Das niederländische Unternehmen Bond3D hat ein 3D-Druckverfahren entwickelt, mit dem der 3D-Druck von PEEK-Material nahezu ohne Hohlräume gelingen soll. Beim druckkontrollierten Extrusionsprozess von Bond3D soll sich das gedruckte Filament in Enddichten von über 99 % absetzen. Eine erste Charge von acht produktionsreifen Druckern ist für ist für dieses Jahr geplant.

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Das niederländische 3D-Druck-Start-up Bond3D hat laut einer Pressemitteilung von Bond3D auf der formnext 2021 seine hohlraumfreie 3D-Druck-Technologie präsentiert. Das Unternehmen erklärt, funktionale Endverbrauchsteile mit Hochleistungspolymeren wie PEEK in 3D drucken zu können, ohne die inhärenten Eigenschaften des Materials zu verlieren. Etwa vor einem Jahr hat das 3D-Druck-Unternehmen Zortrax und die Europäische Weltraumorganisation ESA entwickeln 3D-Drucktechnologie für PEEK-Polymermischungen.

3D-Druck mit PEEK

Beim druckkontrollierten Extrusionsprozess von Bond3D soll sich das gedruckte Filament in Enddichten von über 99% absetzen. Die entstehenden isotropen Teile behalten die Schütteigenschaften ihres Grundmaterials, die jenen im Spritzguss hergestellten ähnlich sind.
PEEK gehört zur Familie der Polyaryletherketone (PAEK). Das Allround-Material findet wegen der Kombination aus hoher Festigkeit und Biokompatibilität mit chemischer Beständigkeit und ausgezeichneter thermischer Stabilität seinen Einsatz in fast allen kritischen Industrien.

Querorientierung benachbarter Bedruckstoffschichten
Querorientierung benachbarter Bedruckstoffschichten für ausreichende Festigkeit in der (horizontalen) xy-Ebene führt zu einer relativ kleinen Kontaktfläche (erkennbar an den gelben Flächen rechts), was zu einer geringeren Festigkeit in (vertikaler) z-Richtung führt (Bild © Bond3D).

Es ist schwer, PEEK so mit 3D-Druck zu verarbeiten, dass es seine mechanischen Eigenschaften beibehält. Durch die kreisförmigen Druckdüsen haben die benachbarten Schichten aus extrudiertem PEEK oft begrenzte Kontaktflächen zwischen sich. Entstehende Hohlräume innerhalb der Teile führen zu geringerer Dichte bei 3D-gedruckten PEEK-Komponenten als bei ihren Pendants aus Schüttgut. Werden Teile mit herkömmlichen PEEK-3D-Druckern hergestellt, liegt die Teiledichte laut Bond3D lediglich bei 85 % und führt zu einer geringeren Festigkeit in Z-Richtung.

Querschnitt eines gedruckten PEEK-Produkts, der die gedruckten Stränge zeigt, die aus der Ebene kommen
Querschnitt eines gedruckten PEEK-Produkts, der die gedruckten Stränge zeigt, die aus der Ebene kommen, Vergleich normaler FFF-3D-Drucker (2a) und Bond3D-Methode (2b)(Bild © Bond3D).

Details zur 3D-Druck-Lösung von Bond3D

Die Lösung von Bond3D extrudiert Material, bis alle Hohlräume zwischen den gedruckten Linien gefüllt sind. Das System setzt den Materialfluss so lange fort, bis der Druck im Schmelzbad direkt unter der Düse einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Der Wert wird aus der auf die Düse selbst ausgeübte Aufwärtskraft abgeleitet. Ist die Schwelle überschritten, sind die vorherigen Schichten vollständig verklebt und es muss kein weiteres Material extrudiert werden. Bond3D entschied sich zu einer empfindlichen kraftsensorbasierten Implementierung, bei der der Druckkopf über eine biegesteife, reibungs- und hysteresefreie Baugruppe an der Gantry montiert ist.

Laut Bond3D lassen sich damit Teile herstellen, die „praktisch frei“ von mikrostrukturellen Hohlräumen sind, mit einer Teiledichte von über 99 %. Interne Tests an gedruckten Proben ergaben Streckgrenzen von 99 MPa und Gasdruckfestigkeiten im Bereich von 115 bar bei Wandstärken von nur 1,4 mm. Das erhöht nicht nur die mechanische Festigkeit von mit PEEK in 3D gedruckten Teilen, sondern wirkt sich auf Flüssigkeitstransporteigenschaften aus, die für jede Art von Rohrleitungen oder Verteilerkomponenten entscheidend sind.

3D-Druck-Systeme für PEEK-3D-Druck
Die aktuelle Entwicklung bei Bond 3D erfolgt mit drei Funktionsmodellgepdruckern (Abbildung 9). Eine erste Charge von acht produktionsreifen Druckern ist für dieses Jahr geplant (Abbildung 10)(Bild © Bond3D).

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