Die Nachfrage nach 3D-Druckmaterialien wächst täglich, da immer mehr Menschen 3D-Druck für ihre Arbeit oder Hobbys verwenden. In den Anfangsjahren war die Entwicklung von 3D-Druckmaterialien nur in Form von harten thermoplastischen Materialien möglich, da diese leicht extrudiert werden konnten.
Was ist TPU im 3D-Druck
Flexibles Filamentmaterial ist eines der beliebtesten Materialien unter 3D-Drucker-Benutzern, da es sich biegen und verformen lässt und nicht so leicht bricht. Die Elastizität des Materials wurde auf der Shore-Härteskala basierend auf dem Standardsystem ASTM-D2240-00 gemessen. Es gibt zwei gängige Skalen zur Messung der Shore-Härte, nämlich Shore-A und Shore-D. Flexibles Filament wird normalerweise im Shore-A-System gemessen, das als mittlere Härte eingestuft wird.
TPU oder thermoplastisches Polyurethanfilament ist ein Elastomermaterial: Kunststoffpolymer wird mit einem Zusatzstoff kombiniert, sodass ein leicht elastisches Material entsteht. Dieses Material ist in der Industrie sehr beliebt, insbesondere im Textil-/Modesektor.
Die Flexeigenschaften von TPU liegen auf der Shore-A-Härteskala zwischen 70 und 95 und ähneln somit Reifengummi (70–75), Schuhlaufsohlen (85) und Einkaufswagenrädern (95–97).
TPU-Filament hat eine Schmelzzone von 210–240 °C und eine relativ niedrige Glasübergangstemperatur von etwa 65–70 °C. Das Material gilt außerdem als ungiftig und erzeugt während des Druckvorgangs keine Dämpfe.
3D-Druck mit TPU-Filament ist möglich, allerdings unter bestimmten Bedingungen. Aufgrund seiner flexiblen Eigenschaften erfordert 3D-Druck mit TPU-Filament eine spezielle Prozessführung.
Checkliste für den 3D-Druck von TPU:
- Direkter Extruderkopf erforderlich
TPU ist ein flexibles Material, das allerdings nicht als hochtemperaturbeständig gilt (nicht mit Silikonmaterial verwechseln) und für eine präzise Extrusion einen sehr kurzen Abstand zwischen Extruderantrieb und Hotend-Schmelzkammer benötigt. Hierfür kommt ein Direktextruder ins Spiel. Einige Benutzer können eine Kombination aus Bowden-Extruder und präzisem Capricorn-PTFE-Schlauch verwenden, aber es ist trotzdem schwierig, den Druck richtig einzustellen. Ein Dual-/Doppelzahnrad-Extruder ist ein weiteres Teil, das die Erfolgsrate beim Drucken von TPU-Filament verbessern kann.
- Langsamer Druck
Das Drucken von TPU muss so langsam wie möglich erfolgen. TPU hat die Eigenschaften einer hohen Viskosität und ist im geschmolzenen Zustand durchgehend klebrig. Eine Verlangsamung des Drucks trägt auch dazu bei, dass die Schwerkraft das Filament nach vorne drückt. Bei einer maximalen Druckgeschwindigkeit von TPU beträgt diese im Allgemeinen etwa 15–25 mm/s, und bei diesem schnellen TPU-Druck wird eine gute Bindung zwischen den Schichten erreicht.
- Geringe oder keine Retraktion
Beim Zurückziehen wird der Filamentmechanismus in kleinen Mengen herausgezogen, um den Fadeneffekt zu verringern. Dies ist recht effektiv, um eine schöne, glatte Extrusion für den 3D-Druck zu erzielen. TPU-Filament ist jedoch ein flexibler Draht, und das Push-Pull-Getriebe des Mechanismus kann zu Staus führen, da das Material am Extruder-Zuggetriebe haften bleiben kann. Bei diesem Setup muss eine Verlangsamung und nur eine geringe Zurückziehung angewendet werden. Es gibt einige Benutzer, die ohne Zurückziehen gut drucken können.
- Trocknen Sie das Filament immer
TPU gilt als stark hygroskopisches Material, was bedeutet, dass es in kurzer Zeit eine große Menge Wasserpartikel absorbiert. Aufgrund dieser Eigenschaften muss TPU ordnungsgemäß in engen Räumen gelagert werden. Das Drucken von TPU mit aktiven Filamenttrocknern wie SUNLU S2 oder SUNLU S4 verbessert die Oberflächenqualität erheblich. Nicht getrocknetes TPU-Material führt zu vielen ungleichmäßigen Klecksen und verstopft wahrscheinlich die Düse. Das andere schlechte Ergebnis ist sehr starkes Fädenziehen. Wenn der Benutzer also zu viele Fäden findet, ist das TPU-Filament höchstwahrscheinlich feucht.
- Bettplattformtyp
Das direkte Drucken von TPU-Filament auf karborundbeschichtetem Glas, PEI oder Build-Tak-Betten muss vermieden werden, da das Material an diesen Materialien stark haftet. Auf diese Oberfläche muss eine dünne Schicht PVA-Kleber aufgetragen werden, damit sich das Material nach dem Drucken leicht lösen lässt. Normales Glas oder Spiegel eignen sich gut zum Drucken von TPU-Material ohne zusätzliche Beschichtung.
- Sauber gewickeltes Filament
TPU-Filament für 3D-Druck ist ein dehnbares Drahtmaterial. Falsch aufgewickelter Draht kann sofort zu Druckstaus führen, da sich durch die Filamentdehnung der Durchmesser ändert und das Vorschubgetriebe den Halt verliert. Ordentlich aufgewickelte Spulen wie die von SUNLU Filament vermeiden dieses Problem erheblich. Die Spulenposition sollte außerdem besser oben auf dem Extruderkopf (nach unten) platziert werden, damit das Extrudergetriebe das Filament mit möglichst geringem Drehmoment zieht. Die Filamentspule muss sich mit nur geringer Kraft frei bewegen lassen.
- Minimieren Sie die Druckunterstützung so weit wie möglich
TPU-Filament eignet sich nicht gut zum Drucken von Brücken oder Überhängen. Es ist zwar möglich, Stützen hinzuzufügen, aber das Oberflächenergebnis ist nicht schön. Versuchen Sie, Stützen, lange Brücken oder steile Überhänge zu vermeiden, wenn Sie ein 3D-Modell für den TPU-Druck vorbereiten.
- Nachbearbeitung
Die 3D-gedruckten Objekte aus TPU-Material können nicht wie andere feste, harte Materialien geschliffen werden. Der einzige mögliche Vorgang ist die Verwendung von Wärmewerkzeugen wie einem beheizten Fräser oder einem Ofen. Zum Lackieren von TPU kann ebenfalls nur spezielle Farbe wie Gummifarbe verwendet werden.
Als flexibles und weiches Material wird TPU heute häufig im 3D-Druck verwendet, von Spielzeugen, Mode und Ersatzteilen für die Industrie bis hin zu Souvenirs. Aufgrund der begrenzten Glasübergangstemperatur von TPU ist es jedoch immer noch nicht mit Silikon vergleichbar.
Verwendung von TPU-Filament
Sie verwenden TPU-Filament nur für Objekte, die flexible Formen erfordern, wie z. B. kundenspezifische Bumper-Telefonhüllen, flexible Flip-Flops, vibrationshemmende Stoßstangen, Armbänder oder Uhrenarmbänder. TPU kann etwas hart sein, wenn es mit hoher Füllung gedruckt wird. Wenn Sie also ein sehr flexibles Modell drucken möchten, verwenden Sie entweder weicheres Material wie Filament mit Shore 85A oder reduzieren den Parameter Wand/Füllung. Seien Sie jedoch vorsichtig, da eine Reduzierung der Wanddicke leicht zu Schichtrissen führen kann.
Durch den Einsatz von Mehrkopf- oder Doppelkopf- oder Mehrmaterial-3D-Druck können einzigartige Kombinationen aus harten Materialien wie PLA/PETG und TPU erzeugt werden. Mit kreativen Ideen sind die Möglichkeiten des 3D-Drucks endlos.
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