TPU för 3D-utskrift: allt du behöver veta

Källa: 3dnatives.com

Termoplastisk polyuretan (TPU) är en elastomer som kännetecknas av hög flexibilitet och hållbarhet, då den kombinerar egenskaperna hos termoplaster och gummi. Polymerns flexibilitet beror på närvaron av alternerande sekvenser av hårda och mjuka segment i dess kemiska sammansättning. Genom att variera proportionerna av dessa segment ändras faktiskt även materialets styvhet och flexibilitet. Detta påverkar de färdiga delarnas transparens, mjukhet vid beröring och komponenternas vidhäftning. Generellt sett kan vi säga att TPU är en polymer som ger delar varierade och extremt intressanta egenskaper. Men vad bör vi veta innan vi använder TPU?

Produktion och egenskaper hos TPU

När det gäller egenskaper är det viktigt att veta att denna polymer har många fördelar, såsom hög motståndskraft mot stötar, slitage, nötning och skärsår. Dessutom uppvisar den en ganska avancerad skiktvidhäftning som gör det möjligt att uppnå utmärkt mekanisk homogenitet i de tillverkade delarna, vilket gör dem isotropa. Denna typ av material har dock vissa begränsningar som man måste ta hänsyn till: TPU passar inte bra i varma miljöer, vilket är viktigt eftersom det inte tål höga temperaturer; dessutom måste utskriftsinställningarna variera beroende på vilken teknik som används. Jämfört med TPE, ett annat flexibelt filament, är TPU lättare att skriva ut med och behåller sina elastiska egenskaper bättre vid lägre temperaturer. TPU-materialet erbjuder större motståndskraft mot nötning samt oljor och fetter. Till skillnad från styvare termoplaster har TPU-filament kvaliteter som flexibilitet och anpassningsförmåga och uppvisar inga problem med deformation eller delaminering under 3D-utskriftsprocessen.

Tack vare sin flexibilitet kan TPU användas för att skapa mobilskal.

Egenskaper för TPU-filament vid 3D-utskrift

När man skriver ut delar med TPU med FDM-teknik föreslår vi att man applicerar ett tunt lager lim på utskriftsplattan, vilket underlättar materialets vidhäftning. Det rekommenderas också att extrudermunstycket når en temperatur mellan 210 och 235 °C för att smälta filamentet (även om detta beror på tillverkaren). Detta är allmänna råd, men framgången med TPU beror på konfigurationen av varje 3D-skrivare och korrekt kalibrering; därför rekommenderas det att utföra små tester med detta material innan man börjar med mer komplexa utskrifter.

När det gäller stereolitografi rekommenderas inte TPU för små och tunna modeller eller för sådana som simulerar material med hög elasticitet. Vid konfigurering av modellen rekommenderas det att modellerna har sin slutgiltiga form och är orienterade mot utskriftsplanet i högst 20°. Tunnare och högre delar blir svårare att skriva ut, även om det alltid är möjligt att använda extra stöd för att säkerställa ett optimalt resultat.

Det är dock viktigt att notera att varje maskin och filament är olika, så vi rekommenderar att man utför tester för att hitta det optimala retraktionsvärdet. Dessutom är det viktigt att notera att detta värde kan variera mellan olika TPU-filament. TPU kräver ingen obligatorisk efterbearbetning, men vissa tekniker kan användas för att förbättra dess egenskaper eller estetiska utseende. Ett vanligt alternativ är polering för att jämna ut ytan och ta bort skiktmärken, vilket kan förbättra det slutgiltiga utseendet på det utskrivna föremålet. Det är också möjligt att applicera ett lager lack eller beläggning för att förbättra dess motståndskraft mot vatten, damm och smuts.

Huvudsakliga tillämpningar

Inom industrin för additiv tillverkning öppnar detta material en värld av möjligheter för olika marknader. Till att börja med hittar vi inom skotillverkningen produktion av elastiska sulor och inom det medicinska området skapandet av ortopediska modeller. Inom flyg- och rymdindustrin utvecklas verktyg eller sensorer, och inom fordonsindustrin skapas däck och stötdämpare. Vi kan även hitta TPU inom sportsektorn, vid produktion av skydd för träningsutrustning.

TPU är idealiskt för slutprodukter, funktionella prototyper, konceptuella modeller och anpassade komponenter. Denna typ av material används flitigt, till exempel för att tillverka mobilskal, eftersom det skyddar enheten från stötar och sprickor.

Tillverkare och pris på materialet

På marknaden för additiv tillverkning idag kan vi hitta stora företag som erbjuder TPU för att skapa flexibla delar. Ultimaker har ett filament som heter TPU 95A, som är kompatibelt med deras 3D-skrivare Ultimaker S5, Ultimaker 3 och Ultimaker 2+ samt med den senaste skrivaren som tillverkaren släppt, UltiMaker S7. Enligt företaget klarar materialet upp till 580 % brottöjning; detta filament finns i 4 olika färger.

Ett annat företag är Formlabs, som förra året presenterade sitt "elastiska harts" för SLA-teknik. Detta harts har en Shore-hårdhet på 50A, utöver hög töjning och energiåtergång. Shore-värdet refererar till hårdheten hos det använda materialet eller, med andra ord, hur motståndskraftigt ett material är mot intryckning. Lägre värden indikerar lägre motstånd eller mjukare material. Elasticiteten och hållbarheten hos detta material gör att det kan användas i flera cykler. Dessutom gör tekniken det möjligt att minska kostnader och leveranstider genom att skriva ut direkt på mjuka delar.

Det finns också andra företag som arbetar med utvecklingen av dessa material, såsom Recreus, som erbjuder ett stort utbud av filament för 3D-utskrift. I synnerhet föddes deras kända filament FilaFlex ur behovet av att förnya sig inom 3D-utskrift. Ignacio García, VD för Recreus, sa: ”Själva 3D-utskriftstekniken var redan innovativ, och detta, i kombination med flexibiliteten hos materialet som används för att skapa flexibla delar, såsom skor, har utan tvekan visat på potentialen hos additiv tillverkning och FilaFlex”. Andra företag som BASF erbjuder materialet i pulverform. De har en linje med TPU-pulver som de kallar Ultrasint®, och till exempel är deras TPU01 utformat specifikt för HP:s Multi Jet Fusion-skrivare i 5200-serien. Priset på TPU-filament ligger på cirka 30–40 euro per kilogram.