Informationen zur Verwendung von TPU im 3D Druck

Der Kunststoff TPU

Thermoplastisches Elastomer auf Urethanbasis (TPU) gehört zur Polymergruppe der thermoplastischen Elastomere (TPE’s). Es sind Polymere, die bei Raumtemperatur über elastisches Verhalten verfügen und sich dabei wie klassische Elastomere (Gummi) verhalten. Bei der Erwärmung der Polymere ist dann eine plastische Verformung möglich. Es handelt sich um Mehrphasensysteme mit einer thermoplastischen Hartphase und einer elastomeren Weichphase. Diese beiden Phasen können im Polymer als Molekülsegmente (Block- Copolymere) in heterogener Phasenverteilung von Elastomeren und Thermoplasten (Polymerblends) vorliegen. Die physikalischen Eigenschaften, wie Härte, E- Modul und Einsatztemperatur hängen sehr wesentlich vom Verhältnis zwischen harten und weichen Phasen ab. Die weichen Segmente befinden sich bei Gebrauchstemperatur oberhalb, die harten Segmente dagegen unterhalb der Glastemperatur bzw. der Schmelztemperatur. Die Hartsegmente wirken als physikalische Vernetzungsstellen innerhalb der elastomeren Weichphase. Es entsteht ein reversibles Netzwerk, das dem TPE die Fähigkeit gibt, wiederholt aufschmelzbar und damit verarbeitbar zu sein. Es wird zwischen Shore- Härte A und D unterschieden.  Üblicherweise werden die Angaben, die auf die Shorehärte A bezogen und mit Werten von 5 – 90 (etwa Härte von PE-LD) verwendet. TPU –Filamente sind thermoplastische Urethanelastomere und sind als abwechselnde Blockpolymere aufgebaut.

TPE‘s verfügt über ausgezeichnete physikalische Eigenschaften

• Elastisch und dehnbar mit geringem E- Modul (abhängig von der Shore- Härte)
• Physikalisches Netzwerk ist durch geeignete Chemikalien auflösbar
• Thermoplastische Verarbeitbarkeit
• Gute Einfärbarkeit, abhängig von der Materialtype hohe Transparenz möglich.
• Gute Witterungsbeständigkeit
• Hohe UV- Stabilität

Drucken mit TPU

Es lässt sich bei 190 – 220 °C auch ohne Drucktischbeheizung drucken. Solche flexiblen TPU- Filamente sind für Anwendungen in einem System mit Bowdenschlauch nur bedingt geeignet. Optimal ist es, wenn sich die Materialzuführung direkt über dem Druckkopf befindet. Die Härtegrade werden in Shore- Härte angegeben und liegen für gummiartige Filamente bei 30 – 40. Ab Werten größer 40 gelingt dann auch ein Drucken mit Bowdenschlauch recht gut.

TPU- Filament ist eines der beliebtesten FDM/FFF- Druckmaterialien für flexible gummiartige Produkte. Grundsätzlich kann auch ohne einen beheizten Drucktisch gearbeitet werden, die Druckergebnisse verbessern sich aber bei Einstellung einer Heiztemperatur von 0 – 50 °C.

Bei Problemen mit der Haftung auf der Druckplatte gibt es verschiedene Möglichkeiten der Beschichtung der Druckplatte. Eine Beheizung des gesamten Bauraumes des 3D- Druckers ist für TPU nicht erforderlich, da ein sehr geringer Schrumpf (Warping) der gedruckten Bauteile bei deren Abkühlung zu verzeichnen ist.

Die Verarbeitungstemperatur von TPU ist mit 190 – 220 °C zu empfehlen.

Die Verarbeitungstemperaturen für TPU- Filamente unterschiedlicher Hersteller schwanken in gewissen Grenzen und werden unter anderem beeinflusst durch:

• Den verwendeten Druckertyp
• Das TPU- Polymermaterial
• Die Druckgeschwindigkeit
• Die Komplexität des Druckobjektes

Die Haftung der ersten Druckschicht auf der Druckplatte ist von grundsätzlicher Bedeutung. Hier kann am Haftgrund (Klebeband), aber auch mit den Druckbedingungen eine gute Startbasis gesetzt werden.