Ein häufiges Problem des FDM-3D-Drucks ist es, dass die isotrope Festigkeit zwischen den einzelnen Schichten nicht ausreichend ist, um auch aller höchste Anforderungen an FDM-gedruckte Teile zu erfüllen. Um das zu ändern, haben sich mehrere Unternehmen zusammengetan, neue Lösungen zu entwickeln. Gemeinsam testeten sie eine Polyimid-Formulierung, die bessere Festigkeit und Bruchdehnung möglichen soll.

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Werden Teile mit dem Fused Deposition Modeling-Verfahren gedruckt, dann ist der Mangel an isotroper Festigkeit zwischen den Schichten häufig ein Problem. Eine Gruppe von Unternehmen, bestehend aus Zymergen, Hexagon, 3D4Makers und AON3D hat gemeinsam eine neue Polyimidformulierung getestet, wie 3D4Makers in einer Pressemitteilung erklärt. Unterstützt wurden sie dabei von Expertise Centre Additive Manufacturing (ECAM) der Royal Netherlands Navy. Die neue Materialformulierung konnte einer Belastung von 432 Kilogramm standhalten.

Bessere Festigkeit und Bruchdehnung

3D-Druck mit Polyimid von Zymergen
Mehrere Unternehmen kooperierten, um eine hohe Isotropie und Festigkeit in einer neuen Polyimidformulierung zu demonstrieren (im Bild: 3D-gedrucktes Teil)(Bild © 3D4Makers).

Das Polyimid ist deutlich stärkeres Thermoplast als das Polyamid (Nylon). Es wurde von Zymergen hergestellt. Mit einem AON M2+ Hochtemperatur-3D-Drucker gelang es den Unternehmen, eine Verzurrhalterung aus Z2 Polyimid mit einem ähnlichen Zugmodul wie dem 3D-Druck-Material ULTEM 9085 von SABIC zu drucken. Das Filament von Zymergen weist bessere Festigkeit und Bruchdehnung auf, was auf eine insgesamt verbesserte Zwischenschicht-Schweißfestigkeit und Teilisotropie hindeutet, als dies bei ULTEM der Fall ist.

Das Team simulierte die Komponentenleistung in Hexagons Digimat AM-Software. Es sagte einen Bruch über mehrere Schichten statt über eine einzelne Schicht hinweg voraus. Nachdem es 432 kg standgehalten hatte, brach es an zwei Stellen durch mehrere Schichten, wie es von Digimat angekündigt wurde. Da die Komponente nicht nur durch Schweißnähte zwischen den Schichten brach, konnte das Team validieren, dass das Z2 Polyimid eine extreme Isotropie für FDM-Polymerteile aufweist.

ULTEM ist aktuell das am weitesten verbreitete 3D-Druck-Polymer für Hochleistungsteile in der Luft- und Raumfahrt. Die Unternehmen gehen davon aus, dass  Z2 Polyimid, wenn dies die Entflammbarkeitsanforderungstests von UL94 V0 und FAR 25.853 bestanden hat, eine Alternative zu ULTEM werden könnte.

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