Composite Extrusion Modeling AIM3D qualifizert Ultem für den Pellet-3D-Druck

Bislang wird der Hochleistungskunststoff Ultem 9085 Resin als Filament im FDM-3D-Druck verarbeitet. AIM3D hat nun seien Einsatz als Granulat im CEM-Verfahren für Bauteile im Luftfahrtsektor untersucht. Niedrigere Materialpreise und höhere Aufbaugeschwindigkeiten machen den Pellet-3D-Druck interessant.

Der Hochleistungskunststoff 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 der Kunststoff über eine hohe Schlagfestigkeit, eine sehr gute Chemikalientoleranz und sehr gute Eigenschaften in Bezug auf Entflammbarkeit, Rauch und Toxizität.

Bislang wird Ultem 9085 Resin in der additiven Fertigung als Filament im FDM-3D-Druck verarbeitet. Niedrigere Materialpreise bis zum Faktor sieben und höhere Aufbaugeschwindigkeiten um mindestens den Faktor fünf machen den Hochleistungskunststoff als Granulat für das CEM-Verfahren (Composite Extrusion Modeling) von AIM3D interessant. Der 3D-Drucker-Hersteller hat nun auf seiner ExAM 510-Anlage die zentralen Fragestellungen der Material-Qualifizierung wie die Reproduzierbarkeit des Prozesses sowie die sich ergebenden mechanischen Eigenschaften der 3D-Bauteile beantwortet.

Zugfestigkeiten und Bruchdehnung besser als beim FDM-3D-Druck

Im Rahmen der Material-Qualifizierung von Ultem 9085 Resin galt es die Zugfestigkeiten zu analysieren. Vergleichsgrößen waren Filament-Bauteile einerseits und Spritzgussbauteile andererseits, die ebenfalls aus Granulat hergestellt werden. Gemessen wurden die Zugfestigkeiten auf der XY-Achse für die drei Verfahren. Wie AIM3D mitteilt, erreichen spitzgegossene Bauteile mit 86 MPa den höchsten Wert, dicht gefolgt von den 3D-Pellet-Drucker-Bauteilen mit 85,7 MPa. Der Filament-3D-Druck erreichte 69,2 MPa. 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 könne somit derzeit die besten Zugfestigkeiten bei der additiven Fertigung von Ultem 9085 Resin abbilden. Auch bei der Bruchdehnung lieferten die aus Granulat gedruckten Proben deutlich bessere Ergebnisse. So konnten in der XY-Richtung laut AIM3D 12,3 Prozent Bruchdehnung erreicht werden, während der Filament-3D-Druck nur 5,4 Prozent schaffte.

Hohe Prozessstabilität beim CEM-Verfahren

Entscheidend für die Qualität von 3D-Bauteilen ist auch ihre Reproduzierbarkeit. Die Wiederholgenauigkeit des Prozesses ist für einen Anwender gerade in der Serienfertigung von kleinen und mittleren Serien ein zentraler Punkt. Hier weisen Bauteile der Spritzgießtechnik und 3D-gedruckte Bauteile auf der ExAM 510-Anlage vergleichbare Homogenitäten des Materials auf, da beides Mal Ultem 9085 Resin als Granulat eingesetzt wird. Nach Angaben von AIM3D belegen Zugversuche nach DIN EN ISO 527-2 Typ 1A aufgrund geringer Standartabweichungen eine hohe Prozessstabilität.

Durch den Extruder und die Technologie von AIM3D werden zudem bessere Oberflächenqualitäten als beim FDM-3D-Druck bei gleicher Bauzeit erreicht. Dies wird möglich, da durch die Verwendung von Granulaten auch bei niedrigeren Schichtstärken höhere Bauraten erzielt werden können. Zudem sollen in Zukunft auch Lösungen für feinere Düsen unter 0,4 mm realisiert werden.

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