3D-Druck-Materialien Neun neue Werkstoffe für die additive Fertigung

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Kunststoffproduzenten entwickeln immer neue Materialien für 3D-Druck-Systeme mit offener Materialplattform. Darüber hinaus qualifizieren 3D-Drucker-Hersteller neue Materialien für ihre Fertigungssysteme oder entwickeln anwendungsspezifische Werkstoffspezialitäten. Wir stellen die jüngsten Entwicklungen vor.

Nachhaltiges PET-Material für Filamente und Granulate

Lehvoss hat seine Produktlinie für den 3D-Druck um ein eco-Material erweitert. Luvocom 3F eco PET besteht zu 90 Prozent aus recyceltem PET – der gegenwärtig höchsten am Markt bekannten Recyclingquote. Wie Lehvoss mitteilt, kann das nachhaltige Material sowohl im FFF- (Fused Filament Fabrication) als auch im FGF- (Fused Granulate Fabrication) Verfahren eingesetzt werden. Wie alle Produkte aus der Produktlinie Luvocom 3F soll es eine sehr gute Verarbeitbarkeit bei ebenso sehr guten Produkteigenschaften besitzen. Zu den Einsatzbereichen zählt die Fertigung von funktionalen Prototypen und Serienteilen in zahlreichen Industrien. Dazu gehört neben dem Maschinen- oder Automobilbau auch die Medizintechnik.

Lasersinter(SLS)-Pulver mit niedriger Drucktemperatur

Der amerikanische 3D-Drucker-Hersteller 3D Systems und der schweizer Hersteller von Hochleistungspolymeren EMS-Griltech haben gemeinsam ein neuartiges Polyamid-Copolymer für das Selektive Lasersintern (SLS) entwickelt. Wie 3D Systems mitteilt, besitzt Duraform PaX ähnliche Eigenschaften wie spritzgegossene Kunststoffe und zeichnet sich durch eine hohe Schlagzähigkeit bei hoher Bruchdehnung in jede Richtung aus. Da der Werkstoff für das Drucken bei niedrigen Temperaturen (d. h. 120 °C) entwickelt wurde, verkürze sich die Zykluszeit im Vergleich zu anderen Polyamid-Materialien wie PA-11 und PA-12 erheblich. Duraform PaX Natural weise außerdem hohe Wiederverwendungsraten auf – empfohlen wird eine Auffrischungsrate von 30 Prozent. Das Polyamid-Copolymer soll mit jedem handelsüblichen SLS-Drucker verarbeitbar sein. Geeignet ist es für Anwendungen wie orthopädische Hilfsmittel, Werkzeuggriffe, Schienen, Klammern, Scharniere, Flüssigkeitsbehälter und Gehäuse. Werden die Teile durch Dampfhonen nachbearbeitet, sollen sie sich durch eine hervorragende Lichtdurchlässigkeit und eine glatte Oberfläche auszeichnen.

CFK-Filament für den Zwei-Komponenten-FDM-Druck

Der Kunststoffspezialist hat mit igumid P190 ein neues Filament für den 3D-Druck entwickelt, das durch die Verstärkung mit Kohlefaser extrem steif und fest ist. Wie Igus mitteilt, wurde igumid P190 speziell als Materialpartner für das tribofilament iglidur i190 im Zwei-Komponenten-3D-Druck entwickelt. Während sich iglidur i190 dank der im Werkstoff inkorporierten Festschmierstoffe durch seine hohe Verschleißfestigkeit und exzellente Lebensdauer auszeichnet, soll das faserverstärkte Filament eine zweimal so hohe Festigkeit und fünfmal höhere Steifigkeit als der Iglidur-Werkstoff bieten. Zum Einsatz könnten die 2K-Bauteile beispielsweise in Greifern kommen. Diese würden dann über einen biegefesten Körper und gleichzeitig flexible Greifflächen für einen sicheren Griff verfügen.

Mit seiner geringen Dichte von 1,25 g/cm³ kann igumid P190 auch einzeln für hochstabile Strukturbauteile oder Sonderanschlusselemente für Energieketten verwendet werden. Laut Igus haben Versuche nach DIN EN ISO 178 im hauseigenen Labor gezeigt, dass das Filament eine Biegefestigkeit von bis zu 237 MPa und ein Biege-E-Modul von 11,5 GPa (flach gedruckt, Drucklinien nach optimaler Festigkeit ausgerichtet, Füllrichtung optimiert) aufweist.

Kunststoffpulver für das Lasersintern entwickeln

Mit der Einführung des Material-Developer-Upgrades bietet der Schweizer 3D-Drucker-Hersteller Sintratec eine neue Softwarefunktion für seine Lasersintermaschine Sintratec S2, die Möglichkeiten für die Materialforschung und -entwicklung eröffnet. Wie Sintratec mitteilt, können Konfigurationen in jedem Schritt des Prozesses vorgenommen werden - von der digitalen Teilevorbereitung bis zu verschiedenen Schritten während des Druckes. So besteht für den Anwender die Möglichkeit, insgesamt über 100 Parameter anzupassen. Dazu gehören Slicing-Einstellungen, das Verhalten beim Aufbringen der Schichten, die Laserleistung, die Steuerung der Heizzonen und vieles mehr. Als Highlight sollen die Benutzer die Strategie des Laserpfads mit Skripten vollständig anpassen können.Dank der Modularität des Sintratec-S2-Systems ist eine gleichzeitige Entwicklung mehrerer Materialien möglich.

Strahlenundurchlässiges Polyjet-Material

Die Stratasys-Drucker der Digital-Anatomy-Serie können visuelle Vollfarbmodelle und biomechanisch realistische Funktionsmodelle erstellen, die weltweit für Trainingssimulationen, präoperative Planungen und die Entwicklung medizinischer Hilfsmittel eingesetzt werden. Nun hat das Unternehmen das 3D-Druck-Material Radiomatrix für den Polyjet-3D-Drucker J850 Digital-Anatomy entwickelt. Das Material bietet die Möglichkeit, anatomische Modelle zu drucken, die beim Röntgen und CT radiorealistische Eigenschaften aufweisen. Um verschiedene Anatomien nachzuahmen, können die Röntgenopazitätswerte von -30 bis 1.000 Hounsfield Units (HU) gesteuert werden.

Leitfähige Hybridtinten für den Inkjet-Druck

Das INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien hat leitfähige Metall-Polymer-Tinten für den Inkjet-Druck vorgestellt. Wie das INM mitteilt, bestehen die Hybridtinten aus Goldnanopartikeln, die mit leitfähigen Polymeren beschichtet sind, sowie Wasser oder anderen polaren Lösemitteln. Sie eignen sich zum Drucken von leitfähigen Strukturen beispielsweise auf dünnen Polymerfolien, Papier oder Textilien. Eine anschließende thermische oder UV-Behandlung ist hier nicht mehr nötig. Standard-Metalltinten hingegen erfordern ein Sintern nach dem Inkjetdruck, um leitfähig zu werden.

Die vom INM vorgestellten Tinten eignen sich unter anderem für flexible Photovoltaik, Beleuchtung, Touchscreen-Elektronik, tragbare Geräte, Großflächenheizungen, Sensoren und 3D-Konformantennen. Da die Tinten auf Goldnanopartikeln mit guter Biokompatibilität und geringer Toxizität basieren, sollen sie auch für biomedizinische Anwendungen geeignet sein.

Tribo-Werkstoff für das Digital Light Processing (DLP)

Igus führt mit Iglidur i3000 ein Photopolymer speziell für die additive Fertigung von Verschleißteilen im Millimeterbereich ein. Das Tribo-Harz ist für das Digital Light Processing (DLP)-Verfahren geeignet.Mit diesem 3D-Druck-Verfahren können winzige Bauteile additiv gefertigt werden, die ohne Nachbehandlung eine äußerst glatte Oberfläche besitzen. Feinste Details und sogar innere Kanäle lassen sich einfach realisieren. Bei Verwendung des neuen Photopolymers können Nutzer dieser 3D-Druck-Technik nun von der Tribo-Technologie von Igus profitieren. Der Wartungsaufwand für Schmierarbeiten liegt bei den additiv hergestellten Bauteilen bei null. Denn in das Material sind mikroskopisch kleine Festschmierstoffe integriert, die sich bei Bewegung selbstständig freisetzen.

Nickellegierung für Metallextrusion qualifiziert

Inconel 625 (IN625) ist eine Hochleistungs-Nickellegierung, die für ihre hohe Festigkeit, Temperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit bekannt ist. Die hohe Festigkeit macht den Werkstoff aber auch schwer verarbeitbar. Wie Desktop Metal mitteilt, steht Inconel 625 nun für die additive Fertigung im Bound Metal Deposition (BMD)-Verfahren auf dem Studio System 2 zur Verfügung. Das bietet Anwendern die Möglichkeit, Hochleistungbauteile in kleinen Mengen als Prototypen und Endanwendungen direkt zu drucken und zu sintern. Anwendungen sind in der Luft- und Raumfahrt, der chemischen Industrie und der Offshore-Energieindustrie denkbar. Zusätzlich zu IN625 können auf dem Studio System 2 die Titanlegierung Ti6Al4V (Ti64), Kupfer, 4140, zwei Werkzeugstähle (H13 und D2) und zwei rostfreie Stähle (17-4PH und 316L) additiv verarbeitet werden.

Vier neue Metallpulver für das Laserstrahlschmelzen (SLM)

Mit zwei rostfreien Stählen, einem Werkzeugstahl und einer Nickellegierung erweitert EOS das Metallpulver-Portfolio für die additive Fertigung. Die vier neuen Metallwerkstoffe wurden speziell für die Laserstrahlschmelzanlage EOS M 290 entwickelt und optimiert. Wie EOS mitteilt, haben die Metallpulver eine TRL 3 Core-Klassifizierung. Damit erhalten Kunden einen frühen Zugang zu neuester Technologie, die sich noch in der Entwicklung befindet. Die vier Metallpulver im Detail:

• EOS StainlessSteel 254 ist ein austenitischer Edelstahl, der mit einem 40/60-µm Prozess angeboten wird. Die hohe Chrom-, Molybdän- und Stickstofflegierung sorgt laut EOS für eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit. Der Werkstoff weise zudem ausgezeichnete Spannungsrisskorrosion und Beständigkeit gegen gleichmäßige Lochfraß- und Spaltkorrosion auf. Er besitzt eine höhere Festigkeit als herkömmlicher austenitischer Stahl. Daher eignet sich der Werkstoff besonders für die Anwendung in Anlagen zur Handhabung von chloriertem Meerwasser, Anlagen zur Zellstoff- und Papierherstellung sowie Anlagen zur Handhabung von Chemikalien.

• EOS StainlessSteel SuperDuplex ist ein austenitisch-ferritischen Duplex-Edelstahl mit Superduplex-Eigenschaften. Ihn gibt es mit einem 40/80-µm Prozess. Seine hohe Chrom-, Molybdän- und Stickstofflegierung sorge ebenfalls für eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit. Gleichzeitig sei er beständig gegen Gleichmäßigkeits-, Loch- und Spaltkorrosion und ermögliche eine hohe Festigkeit. Der Werkstoff eignet sich besonders für Anwendungen in der Öl- und Gasindustrie, in Anlagen zur Zellstoff- und Papierherstellung sowie für Bergbau- und Offshore-Ausrüstung.

• EOS ToolSteel CM55 ist ein kobaltfreier, ultrahochfester und hochharter Stahl für den Werkzeug- und Maschinenbau. Es gibt ihn mit einem 40/80-µm Prozess. Nach Angaben von EOS bilden seine Legierungselemente und der moderate Kohlenstoffgehalt ein starkes und stabiles Gefüge für anspruchsvolle Anwendungen und für den Einsatz bei erhöhten Temperaturen. Typische Anwendungen sind daher Kalt- und Warmarbeitswerkzeuge, Antriebsstrangkomponenten und Teile für den Maschinenbau.

• Bei EOS NickelAlloy HAYNES 282 handelt es sich um eine ausscheidungsgehärtete Nickelbasis-Superlegierung, die eine einzigartige Kombination aus Hochtemperaturfestigkeit, thermischer Stabilität, guter Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit, einfacher Verarbeitbarkeit und ausgezeichneter Schweißbarkeit bieten soll. Sie wurde für Hochtemperatur-Strukturanwendungen entwickelt und wird unter Lizenz von Haynes International Inc. hergestellt. Typische Anwendungen reichen von Bauteilen für Luft- und Raumfahrt und Raketentriebwerke über Turbomaschinen und Gasturbinenteile bis hin zu Bauteilen für die Energieindustrie.

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