Das kanadische 3D-Druck-Unternehmen Fortis3D hat mit PK-GF20 und PA-GF20 zwei neue 3D-Drucker-Materialien für die industrielle Anwendung präsentiert. Die neuen verstärkten Filamente aus Polyamid (PA) und Polyketon (PK) sollen stärker als andere sein und einen geringeren Glasfasergehalt aufweisen. Wir stellen sie vor.
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Das 3D-Drucker-Unternehmen Fortis3D aus Kanada brachte im vergangenen Oktober 2022 einige neue thermoplastische Filamente auf den Markt. Jetzt gibt das Unternehmen die Einführung zwei neuer 3D-Drucker-Materialien für die industrielle Anwendung bekannt. Das Unternehmen stellt außerdem zu PA-GF20 und PK-GF20 eine detaillierte Analyse der Materialeigenschaften bereit. Die neuen verstärkten Filamente aus Polyamid (PA) und Polyketon (PK) sollen stärker als andere sein und einen geringeren Glasfasergehalt aufweisen.
Wayne Lam, Business Manager bei Fortis3D, sagte:
„Wir haben festgestellt, dass die meisten faserverstärkten Filamente auf dem Markt relativ starke und steife Teile herstellen können, aber sie sind bei weitem nicht so stark wie herkömmliche faserverstärkte Harze für den Spritzguss. Außerdem wollten wir hochfeste Werkstoffe mehr Anwendern zugänglich machen und nicht nur solchen mit teuren Industriemaschinen. Mit Blick auf beide Ziele haben wir diese beiden Materialien so entwickelt, dass sie die stärksten auf dem Markt sind und es sogar Benutzern mit Midrange-Druckern ermöglichen, sehr hochfeste Teile herzustellen.“
PA-GF20 und PK-GF20
Die neuen Materialien PA-GF20 und PK-GF20 von Fortis3D sind mit zerkleinerten Glasfasern verstärkt und eignen sich für den 3D-Druck von Hochleistungs-Funktionskomponenten. Durch ihre überragende mechanische Festigkeit und hohe Beständigkeit gegen Chemikalien, hohe Temperaturen, Stöße und Verschleiß können sie auch rauen Umgebungen standhalten, verspricht der Hersteller. Anwender können damit industrielle Endverbrauchsteile und verschiedenste Vorrichtungen herstellen.
PA GF20: eines der „stärksten“ faserverstärkten PA-Filamente
In der Industrie werden kurze (100-300 µm) gemahlene Glasfasern eingesetzt und in verschiedene Harze eingearbeitet. Trotz guter Festigkeit und Bedruckbarkeit können diese spröde sein. Geschnittene Glasfasern sind mit 3 mm länger, bewahren eine größere Zähigkeit des Basiskunststoffmaterials und bieten eine hohe Festigkeit, sind aber schwieriger zu integrieren. Während des Compoundierungsprozesses werden beide Faserarten eher stärker abgebaut, wodurch kürzere Fasern im Endprodukt sind. Um den Faserbruch zu minimieren, sind Vorsichtsmaßnahmen während der Verarbeitung notwendig.
Fortis3D optimierte die Faserbeladung und Verarbeitungsvariablen, wodurch eines der „stärksten“ faserverstärkten PA-Filamente der Branche mit einer geringeren Glasfaserbeladung entstanden sein soll. Weniger Glasfaserbeladung führt wiederum zu verbesserter Bedruckbarkeit, Oberflächenbeschaffenheit und Düsenverschleiß. Ein chemischer Haftvermittler, der die Haftung zwischen den Glasfasern und der Polymermatrix verstärkt, sorgt nach der Konditionierung für die hohe Zugfestigkeit von 78 MPa. Die Beibehaltung der Zugfestigkeit liegt so bei über 90 % im Vergleich zum Spritzguss. Das Material ist laut Fortis3D robuster als die glas- und kohlefaserverstärkten Nylonmaterialien anderer Hersteller.
| Fortis3D PA-GF20 | Wettbewerber 1 (PA6GF) | Wettbewerber 2 (PA6CF) | Konkurrent 3 (Pa6CF) | |
| Zugfestigkeit bei Streckgrenze (MPa) | 78 | 63 | 63 | 56 |
| Biegefestigkeit (MPa) | 90 | 72 | 84 | 62 |
| Biegemodul (MPa) | 2600 | 3600 | 3700 | 2400 |
| HDT/0,45 MPa (°C) | 200 | 186 | 147 | 162 |
PK-GF20: vergleichbar mit kohlenstoff- oder glasfaserverstärktem Nylon
Polyketon (PK), ein Terpolymer aus Propylen, Ethylen und Kohlenmonoxid, hat ähnliche Eigenschaften wie PA12, bietet aber eine reduzierte Feuchtigkeitsaufnahme, höhere Chemikalien- und Schlagfestigkeit sowie reduziertere Reibungs- und Verschleißeigenschaften. Verglichen mit Nylon behält es die mechanische Festigkeit nach der Feuchtigkeitsaufnahme bei. Die PK-Produktion erzeugt bis zu 60 % weniger CO2 als die Nylon-Produktion. Es ist jedoch sehr schwierig, unabhängig zu drucken, da es Probleme wie übermäßigen Verzug und fehlende Haftung an den meisten Bettklebern und -Materialien mit sich bringt.
Die proprietäre Formulierung von Fortis3D soll das Verziehen drastisch reduzieren und macht das Filament mit den meisten Bettmaterialien nur mit PVA-Kleber kompatibel. Für bessere Festigkeit und Steifigkeit wurden geschnittene Glasfasern ergänzt, was zu einem Material führte, das mit kohlenstoff- oder glasfaserverstärkten Nylons in der Industrie vergleichbar sein soll, ohne die Gefahr einer übermäßigen Feuchtigkeitsaufnahme. Im Vergleich zu typischen PA6GF-Filamenten ist die Feuchtigkeitsaufnahme um 70 % geringer.
| Fortis3D PK-GF20 | Wettbewerber 1 (PA6GF) | Wettbewerber 2 (PA6CF) | Konkurrent 3 (Pa6CF) | |
| Zugfestigkeit bei Streckgrenze (MPa) | 65 | 63 | 63 | 56 |
| Biegefestigkeit (MPa) | 68 | 72 | 84 | 62 |
| Biegemodul (MPa) | 1800 | 3600 | 3700 | 2400 |
| HDT/0,45 MPa (°C) | 190 | 186 | 147 | 162 |
Druckrichtlinien beider Materialien
| PA-GF20 | PK-GF20 | |
| Düsentemperatur | 270–290°C | 270–290°C |
| Betttemperatur | 70-90°C | 70-90°C |
| Druckgeschwindigkeit | ≥80 mm/s | ≥60-100 mm/s |
| Düsendurchmesser | ≥0,4 mm | ≥0,4 mm |
| Schichthöhe | ≥0,2 mm | ≥0,2 mm |
Die neuen Filamente sind ab dem 3. April 2023 erhältlich.