NEW AIM3D: 3D-Pellet-Druck mit ULTEM™ ohne Filamente

Rostock (Deutschland), 19.09.2023: Im Rahmen der Material-Qualifizierung analysierte AIM3D erstmals die Bauteileigenschaften auf einer ExAM 510 mit ULTEM™ 9085 Resin, um dessen Einsatz im Pellet-3D-Druck zu erschließen. Das CEM-Verfahren (Composite Extrusion Modeling) von AIM3D bietet durch den Einsatz von Standard-Granulat ein hohes Potential der Wirtschaftlichkeit und höhere Aufbaugeschwindigkeiten gegenüber dem Einsatz von Filament-3D-Druckern. Zielsetzung war die Ausnutzung der deutlich niedrigeren Materialeinstandspreise durch den Einsatz von Standard-Granulat gegenüber konventionellen Filament-Materialien. Der Preisvorteil liegt bei bis zu Faktor 7. Im Fokus der Entwicklung lagen dabei Hochleistungs-Anwendungen im Aerospace-Sektor.

Bislang dominieren 3D-Drucker die ULTEM™ 9085 Resin als Filamente verarbeiten. Marktführer ist hier Stratasys, gefolgt von Intamsys, 3DGence, Materialise und anderen Anbietern, deren Systeme auf Basis von FFF-Verfahren (Fused Filament Fabrication) arbeiten. Entscheidender Unterschied für die Wirtschaftlichkeit ist nun die Option das Standard-Granulat ULTEM™ 9085 Resin direkt für den 3D-Druck zu erschließen. Dies eröffnet massive Kostenreduzierungen, ca. um den Faktor 7. AIM3D bietet dazu seine ExAM 510-Anlage an. Die zentralen Fragestellungen der Material-Qualifizierung von ULTEM™ auf Granulatbasis waren der Vergleich von Reproduzierbarkeit des Prozesses sowie die sich ergebenden mechanischen Eigenschaften der 3D-Bauteile, wie die Zugfestigkeiten.

Überblick ULTEM 9085™ Resin von Sabic

ULTEM™ 9085 Resin von Sabic ist ein zertifizierter Werkstoff in der Luftfahrtindustrie (FAR 25.853, Blue Card- und UL 94 V-0) mit besonderen Brandschutz-Qualitäten. Der Werkstoff der PEI-Familie (Polyetherimid) zählt zu den Hochtemperaturwerkstoffen mit hervorragenden physikalischen und mechanischen Eigenschaften für anspruchsvolle Anwendungen. ULTEM™ gilt wegen seines Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses als idealer Thermoplast für Anwendungen mit hoher Festigkeit und geringem Gewicht. Darüber hinaus verfügt ULTEM 9085™ Resin über eine hohe Schlagfestigkeit und eine sehr gute Chemikalientoleranz. Des Weiteren zeichnet es sich durch sehr gute Eigenschaften in Bezug auf Entflammbarkeit, Rauch und Toxizität aus. Sabic liefert ULTEM™ 9085 Resin in vielen verschiedenen Farben. ULTEM™ 9085 Resin kann auf Kundenfarbwunsch nachgestellt werden, ist aber schon in einer Vielfalt an Farben von bekannten Flugzeughersteller vorhanden.

Vergleich der mechanischen Eigenschaften dargestellt an Zugfestigkeiten

Im Rahmen der Material-Qualifizierung von ULTEM™ 9085 Resin mit einem 3D-Druck-Pellet-System, wie der ExAM 510 von AIM3D, galt es die Zugfestigkeiten zu analysieren. Vergleichsgrößen waren Filament-Bauteile einerseits und Bauteile hergestellt auf Granulatbasis in der klassischen Spritzgießtechnik mit formgebenden Werkzeugen andererseits. Gemessen wurden die Zugfestigkeiten auf der XY-Achse für die drei Verfahren. Den höchsten Wert erreichten spitzgegossene Bauteile mit 86 MPa, allerdings dicht gefolgt mit 85,7 MPa mit dem 3D-Pellet-Drucker ExAM 510 von AIM3D. Ein durchaus vergleichbarer Wert, der sich deutlich vom Filament-3D-Druck mit 69,2 MPa absetzen konnte. Auch die Zugfestigkeiten auf der XZ-Achse ergaben mit 42 MPa für den 3D-Pellet-Drucker Vorteile, gegenüber gemessenen 39 MPa für einen FFF-3D-Drucker. Das CEM-Verfahren kann somit derzeit die besten Zugfestigkeiten im 3D-Druck von Ultem 9085™ Resin abbilden. Außerdem zeigte sich, dass auch die Bruchdehnung der aus Granulat gedruckten Proben deutlich bessere Ergebnisse lieferte. So konnten in der XY-Richtung 12,3% Bruchdehnung erreicht werden, während im Filament-3D-Druck nur 5,4% schafft.

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