Testdaten von 3D gedrucktem PEEK und seine herausragenden Eigenschaften

Seit additive Fertigungsmethoden in den vergangenen Jahren mehr und mehr genutzt werden, ist das größte Hindernis, dass die verschiedenen Methoden davon abhält für industrielle Anwendungen eingesetzt zu werden, die limitierte Auswahl an Materialien, welche verarbeitet werden können. Für das bekannte Fused Filament Fabrication-Verfahren (FFF) bspw., wie es auch von vielen Anwendern privat genutzt wird, gab es lange lediglich einfache Polymere wie ABS, die nur für Modelle und nicht für industrielle Teile eingesetzt werden können. Durch die Kombination des Hochleistungspolymers Polyetheretherketon (PEEK) mit der additiven Fertigung wie FFF, kann die Technologie in Industrien wie Automobil, Öl & Gas, Medizin oder Hableiterherstellung eingesetzt werden, um komplexe Geometrien oder individuelle Teile mit geringerem Materialeinsatz zu erstellen.

Diese Vielfalt an verschiedenen Anwendungen ist möglich dank der großartigen Eigenschaften von PEEK. PEEK ist eines der strapazierfähigsten Polymere und kann mit Metallen wie Aluminium verglichen werden. Dank seines sehr hohen Schmelzpunktes von 343 °C und einer Gebrauchstemperatur zwischen -196 °C und 260 °C kann es in vielen extrem anspruchsvollen Umgebungen genutzt werden, wie bspw. Antriebssträngen in Automobilen. Mit seiner hohen Temperaturresistenz, geringem Gewicht, guter Abnutzungsresistenz und chemischer Inertheit kann PEEK Metalle in diesen anspruchsvollen Umgebungen ersetzen um Gewicht zu sparen und Flugzeuge oder Automobile effizienter zu machen. PEEK profitiert auch von seiner strukturellen Standhaftigkeit bei einem Druck bis zu 200 MPa, es ist daher optimal für Motoren oder Dichtungen. Dank seiner Festigkeit kann PEEK auch in Leichtbaukonstruktionen verwendet werden, da durch die Verarbeitung mit dem FFF Verfahren ohne großen Aufwand Honigwaben Strukturen erzeugt werden können.

Ein weiteres Hindernis, weshalb 3D-Druck noch nicht in großem Maßstab für industrielle Fertigung verwendet wird, ist das Fehlen relevanter Forschungsdaten. Daten, die klar darstellen, was der 3D-Druck mit Hochleistungspolymeren leisten kann. Um das Misstrauen, die Unsicherheit und die Vorsicht, die neuen Technologien generell entgegenschlägt zu überwinden, müssen Daten veröffentlicht werden, die diese Technologie unterstützen.

Abbildung 1 zeigt einen Vergleich der Zugfestigkeit (tensile strength) und Gesamtdehnung (total strain) von PAEK-Teilen (PEEK und PEKK sind chemische Derivate von PAEK), hergestellt mit den verschiedenen Fertigungsverfahren Selektives Lasersintern (SLS), Spritzguss (IM) und dem Fused Filament Fabrication-Verfahren mit einem Indmatec HPP 155-Drucker (Indmatec FFF). Im Allgemeinen sind die Industrie-Benchmarks für Polymere Datensätze von spritzgegossenen Teilen. Bedenkt man dies, zeigt der Plot von Abbildung 1, dass es eindeutige Unterschiede bei den mechanischen Eigenschaften gibt und sich spritzgegossene Teile sowie FFF-3D-gedruckte Teile mit überlegener Festigkeit hervorheben.

Abbildung 1: Vergleich der Zugfestigkeit und Gesamtdehnung

Abbildung 1: Vergleich der Zugfestigkeit und Gesamtdehnung

Diese Daten zeigen, dass FFF-3D-gedrucktes PEEK für industrielle Anwendungen verwendet werden kann. Zusammen mit seinen Eigenschaften ist das Material passend für Anwendungen, bei denen Materialien gesucht werden, welche ihrer anspruchsvollen Umgebung standhalten. Kombiniert mit 3D-Druck ermöglicht es den verschiedenen Industrien, Hochleistungskunststoffe in einer material- und kostensparenden Weise zu verarbeiten. Individuelle, komplexe Teile können einfacher und mit weniger Aufwand hergestellt werden.