PEEK in Verbindung mit der FFF-Technologie

Autor: Prof. Dr. Brando Okolo

PEEK (Polyetheretherketon) ist ein semi-kristallines thermoplastisches Polymermaterial. Seine Markteinführung als industrielles Material hat die Materialwahl der Konstrukteure aus verschiedensten Industriezweigen revolutioniert.

 

Hier einige der Eigenschaften von PEEK, um eine Übersicht über seine möglichen Einsatzgebiete zu erlangen:

-Thermische Stabilität bis zu 250°C (es erleidet keine strukturelle Verformung, kann also in Wasserkochern oder Niederdruck-Dampfsysteme verwendet werden, ohne Veränderung seiner physischen Eigenschaften; der Schmelzpunkt liegt bei 343°C)

-Gute Verschleiß- und Abriebeigenschaften (kann verwendet werden in Kugellagern, Gleitflächen und Systemen, in denen Oberflächen Relativbewegungen ausführen müssen bei gleichzeitiger Einhaltung von Toleranzen) – besser als Titan oder Stahl!

-Gute Kriecheigenschaften (kann dauerhaft belastet werden ohne permanente Verformung)

-Sehr geringe Feuchtigkeitsabsorption

-Wiederholt dampfsterilisierbar (d.h. die Abtötung oder Verhinderung von Keimen, Bakterien und anderen Mikro-Organismen)

-Biokompatibel bei gleichzeitig ähnlicherem E-Modul des menschlichen Knochen als andere Implantatmaterialien, daher weniger „Stress Shielding“ und bessere Knochenresorption.

-Chemisch inert, kann daher in stark korrosiven Umgebungen verwendet werden, wodurch weniger Kosten für Anti-Korrosions-Behandlungen anfallen

-Seine Dichte ist ca. ein Fünftel der technischeren Metalle, kann aber den mechanischen Belastungen der meisten Konstruktionsanwendungen widerstehen.

-Gute elektrische Isolierung

-Entspricht der V-0-Entflammbarkeitsklasse (hört 10 Sekunden nach dem Anzünden auf zu Brennen, und tropft heiße Teilchen, die selbst nicht brennen)

-PEEK ist von der FDA genehmigt für Lebensmittel und Kontaktapplikationen

 

Einige der bereits etablierten Anwendungsgebiete von PEEK:

Luftfahrt:

-Klemmen und Halterungen für strukturelle Teile.

-Rohrleitungen.

Elektronikbranche:

-Teile von Laserdruckern, die Hitzebeständigkeit, hohe Festigkeit, Abrieb- und Verwindungsfestigkeit (Zahnräder und Lager) erfordern.

Energiesektor:

-Abdichtungen und Dichtungsringe in Öl- und Gasanwendungen aufgrund seiner Stabilität bei relativ hohen Temperaturen, seiner Beständigkeit gegenüber korrosiven Einflüssen, seiner Stabilität bei Drücken bis zu 200 MPa und Verbesserungen in der Komponenten-Lebensdauer unter Verschleiß- und Druckbedingungen.

Medizin:

-Für Implantate in der Orthopädie als Stützstruktur für Knochenbrüche, Käfige und Stäbe für Wirbelsäulen-Implantate.

-Für Prothesen im Dentalbereich als Kronen und Brücken, aus „Dental Discs“ gefräst.

Automotive:

-Für Getriebesysteme, wo es eine bis zu 50-prozentige Verringerung des Geräuschs, der Vibration und der Rauheit (NVH) erreicht.

-Teile von Vakuumpumpen aufgrund seines geringen Verschleißes, seiner Dämpfung und seiner chemischen Inertheit.

Leichtbau:

-Keine Schmierung nötig bei tribologischen Lastfällen wie in Lagersystemen.

-Ungefähr um ein Viertel verringerte Trägheit verglichen mit metallischen Strukturmaterialien.

Besitzt eine bis zu zweifache Lebensdauer verglichen mit stahlbasierten Lagern.

 

Fakten:

Heutzutage verfügen wir über ein leichtes Material (ca 70% leichter als die meisten technischen Metalle), das in der Lage ist, Metalle in einigen Schlüsselpositionen der Konstruktionsanwendungen zu ersetzen, da seine thermo-mechanischen Eigenschaften in diesen Anwendungen wettbewerbsfähig gegenüber Metallen sind. Solch ein Material in der Industrie einzusetzen könnte zu riesigen Energie-Einsparungen und des CO2-Fußabdrucks führen.

Dieses Material ist im Vergleich zu Aluminium oder anderen technischen Polymeren teuer, doch seine ökonomischen Vorteile als Konstruktionswerkstoff wiegen den Preis wieder auf. Die meisten PEEK-Materialien, die in industriellen Anwendungen verwendet werden, werden durch Spritzguss verarbeitet oder mittels CNC-gesteuerter Methoden subtraktiv bearbeitet (bohren, fräsen, schneiden). Diese Methoden führen unvermeidbar zu Abfall. Abfälle, selbst wenn recycelbar, sind ökonomisch schlecht für jeden Industriezweig.

Wenn PEEK durch 3D-Druck-Technologien verarbeitet werden könnte, geschähe das Folgende: (i) keine Erzeugung von Abfällen, (ii) die Möglichkeit der Massenanpassbarkeit, z.B. patienten-spezifische Implantate im medizinischen Sektor, (iii) geringe Investitionskosten für Maschinen und Trainings der Maschinenführer, wovon kleine wie große Unternehmen profitieren.

Die günstigste der 3D-Druck-Technologien, die FFF-Technologie, kann jetzt für PEEK eingesetzt werden.

Die Indmatec GmbH aus Karlsruhe, hat PEEK-Rohmaterial als qualitativ hochwertiges Filament extrudiert und die technische Machbarkeit des 3D-Drucks von PEEK mittels der FFF-Technologie demonstriert. Indmatec bietet auch die technische Unterstützung an, um Ihnen zu helfen, jedes technische, thermoplastische Material 3D zu drucken, das Sie in Ihren Produkten wünschen.