PEEK-Filament Wiki – Kostenloses Kompendium zum 3D-Druck mit PEEK

Was ist PEEK-Filament? Welche Eigenschaften hat PEEK? Für wen eignet sich PEEK-Filament und wann nutze ich es? Unser PEEK Wiki gibt Antwort auf alle Fragen zum 3D-Druck mit PEEK. Es zeigt die Vor- und Nachteile von PEEK, zeigt Anwendungsbeispiele, gibt Tipps für die ersten Schritte mit PEEK und zeigt außerdem welche 3D-Drucker PEEK drucken können. Das ist das umfangreiche und kostenlose Kompendium zum PEEEK-3D-Druck von den Experten des 3D-grenzenlos Magazins.

PEEK-Filament

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Einführung

Immer mehr Unternehmen setzen für den 3D-Druck das PEEK-Filament ein. Das PEEK-Polymer (Polyetheretherketon) gilt als eines der besten Kunststoffe in der 3D-Branche und ist ein organisches thermoplastisches und farbloses Polymer, welches unter allen Thermoplasten einige der besten Ergebnisse weltweit erzielt. PEEK ist Teil der PAEK (Polyaryletherketon)-Familie.

Da das PEEK-Filament über eine breite Palette einzigartiger Eigenschaften verfügt, ist es ein interessantes Material für eine Reihe diverser Branchen. PEEK wurde bereits von Branchen wie der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Öl- und Gasindustrie sowie der Medizin als eines der Hauptfilamente angepriesen. Inzwischen gilt das PEEK-Filament als die perfekte Wahl für spezielle Konstruktionen, bei denen die Herstellung von Prototypen mit traditionellen Techniken und Metall schwierig ist, aber auch für die Herstellung in kleinen Stückzahlen.

 

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Diese Text wird fortlaufend aktualisiert. Der Text wurde zuletzt am 31.01.2021 aktualisiert. Der Text erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit, soll aber eine umfangreiche und stetig wachsende Informationssammlung zu PEEK-Filament aufbauen und die kostenlose Informationsrecherche ermöglichen. Helfen Sie mit und melden Sie uns ggf. Fehler oder weitere Informationen.

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Eigenschaften von PEEK

PEEK hat eine Temperaturbeständigkeit, die bis zu 260 Grad Celsius beträgt. Dadurch kann das PEEK-Filament in vielen Anwendungsbereichen eingesetzt werden, wo Geräte mit einer extremen Temperaturbeständigkeit gefragt sind. Zudem kann PEEK auch mit hohem Druck, Gasen und ätzenden Flüssigkeiten sehr gut umgehen. Das Material findet auch in medizinischer Industrie immer häufiger seine Anwendung, da es leicht zu sterilisieren ist und eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme aufweist.

Beim 3D-Druck mit PEEK muss seine Kristallisierung kontrolliert werden, weil sich ein Teil des Materials kristallisiert und es dadurch zur Veränderung der Dichte kommt. Daher müssen Temperaturschwankungen dringend vermieden und hohe Temperaturniveaus des Gehäuses, der Platte und Extrusion aufrechterhalten werden. Um mit dem hochtemperaturbeständigen PEEK-Filament zu drucken, muss ein 3D-Drucker mit einem Extruder vorhanden sein. Dieser muss in der Lage sein, mindestens 400 Grad Celsius zu erreichen. Außerdem ist eine auf 230 Grad Celsius beheizte Heizplatte sowie ein auf 120 Grad beheiztes Gehäuse notwendig, um Verformungen zu vermeiden und das gedruckte Objekt einfach entfernen zu können.

PEEK gilt als ein sehr anspruchsvolles Material, bietet aber sehr interessante chemische und mechanische Eigenschaften für die industrielle Anwendung. Es hat dielektrische (nicht elektrisch leitende) Eigenschaften, ist sterilisierbar, hat eine hohe chemische Beständigkeit und ist sehr verschleiß- und hitzefest. Zudem wird Polyetheretheretherketon häufig als Ersatz für bestimmte Metalle angewendet und bietet ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis. Seine Eigenschaften werden durch die schwierige Entflammbarkeit abgerundet, was das Material insbesondere für Sektoren wie die Luft- und Raumfahrt interessant macht. Hier müssen bestimmte Objekte nämlich hohen Rauch- und Brandentwicklungsanforderungen gerecht sein.

Anwendungsbereiche von PEEK

Aufgrund der guten Eigenschaften vom PEEK-Filament haben viele verschiedenen Märkte und Branchen den 3D-Druck mit PEEK als Methode zur Herstellung von Prototypen und Produktteilen eingeführt. Für den 3D-Druck gilt PEEK als ein Hochleistungsmaterial, das mit großer Präzision und Zuverlässigkeit hochwertige Endprodukte gewährleistet, die stark und langlebig sind und gleichzeitig gut aussehen.

Die aktuell drei wichtigsten und größten Branchen, in denen das PEEK-Filament zum Einsatz kommt, sind:

AutomobilindustriePEEK bringt der Automobilbranche eine Vielzahl von Vorteilen. Heute zählt der 3D-Druck mit PEEK-Filament zu einem weltweit sehr verbreiteten Verfahren, jedoch wird der PEEK-3D-Druck hauptsächlich zum Schutz von Drähten und Prototyping verwendet. Im Vergleich zu anderen, klassischen Arten des Schutzes von Drähten, stellt das Material eine leichtere Alternative dar. Die „leichten“ Eigenschaften vom PEEK-Filament tragen dazu bei, Fahrzeuge sparsamer und leichter zu machen. Gerade bei der neuen Generation von Elektrofahrzeugen kann das PEEK-Filament dazu beitragen, die Elektronikleistung dieser Fahrzeuge zu verbessern.
Luft- und RaumfahrtMittlerweile gibt es viele extrudierte Formen des PEEK-Polymers, wie beispielsweise gezogene Fasern und gewundene Schläuche. Diese können als leichtes Drahtmanagementprodukt verwendet werden. Ein mit PEEK hergestelltes bzw. 3D-gedrucktes Draht kann eine sehr hohe Abriebfestigkeit gewährleisten, die als Drahtbeschichtung auf geflochtenen oder festen Leitern angewendet werden kann.
MedizinDas PEEK-Filament kommt bevorzugt auch in der Medizinindustrie zum Einsatz, da es eine Reihe von Vorteilen mit sich bringt. Es hat einen engen Biegeradius innerhalb dünner Wände und eine gute Säulensteifigkeit, was es ideal zum Manövrieren von Kathetern macht. Zudem wird das PEEK auch in medizinischen Implantaten eingesetzt, da das Material als fortschrittliches Biomaterial gilt.

Vorteile von PEEK

+ Metallersatz
+ Hochtemperaturbeständig
+ Gewichtsreduzierung bis zu 80 %
+ Günstiger als das CNC-Fräsen
+ Höhere Materialausbeute im Vergleich zur Metallverarbeitung
+ Starke Belastbarkeit
+ Resistent gegenüber Chemikalien (bis zu einer bestimmten Temperatur)

Hauptvorteile im Detail:

Geringeres GewichtGenerell können mit den 3D-Druckthermoplasten relativ leichte Objekte erstellt werden, die trotzdem noch eine gute Stärke aufweisen. Im Vergleich zum Stahl beträgt das inhärente niedrige spezifische PEEK-Gewicht von 1,3 g/cm3 weniger als ein Sechstel des Stahlgewichts. In Verbindung mit dem verringerten Gewicht der hergestellten Teile kommt es in der Regel zu signifikanten Kostensenkungen, vor allem was die Installation, Logistik und die Wartungskosten angeht.
Verbesserte LeistungFür die verbesserte Leistung von gefertigten Teilen gibt es endlose Beispiele, darunter der Betrieb unter extremen chemischen Bedingungen, die Handhabung höherer Geschwindigkeiten oder Lasten, die Steigerung der Kraftstoffeffizienz sowie die Verlängerung der Lebensdauer durch die Korrosionsbeseitigung.
Niedrige RauchemissionWährend die Entflammbarkeit von PEEK ohne additive Zusätze sehr gering bleibt, ist auch die Rauchemission beträchtlich niedrig und gilt als die niedrigste aller Thermoplaste bei Verbrennung.
Größere GestaltungsfreiheitPEEK-Filamente bieten im Vergleich zu vielen anderen Materialien mehr Gestaltungsfreiheit und Vielseitigkeit bei der Verarbeitung. So können komplexe Geometrien ohne arbeitsintensive Nachbearbeitungsschritte erstellt werden. Dadurch sind die Ingenieure in der Lage, die Leistung der gefragten Produkte zu verbessern und gleichzeitig die gesamten Systemkosten zu reduzieren. Mit anderen Worten ausgedrückt: Es können sogar solche Objekte hergestellt werden, die nicht einmal mit dem Metall-3D-Druck produziert werden können.
Weniger AbfallBeim 3D-Druck mit dem PEEK-Filament entsteht nur minimaler Abfall. Im Vergleich zum Metall-3D-Druck trägt der 3D-Druck mit PEEK-Filament zur Steigerung der Materialeffizienz bei und wird dadurch oft in der Produktentwicklung angewendet. Thermoplastische Materialien und somit auch PEEK können mehrmals aufgeschmolzen und gehärtet werden. Eventuelle Abfälle, die bei der Herstellung entstehen, können auf diese Weise wiederverwendet werden, sodass es zu keiner Materialverschwendung kommt.

Nachteile von PEEK

Das PEEK-Material kann sehr hohen Temperaturen standhalten – sogar bis zu einer Temperatur von 200 Grad Celsius. Wird jedoch diese Grenze überschritten, kann PEEK Schwierigkeiten damit haben, Chemikalien wie Salpetersäure, konzentrierten Schwefel, Fluor, Chlor, Bromid sowie Nitrobenzol und Ketonen zu widerstehen. Die Polymerstruktur wird bei 145 Grad Celsius (Glasübergangstemperatur) gummiartig oder wirkt als viskose Flüssigkeit.

Auch wenn PEEK der UV-Strahlung ausgesetzt wird, kann es stark geschwächt werden. Eine Pigmentschicht aus speziellen Rußpartikeln, die auf das PEEK hinzugefügt wird, kann dieses Problem bekämpfen. Die Entflammbarkeit von PEEK bleibt jedoch auch ohne den Zusatz von Additiven gering.

Für den Druck mit PEEK-Filament wird ein leistungsstarker Hochtemperatur-3D-Drucker benötigt, was den 3D-Druck mit PEEK-Filament ziemlich teuer macht. Trotz des hohen Preises von PEEK, hat das Material einige erstaunliche Fähigkeiten im Vergleich zu anderen Materialien.

Anleitung zum 3D-Druck mit PEEK

Um mit dem PEEK-Filament drucken zu können, muss der 3D-Drucker gewisse Voraussetzungen erfüllen. Damit sind hauptsächlich die Hardware sowie die Druckparameter gemeint. Bei der Hardware gelten der Extruder, das Heizbett, die Druckplatte sowie der Bauraum als die wichtigsten Bestandteile für den 3D-Druck mit dem PEEK-Filament.

  • Der Extruder, vor allem das Hotend, muss für Temperaturen von mindestens 400 Grad Celsius ausgelegt sein. Zudem muss ein Temperatursensor installiert sein, der mit hohen Temperaturen sicher und zuverlässig arbeiten kann. Das kann entsprechende Anpassungen an Firmware und Elektronik nach sich ziehen. Außerdem sollte im Extruder eine leistungsstarke Heizpatrone verbaut sein, um eine zuverlässige und schnelle Hitzezufuhr ohne große Schwankungen zu erreichen.
  • Ein besonders leistungsstarkes Heizbett ist eine weitere Voraussetzung für den 3D-Druck mit PEEK. Ebenfalls wichtig ist die Oberfläche der Druckplatte. Hier können einfache Glasplatten zum Einsatz kommen. Mit speziell behandelten Dauerdruckplatten werden bessere Druckergebnisse erzielt und das Warping vermieden.
  • Ein Drucker mit beheiztem Bauraum ist für einen erfolgreichen 3D-Druck von PEEK sehr wichtig. Die Mindestanforderung an die Temperatur beträgt 60 Grad Celsius, wobei mehr noch besser ist.

In puncto Druckparameter sind folgende Einstellungen wichtig:

  • Hotend-Temperatur zwischen 390 und 415 Grad Celsius liefert beste Druckergebnisse mit PEEK. Bei zu hohen Temperaturen kann der Extruder verstopft werden, da PEEK dazu neigt, schnell zu kristallisieren und wieder fest zu werden.
  • Temperatur des Heizbettes sollte bei den ersten Schichten auf 130 Grad Celsius eingestellt werden. Bei höheren Bauteilen sollte die Temperatur deutlich höher gesetzt werden (über 150 Grad Celsius). Nur so kann das bestehende Bauteil genügend aufgeheizt werden, damit die Schichten besser haften können. Dadurch wird außerdem auch das Warping reduziert.
  • Die Druckgeschwindigkeit sollte nicht auf das Maximum gesetzt werden, da bei langsamen Geschwindigkeiten genauere Druckergebnisse erzielt wurden. Hier empfiehlt sich eine Druckgeschwindigkeit von ca. 5 mm/s.

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5 Tipps zur Anwendung von PEEK-Filamenten

  • Die Temperatur kontrollieren und Temperaturschwankungen minimieren
  • Auf schwarze Flecken achten
  • Für eine saubere Düse sorgen
  • Kristallisation verhindern
  • Das PEEK-Filament trocken halten

PEEK vs. ABS – Gegenüberstellung der Materialeigenschaften

Materialeigenschaften von PEEKMaterialeigenschaften von ABS
  • Hervorragende Verschleißeigenschaften
  • Hohe chemische Beständigkeit
  • Niedriger Reibungskoeffizient
  • Geringe Feuchtigkeitsaufnahme
  • Hohe Abriebfestigkeit
  • Abrieb- und Korrosionsfest
  • Niedrige Wärmeleitfähigkeit
  • Gute chemische Beständigkeit
  • Ausgezeichnete ästhetische Eigenschaften
  • Gute Bearbeitungs- und Verarbeitungseigenschaften
  • Ausgezeichnete Schlagzähigkeit

Vergleich von PEEK mit PEKK, Ultem und PPSU

Bei den Materialien PEEK, PEKK, Ultem und PPSU handelt es sich um Hochleistungspolymere, die alle eine breite chemische Beständigkeit, hohe Festigkeit, Hitzebeständigkeit und Dimensionsstabilität aufweisen. Der Begriff PAEK bezieht sich auf alle Kunststoffe innerhalb der Polyetherketone-Familie, einschließlich PEEK, PEKK und PEEK-CF.

Sowohl PEKK als auch PEEK weisen eine geringe Entflammbarkeit, hohe Temperaturbeständigkeit und hohe mechanische Festigkeit auf. Dennoch bestehen chemische Unterschiede bei den einzelnen Materialien. So hat das PEEK im Vergleich zu PEKK eine etwas niedrigere Hitzebeständigkeit. Von Natur aus ist PEKK teurer als PEEK, obwohl auch PEEK selbst nicht gerade günstig ist im Vergleich zu anderen Materialien ist.

Was ist PEEK-CF? PEEK mit Kohlefaser verstärkt trägt die Bezeichnung PEEK-CF. Diese Verstärkung verbessert die Druckfestigkeit und Steifigkeit enorm, wodurch sich das Material für dynamisch beanspruchte Teile gut eignet. Auch die Hitzebeständigkeit von 280 Grad Celsius ist höher als bei PEEK und PEKK.

Unterschied PEEK und ULTEM: Die unterschiedlichen morphologischen Strukturen sind ein wesentlicher Unterschied zwischen Ultem und PEEK: PEEK ist teilkristallin, während Ultem amorph ist. Dies hat einen großen Einfluss auf die Leistung bei erhöhten Temperaturen. Die Kosten sind aber der größte Unterschied zwischen PEEK und Ultem: PEEK gilt als eines der teuersten Polymere für den 3D-Druck, während Ultem zu geringeren Kosten vergleichbare Eigenschaften bietet. Durch die deutlich höhere Hitzebeständigkeit eignet sich PEEK besser für Hochtemperatur- und Hochlastanwendungen. Anderseits lässt sich Ultem leichter als PEEK bearbeiten, da PEEK zu Bearbeitungszwecken normalerweise CNC-Fräsen erfordert.

Ultem und PPSU sind ähnliche Materialien, da beide amorph sind, doch PPSU hat eine bessere chemische Beständigkeit und Schlagzähigkeit im Gegensatz zu Ultem. Zudem bietet das Material eine ausgezeichnete Hydrolysebeständigkeit und kann bei Temperaturen bis zu 180 Grad Celsius angewendet werden. Durch die hervorragende Hydrolysebeständigkeit eignet es sich perfekt für Sanitäranwendungen. Im Vergleich zu PEEK ist PPSU jedoch hinsichtlich Elastizität, Zugfestigkeit und Druckfestigkeit unterlegen.

↓ Weiterlesen: FAQ zu PEEK-Filament

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FAQ zu PEEK-Filament

Nachfolgend finden Sie eine Sammlung der am häufigsten gestellten Fragen und den Antworten zum PEEK-Filament. Die Liste der Fragen und Antworten (FAQ) wird fortlaufend aktualisiert.

Was für ein Material ist PEEK?

PEEK ist ein technischer, teilkristalliner und einzigartiger Thermoplast, der eine hervorragende chemische und thermische Beständigkeit bietet. Aus dem hochtemperaturbeständigem PEEK gefertigte Komponenten können Temperaturen von bis zu 260 Grad Celsius standhalten, wodurch das Hochleistungspolymer in vielen Anwendungsbereichen zum Einsatz kommt.

Was ist das PEEK-Filament?

PEEK oder Polyetheretherketon ist ein thermoplastischer und temperaturbeständiger Kunststoff mit einem hohen Schmelzpunkt von 335 Grad Celsius. Im Vergleich zu Metallen mit ähnlichen Eigenschaften ist das PEEK-Filament um bis zu 70 % leichter, kann aber die zum Großteil dieselbe mechanische und thermische Stabilität aufweisen.

Wie kann man PEEK drucken?

Für den 3D-Druck mit PEEK ist ein 3D-Drucker mit einem Extruder, eine bis auf 230 Grad Celsius beheizte Heizplatte und ein auf 120 Grad Celsius beheiztes Gehäuse notwendig. Der Extruder muss mindestens eine Temperatur von 400 Grad Celsius erreichen können. Dies sind die Hauptvoraussetzungen, um Verformungen zu vermeiden und die gedruckten Teile leicht zu entfernen.

Was aus PEEK drucken?

Durch die Sterilisierbarkeit kann PEEK für Produkte im medizinischen Bereich angewendet werden, unter anderem für die Fertigung maßgeschneiderter Implantate. In der Automobilindustrie sowie der Luft- und Raumfahrt wird PEEK für die Herstellung von On-Demand-, Sonder-, Leichtbau- und Hochleistungsteilen angewendet.

Ist das PEEK Filament schädlich?

Mit einer außergewöhnlichen thermischen und mechanischen Beständigkeit kann das PEEK-Filament im Vergleich zu den meisten anderen Kunststoffen dem Lösen in Ölen und anderen Substanzen standhalten. Darüber hinaus werden bei Brandbeanspruchung fast keine schädlichen Dämpfe oder Gase freigesetzt, was das PEEK-Filament für eine Vielzahl von Branchen nützlich macht.

Ist PEEK giftig?

Da PEEK zunehmend im medizinischen Bereich zum Einsatz kommt und aus diesem Material maßgeschneiderte Implantate gefertigt werden, wird es als ungiftig eingestuft.

Ist PEEK lebensmittelecht?

PEEK ist nicht schädlich für die menschlichen Zellen und wird als lebensmittelecht eingestuft. Mittlerweile gibt es viele Anbieter von lebensmittelechten PEEK-Filamenten. So kommen aus PEEK gefertigte Geräte oft in Kontakt mit Lebensmitteln und haben dabei keine negativen Auswirkungen.

Wo ist PEEK enthalten?

PEEK findet in vielen unterschiedlichen Bereichen eine Anwendung, insbesondere in der Automobilindustrie sowie der Luft- und Raumfahrt für die Herstellung von hochtemperaturbeständigen Bauteilen. Zudem lässt sich PEEK auch im Isolationsmaterial für Stromversorgungskabel, als Isolierwerkstoff, Wafercarrier in der Halbleitertechnik, in Zahnimplantaten und Gerüsten für Zahnersatz, als Kernmaterial für Instrumentensaiten, Schaltungsträger, UHV-Technik, Düsenhalterung bei FDM-3D-Druckern, Matrixmaterial für chemikalienbeständige Carbon-Komposit-Gleitlager, Tennissaiten, in der Lebensmittelindustrie, chemischen Industrie, pharmazeutischen Industrie und der Medizintechnik vorfinden.

Wo kann PEEK gekauft werden?

Für den 3D-Druck ist PEEK derzeit überwiegend in Filamentform erhältlich. Die Hauptproduzenten des Materials sind Chemie-Unternehmen wie Evonik, Solvay und Victrex, aber auch zahlreiche Maschinenhersteller wie Apium, 3DGence, Intamsys und Innovatefil. Bei der Preisbetrachtung fällt schnell auf, dass das PEEK-Filament ein sehr hochpreisiges Filament ist. Derzeit liegt der Preis zwischen 350 und 700 € pro Kilogramm.

Der Hersteller EOS bot den Hochleistungswerkstoff PEEK HP3 als erster und einziger für das SLS-Verfahren an. Das PEEK-Filament kann heutzutage jedoch einfach online gekauft werden. Dabei gibt es mehrere Anbieter, die sich auf den Verkauf von 3D-Drucker-Filamenten spezialisiert haben und über eine breite Auswahl in den einzelnen Filamentgruppen verfügen.

Material der nächsten Stufe – Carbon PEEK

Das Carbon PEEK-Filament ist ziemlich neu auf dem Markt und verleiht den Teilen bessere mechanische Eigenschaften als jedes andere vorhandene 3D-Druckmaterial. Durch die Kombination von Kohlefasern mit dem Hochleistungspolymer PEEK ist dies aktuell das stärkste Polymer auf dem Markt der 3D-Druckfilamente. Mit ausgezeichneter Festigkeit und Beständigkeit gegen thermischen Abbau sowie hervorragenden mechanischen Eigenschaften kann das Carbon PEEK-Filament in vielen Branchen zum Einsatz kommen.

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