEM™ AM9085F-Filament drucken kann. Einige Hersteller bieten eigene Filamente an, etwa KIMYA, 3DXTech oder 3D4Makers.

Darüber hinaus hat SABIC mit AMS31F ein Stützfilament auf den Markt gebracht, das sich leichter entfernen lässt als andere Stützmaterialien, die häufig erhitzt werden müssen. Auf diese Weise behält das Werkstück alle seine mechanischen Eigenschaften und ermöglicht dem Benutzer eine wertvolle Zeitersparnis.

Preislich ist PEI günstiger als PEEK: Es kostet etwa 150 Euro pro kg, verglichen mit mindestens 300 Euro für die gleiche Menge PEEK. Es handelt sich um ein Material, das den Vorteil hat, dass es für verschiedene Luft- und Raumfahrtanwendungen zertifiziert ist und hochgradig standardisierte Anforderungen erfüllt. Allerdings ist es weniger stoß- und temperaturbeständig als PEEK.

Quelle: 3dnatives.com