TPU-Filament Wiki – Das große Kompendium zu TPU für den 3D-Druck

Was ist TPU? Welche Eigenschaften besitzt das TPU-Material? Was ist TPU-Filament? Was ist beim 3D-Druck mit TPU zu beachten? Was sind Vorteile und Nachteile von TPU? Diese und viele weitere wichtige Fragen zu TPU als 3D-Druck-Material werden im nachfolgenden, über 2500 Wörter starken kostenlosen Kompendium, von den Experten des 3D-grenzenlos Magazins ausführlich erläutert. Die nachfolgende Navigation führt Sie durch die Grundlagen von TPU über die optimalen Druckeigenschaften von TPU als Filament für den Einsatz im professionellen und privaten 3D-Druck bis hin zu unserem beliebten und stetig wachsenden FAQ, mit häufig gestellten Fragen und Antworten zu TPU-Filament für die Verarbeitung mit dem 3D-Drucker.

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Einführung

Thermoplastisches Polyurethan (kurz TPU) ist ein Elastomer, das sich bei der Weiterverarbeitung durch seine hohe Beständigkeit und Flexibilität auszeichnet sowie die wichtigsten Eigenschaften von Elastomeren und Thermoplasten miteinander kombiniert.

Beim TPU handelt es sich somit um ein sehr vielfältiges Polymer, welches den daraus produzierten Endprodukten eine vielschichtige Reihe an Eigenschaften verleiht. Die Härte und Flexibilität des Materials hängt von seiner chemischen Zusammensetzung ab bzw. dem Anteil der Weich- und Hartsegmente. Letztlich wirkt sich dies auf die Transparenz der Endprodukte, die Haftung beim Drucken sowie die Weichheit bei der Berührung der Teile aus.

TPU eröffnet in der 3D-Druckindustrie eine große Bandbreite an verschiedenen Einsatzbereichen – von der Anwendung in der Modebranche bei der Herstellung von Schuhsohlen bis hin zur Automobilindustrie für die Produktion von Stoßdämpfern oder Reifen. Thermoplastisches Polyurethan bietet damit viele Chancen und eignet sich hervorragend für kundenspezifische Bauelemente, Designmodelle, funktionale Prototypen und Endprodukte. Außerdem kommt TPU auch beim Schutz von technischen Geräten zum Einsatz, wie z. B. bei der Herstellung von Handyschutzhüllen.

Im Anschluss werden alle wichtigen Informationen über das TPU-Filament geliefert, die Anwendern Aufschluss über TPU als 3D-Druck-Material geben wird.

TPU-Filament in vielen Farben

» PLA Wiki: Was ist PLA-Filament? Das große und kostenlose Kompendium zum PLA 3D-Druck
» ABS Wiki: Was ist ABS-Filament? Das große und kostenlose Kompendium zum ABS 3D-Druck
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Diese Text wird fortlaufend aktualisiert. Der Text wurde zuletzt am 03.11.2021 aktualisiert. Der Text erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit, soll aber eine umfangreiche und stetig wachsende Informationssammlung zum PLA-Filament aufbauen und die kostenlose Informationsrecherche ermöglichen. Helfen Sie mit und melden Sie uns ggf. Fehler oder weitere Informationen zu PLA.

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Eigenschaften von TPU-Filament

TPU-Filamente eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen, da sie eine Reihe von guten Eigenschaften aufweisen. In erster Linie ist das Material gegen Chemikalien, Öle, Abrieb und Verschleiß beständig, was TPU-Filamente ideal für die Anwendung in der Automobilbranche macht. Zudem sind TPU-gedruckte Teile auch gegen niedrige Temperaturen beständig. Das Material ist nicht schwer zu verarbeiten und wird nicht spröde.

TPU ist genauso wie TPE ein flexibles Material, jedoch behält TPU bei niedrigen Temperaturen besser seine elastischen Eigenschaften bei und ist etwas einfacher zu drucken. TPU-Filamente haben auch eine höhere Beständigkeit gegen Fette und Öle und weisen eine höhere Abriebfestigkeit auf. Außerdem überzeugen TPU-Filamente gegenüber anderen steiferen Thermoplasten mit weiteren positiven Eigenschaften wie Konformität und Flexibilität. Darüber hinaus kommt es während des 3D-Druckvorgangs mit dem TPU-Filament zu keiner Delaminierung und Kräuselung, sondern es wird eine ausgezeichnete Zwischenschichthaftung gewährleistet.

Die Härte des TPU-Materials hängt von der Mischung der verwendeten Polymere ab, während die Flexibilität auch durch die jeweiligen Einstellungen der 3D-Drucksoftware beeinflusst wird. Um ein flexibleres 3D-gedrucktes Design zu erhalten, muss beispielsweise eine geringe Füllmenge verwendet werden. In puncto 3D-Druck erfordert das TPU-Filament im Vergleich zu vielen anderen Filamenten die Übertragung einer größeren Energiemenge, jedoch gibt es beim 3D-Druck mit TPU-Filament keine Verwerfungsprobleme. Diese können bei einigen anderen Materialien durch Thermoschocks auftreten.

Vorteile

+ Aufgrund seiner flexiblen Verarbeitung ist das TPU-Filament ein dehnbarer Kunststoff. Dabei lässt sich TPU zwischen 220 und 250 Grad Celsius Drucktemperatur verarbeiten, obwohl die Temperatur je nach Herstellerangaben etwas schwanken kann. Außerdem gibt es gewisse Grenzen im 3D-Druck, durch welche die TPU-Verarbeitung beeinflusst wird, wie z. B. die Druckgeschwindigkeit, der verwendete Druckertyp oder die Komplexität des Druckobjektes.

+ Das eigentliche TPU-Polymermaterial gilt als wichtigste Basis für ein optimales Druckergebnis. Hierbei gilt: Qualität gewährleistet die Langlebigkeit. Wer das TPU-Filament für 3D-Druckprojekte nutzen will, profitiert von seiner hohen UV-Stabilität, guter Witterungsbeständigkeit und hoher Abrieb- und Reißfestigkeit. TPU ist auch nach der Verarbeitung beständig gegen Öle und Fette sowie einige Lösungsmittel. Zudem gibt es eine breite Farbauswahl bei den TPU-Filamenten, die mit ihrer Farbechtheit überzeugen. TPU ist umweltverträglich und kann biologisch abgebaut werden.

Nachteile

Genau wie jedes andere Filament hat auch TPU einige Nachteile. Natürlich sind diese Nachteile auch von den eigenen Ansprüchen des Druckenden und von der Qualität der Verarbeitung abhängig. So gibt es das TPU-Filament z. B. nicht im glänzenden Gold, jedoch sind gängige Farben wie Rot, Blau, Weiß und Schwarz verfügbar. Einige Hersteller unterstützen die Farbauswahl bei den TPU-Filamenten durch die RAL-Farben (Bronze, Grün, Gelb etc.). Wer bei der Auswahl nichts Passendes findet, kann sich das TPU-Filament in einer persönlichen Farbe aus der RAL-Palette gegen einen Aufpreis anfertigen lassen.

Das TPU-Filament kommt zwar bei verschiedensten 3D-Druckprodukten zum Einsatz, jedoch ist das thermoplastische Polyurethan nicht lebensmittelecht. Der Preis ist ein weiterer Nachteil des TPU-Filaments, denn dieser ist im Vergleich zu PETG-, ABS- und PLA-Filamenten etwas teurer. Hier wird von der Basisfarbe Weiß ausgegangen, wobei der Nutzer mit einem Preis von ca. 20 € für eine 500 g Spule rechnen muss.

Tipps zu Druckeinstellungen bei TPU für den 3D-Drucker

Für den 3D-Druck mit TPU müssen einige Einstellungen vorgenommen werden. Hierbei handelt es sich nur um pauschale Angaben und Empfehlungen, da es neben den Einstellungen auch auf die Qualität des TPU-Filaments ankommt:

  • langsamere Druckgeschwindigkeit (15 – 20 mm/s)
  • Deaktivierung der Retraktion (Retract) am 3D-Drucker, um Komprimierungen und Dehnungen in der Düse zu verhindern
  • Um eine optimale Verbindung von einzelnen Schichten zu gewährleisten, sollte der Extrusionsfaktor etwas erhöht werden

Die wichtigste Voraussetzung für den TPU-3D-Druck ist jedoch das geeignete Extrudersystem, welches einer Maximaltemperatur von 250 Grad Celsius standhalten kann. Zudem darf die Temperatur vom beheizten Druckbett nicht 60 Grad Celsius übersteigen.

Anwendertipps für den 3D-Druck mit TPU

Probeprints sind unabdingbar, bevor der finale Druck mit TPU starten kann. Die TPU-Filamente können nämlich von Hersteller zu Hersteller variieren, sodass die empfohlene Temperatureinstellung vom jeweiligen Filamenthersteller beachtet werden sollte. Dabei empfiehlt es sich bei 220 Grad Celsius anzufangen und bis 250 Grad Celsius aufzusteigen. Für den Druck von TPU wird zwar kein beheiztes Druckbett benötigt, jedoch kann das Drucken mit Druckbett bis max. 60 Grad Celsius ein optimales Druckergebnis liefern.

Durch eine geringere Füllmenge kann eine höhere Flexibilität des TPU-Filaments erreicht werden. Sollen aber steifere Objekte mit TPU gedruckt werden, muss auch die Füllmenge entsprechend erhöht werden. Für beste TPU-Filamentqualität gilt es auf die feuchtigkeits- und wasserdichte Lagerung zu achten. Hier können Behälter mit Deckel oder Vakuumierbeutel hilfreich sein.

Nachbearbeitung beim TPU-Filament

Auch wenn das Objekt fertiggedruckt wurde, bedarf es manchmal noch einem Feinschliff für eine einheitlich aussehende Oberfläche. Der Nachbearbeitungsprozess bei TPU-gedruckten Objekten ist mit der richtigen Technik in wenigen Schritten getan. Für die Nachbearbeitung der TPU-Oberfläche gibt es maschinelle und manuelle Schleifmöglichkeiten. So kann das Schleifen zu einer angenehmen Haptik beitragen und die Oberflächenrauheit verringern.

Dennoch sollte das TPU-gedruckte Objekt mit Bedacht geschliffen werden. Deshalb sollten die Anwender das gedruckte Objekt mit Samthandschuhen behandeln, da Schleifprozesse durch Reibung Wärme erzeugen und es zu einer Deformierung des Objektes kommen kann. Zum Schleifen wird Schleifpapier oder ein Feinbohrschleifer mit Aufsätzen genutzt. Empfohlen sind auch Schutzbekleidung wie Atemschutzmaske und Brille.

Wer bereits Erfahrung mit dem 3D-Drucken sammeln konnte, verfügt über eine gute Vorstellung von den 3D-Druck- sowie Nachbearbeitungsprozessen. So entsprechen die Druckergebnisse manchmal nicht den eigenen Vorstellungen und da kann ein bisschen Farbe echte Wunder bewirken. Mit Farbe und Lack lässt sich ein Objekt mit TPU so richtig in Szene setzen. Die besten Varianten hierfür sind Sprühlack und Acrylfarbe. Für die Nachbearbeitung mit Farbe braucht der Anwender ebenso entsprechende Schutzkleidung wie eine Atemschutzmaske und eine Brille sowie zusätzlich zu Lack und Farbe auch ein Haftspray für die Kunststoffteile. Mehr zum Thema erfahren Sie auch in unserem Tutorial „3D-Druck-Objekte bemalen„.

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TPU und Anwendung von Kleber

TPU lässt sich kleben und der Kunststoff ist resistent gegen Schnitte und Kratzer. Das Kleben funktioniert am besten mit einem transparenten Sekundenkleber (Cyanacrylat-Kleber). Die Klebeflächen sollten dazu fett-, staub- und trockenfrei sowie passgenau zueinander sein. Beim Klebeprozess gilt: Je dünner der Klebefilm, umso stärker ist seine Wirkung. Also sollte der Klebstoff möglichst dünn aufgetragen werden.

Eignet sich TPU für Anfänger?

Die Frage der Anfängerfreundlichkeit lässt sich pauschal sehr schwierig beantworten. Schließlich bringt der 3D-Druck bei einigen Projekten einige Hürden mit sich und kein Meister ist vom Himmel gefallen. Dennoch kann der 3D-Druck mit TPU auch von Anfängern gemeistert werden, wenn die Voraussetzungen dafür stimmen. Der Anwender braucht logischerweise einen geeigneten 3D-Drucker, um das TPU-Filament richtig verarbeiten zu können. Außerdem ist das Wissen über die Verarbeitung von TPU und die bereits genannten Einstellungen und Voraussetzungen maßgebend für einen erfolgreichen 3D-Druck mit TPU-Filamenten. Letztens muss der Anwender etwas Geduld und genug Motivation mitbringen, um sein Projekt wie gewünscht zur Ziellinie zu bringen.

Anwendungsbereiche von TPU

TPU zählt zu den beliebten Filamenten, die in vielen Branchen eine breite Palette von Anwendungen haben. So eignet sich TPU hervorragend für Endanwendungen, die komprimiert und gebogen werden müssen sowie für den 3D-Druck flexibler funktionaler Prototypen. Im Bereich der Konsumgüter ist TPU perfekt für die Produktion von Zubehör wie Schuhkomponenten und Schutzhüllen für Smartphones, Tablets etc. geeignet. Damit lässt sich eine optimale Haltbarkeit und Gewicht als auch ein hohes Maß an Festigkeit und Flexibilität erreichen.

Die Medizinbranche ist ein weiterer wichtiger Anwendungsbereich von TPU. Das Material kann zum Beispiel dazu verwendet werden, um orthopädische Modelle herzustellen. Das US-amerikanische Unternehmen Graphene 3D Lab stellte im Jahr 2016 ein leitfähiges TPU-Filament vor, welches sich für die Produktion flexibler Elektronik eignet, einschließlich tragbarer Medizingeräte wie Armbänder.

Der wohl wichtigste Anwendungsbereich von TPU ist die Automobilindustrie. Generell findet der 3D-Druck in dieser Branche viel Anwendung und angesichts des Vorhabens der Automobilhersteller, die Kosten der Herstellung zu reduzieren, greifen sie immer öfter zum 3D-Druck. Da TPU gegenüber Fetten und Ölen eine sehr hohe chemische Beständigkeit aufweist, eignet es sich perfekt für die Herstellung von Rohren, Stopfen, Dichtungen sowie Schutzanwendungen in der Automobilbranche.

Neben der Automobilindustrie nimmt auch die Luft- und Raumfahrtindustrie die Anwendung vom TPU-3D-Druck sehr ernst, denn diese Branchen verstehen genau die Vorteile dieses Materials. So kann das TPU auch in Sensoren und Instrumententafeln vorgefunden werden.

Welche Technologie für den TPU-3D-Druck?

Beim Erforschen flexibler Materialien wie TPU stehen den Anwendern zwei Haupttechnologien zur Verfügung:

  • Fused Deposition Modeling (FDM) und
  • Selektives Lasersintern (SLS)

Der FDM-3D-Druck ist im Vergleich zum SLS-3D-Druck typischerweise schneller und günstiger, wenn es darum geht, TPU-Objekte mit Filamenten herzustellen. Anderseits führt der FDM-3D-Druck mit TPU zu einem weniger maßhaltigen Objekt, welcher sichtbare Druckschichten aufweist, die nicht geglättet werden können.

Beim SLS-3D-Druckverfahren dagegen kommt ein Laserstrahl zum Einsatz, um das pulverförmige Material selektiv zu schmelzen. Da mit dem SLS-3D-Druck Funktionsprodukte mit großen mechanischen Merkmalen produziert werden können, bietet die SLS-Technologie viele Vorteile für die industrielle Fertigung.

Unterschiede TPU und TPE

Wer nach Informationen über TPU sucht, stößt automatisch auf den Kürzel TPE, das für den Oberbegriff thermoplastisches Elastomer steht. Neben den Bezeichnungen dieser beiden Materialien unterscheiden sich auch ihre Anwendungsgebiete im 3D-Druck. So kommt TPU z. B. bei der Herstellung von Kfz-Instrumentaltafeln, Sportartikeln, Schuhsohlen und Handyhüllen zum Einsatz. Der harte bis gummiartige Kunststoff kann eine raue oder glatte Oberfläche haben und weist eine besonders hohe Flexibilität sowie Abriebfestigkeit auf. Die Farbauswahl von TPU im Vergleich zu TPE ist aber eher gering.

TPE hingegen wird überwiegend in der Medizin- und Automobilindustrie verwendet. Die Kombination aus Kunststoff und Kautschuk ist z. B. als Kabelmäntel in der Elektronikbranche zu finden. In der Sportbranche sind Yogamatten aus TPE angesagt, die frei von giftigen Weichmachern und PVC sind. Das gummiartige TPE ist in vielen Farben erhältlich, besitzt eine moderate Chemikalienbeständigkeit und hat eine geringere Härte.

↓ Weiter unten finden Sie das große FAQ zu TPU-Filament

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FAQ zu TPU-Filament

Nachfolgend finden Sie eine Sammlung der am häufigsten gestellten Fragen und den Antworten unserer Experten zu TPU-Filament.

Was ist TPU Filament?

Das thermoplastische Polyurethan, abgekürzt TPU, ist ein synthetischer Kunststoff (Elastomer), der sich bei der Weiterverarbeitung durch seine hohe Beständigkeit und Flexibilität auszeichnet und die Eigenschaften von Elastomeren und Thermoplasten in ein Filament vereint.

Wie TPU drucken?

Um mit TPU-Filamenten zu drucken, muss die Druckbetttemperatur zwischen 220 und 250 Grad Celsius eingestellt werden und das beheizte Druckbett darf nicht heißer als 60 Grad Celsius sein. Ein flexibleres Druckobjekt entsteht durch eine geringere Füllmenge, wobei das TPU-Filament mit ca. 20 mm/s relativ langsam gedruckt werden soll.

Was aus TPU drucken?

Durch die Kombination der Eigenschaften von Gummi und Kunststoff können aus TPU elastische und dennoch hochbelastbare Teile gefertigt werden, die sich leicht komprimieren oder biegen lassen. So kommt TPU beim Prototyping, bei Konsumgütern, in der Automobilindustrie und im Medizinbereich zum Einsatz.

Welches TPU Filament?

Jedes TPU-Filament hat seine Vor- und Nachteile, obwohl mit jedem Filament grundsätzlich die gleichen Eigenschaften geboten werden: hervorragende Dehnbarkeit und Flexibilität, Druckeinfachheit, hohe Qualität und hohe Maßgenauigkeit. Zu den bekanntesten gehören extrudr TPU-Filament, FFFworld TPE/TPU Filament, Sain Smart TPU-Filament oder etwa das FIlaFlex TPU-Filament, wobei die endgültige Wahl von den eigenen Präferenzen abhängt.

Ist TPU Filament giftig?

Weichmacher, die beim TPU zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel bei PVC-Dichtungen einiger Schraubgasdeckel, können auch in geringen Mengen giftig sein. Doch bei Produkten für den Alltag enthält das TPU keine Weichmacher und ist somit auch für den Einsatz im 3D-Druck nicht giftig.

Was ist soft TPU?

Hierbei handelt es sich um eine Materialkombination aus TPU und Silikon, die dem glatten und harten TPU eine griffige und weiche Eigenschaft verleiht. Als solches kommt es z. B. bei der Herstellung von Smartphone-Schutzhüllen zum Einsatz.

Ist TPU hart oder weich?

TPU ist glatt und relativ hart und wird deswegen oft mit Silikon kombiniert. Dadurch ergeben sich gute Eigenschaften für verschiedene Endprodukte.

Was ist TPU 95A?

TPU 95A ist ein flexibles Material, welches sich perfekt für Anwendungen eignet, die Eigenschaften von Kunststoff und Gummi sowie chemische Beständigkeit erfordern. Es handelt sich hierbei um ein chemikalienbeständiges und halbflexibles Filament mit starker Schichthaftung, welches für den 3D-Druck konzipiert ist. TPU 95A ist im Vergleich zu anderen TPU-Filamenten einfacher und schneller zu drucken.

Welches Filament für Dichtungen?

Das TPU-Filament eignet sich durch seine hohe Beständigkeit gegenüber Fetten und Ölen ideal für Dichtungen, insbesondere in der Automobilindustrie.

Was ist der Unterschied zwischen TPU und Silikon?

Das sogenannte thermoplastische Polyurethan (TPU) ist ein hartes und glattes Kunststoffmaterial, während Silikon griffiger und weicher ist. Beide Materialien sind biologisch abbaubar und umweltfreundlich, wobei TPU etwas teurer ist.

Was für ein Material ist TPU?

TPU (thermoplastisches Polyurethan) ist ein synthetischer Kunststoff (Elastomer), der die Eigenschaften von Elastomeren und Thermoplasten vereint und sich durch eine hohe Flexibilität sowie Transparenz, Elastizität und Beständigkeit gegen Fett, Öl und Abrieb auszeichnet.

Ist TPU schädlich?

Der Kunststoff wird zwar bei oraler Aufnahme als gesundheitsschädlich eingestuft, jedoch liegt beim 3D-Druck aufgrund der geringen Schadstoffkonzentration in der Luft kein gesundheitliches Risiko für Verbraucher vor.

Ist TPU lebensmittelecht?

Das thermoplastische Polyurethan ist nicht lebensmittelecht, obwohl das TPU-Filament für Anwendungen mit Lebensmittelkontakt unbedenklich eingesetzt werden kann. Es ist flexibel, weich und kann leicht gefärbt werden, wodurch es sich hervorragend für den Einsatz bei Soft-Touch-Anwendungen eignet.

Weiterlesen:

» 3D-Drucker-Materialien Wiki: Die große Übersicht aller 3D-Drucker-Materialien
» PLA Wiki: Was ist PLA-Filament? Das große und kostenlose PLA-Kompendium für den 3D-Druck
» ABS Wiki: Was ist ABS-Filament? Das große und kostenlose ABS-Kompendium für den 3D-Druck
» PETG Wiki: Was ist PETG-Filament? Das große und kostenlose PETG- Kompendium für den 3D-Druck

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