Tiger Coatings TIGITAL® 3D-Set: Innovative Thermoset-Materialien für den SLS-3D-Druck

Rechts im Bild ist das TIGITAL® 3D-Set PPP-Material zu sehen, das nach erfolgtem Brandversuch weiterhin seine Form behält und kein Tropfverhalten zeigt. Links davon ein thermoplastisches Material, welches nach dem Brandprozess eine deutliche Umformung sowie Tropfenbildung aufweist. (Bild: Tiger Coatings)

Patrick Kuballa
Senior Formulator 3D Print bei Tiger Coatings

„Durch die isotropen Eigenschaften der finalen Bauteile spielt es keine Rolle, in welche Richtung sie gedruckt werden. Somit ist die Orientierung im Gerät egal und es kann viel Druckzeit gespart werden. Die niedrige Drucktemperatur sorgt außerdem für geringere Aufheizzeiten und wenig Beanspruchung des Druckers. Das verringert auch die Wartungskosten deutlich.“

Im Bereich Materialien für die Additive Fertigung stellt das Unternehmen mit Stammsitz in Wels unter der Marke TIGITAL® 3D-Set derzeit Hochleistungspolymere für zwei Technologien zur Verfügung: das bereits etablierte SLS- (Selective Laser Sintering) sowie das noch sehr junge CBAM-Verfahren (Composite Based Additive Manufacturing). Das Hauptaugenmerk liegt dabei im Bereich SLS. In diesem Fertigungsprozess finden vorrangig kristalline Thermoplaste Anwendung, die jedoch nicht für alle Einsatzbereiche geeignet sind. Die völlig neuen, duroplastischen Materialien von TIGITAL 3D-Set zeichnen sich durch herausragende Eigenschaften in der Endanwendung aus und können auch dort verbaut werden, wo beispielsweise hohe Flammbeständigkeit gefordert ist.

TIGITAL 3D-Set überzeugt durch höchste Qualität und eignet sich für den Einsatz im Transportwesen. (Bild: Tiger Coatings)

Sarah Seiringer
Global Product Manager TIGITAL® 3D-Set bei Tiger Coatings

„Die guten Eigenschaften des TIGITAL 3D-Set Materials im Brandfall stellen einen enormen Benefit dar. Somit können auch Komponenten gedruckt werden, die den hohen Anforderungen diverser Transportmittel standhalten.“

Thermoplaste versus Duroplaste

Der Hauptunterschied der beiden Materialklassen besteht darin, dass sich Duroplaste beim Erhitzen verfestigen und nach der Formgebung nicht mehr umgeformt werden können. Im Gegensatz dazu können Thermoplaste bei Bedarf erneut erhitzt, verformt und abgekühlt werden. Während Thermoplaste bei großer Hitze also schmelzen, verfestigen sich Duromere nach der ersten Wärmebehandlung. Im Nachhärteschritt werden das chemische Netzwerk und die Verbindungspunkte geknüpft. Damit haben Duromer-Bauteile ihre finalen physikalischen sowie chemischen Eigenschaften erreicht und können bei weiterer Hitzeeinwirkung nicht mehr verändert werden. Zusammengefasst besitzen thermoplastische Materialien einen Schmelzpunkt, während duroplastische nicht mehr schmelzen und damit hohen Temperaturen standhalten können, ohne dabei ihre strukturelle Integrität zu verlieren.

Tiger führt aktuell drei Materialklassen für den SLS 3D-Druck im Programm: TIGITAL® Series 370 HIGH Performance Polymers (HPP), TIGITAL® Series 371 TOP Performance Polymers (TPP) und TIGITAL® Series 371 PREMIUM Performance Polymers (PPP).

HPP-Materialien erfüllen höchste Ansprüche an die Präzision sowie die mechanischen Eigenschaften der gedruckten Bauteile. Die hydrophobe Beschaffenheit dieser Serie erweitert ihre Einsatzmöglichkeiten.

TPP-Materialien zeigen ausgezeichnete isotrope Eigenschaften. Sie überzeugen durch hervorragende elektrische Isolation, chemische Beständigkeit und Witterungsstabilität.

PPP-Materialien definieren die Anwendungsmöglichkeiten von 3D-Druck-Materialien neu. Diese Serie garantiert Flammschutz bis UL 94V0 und verhindert, dass Bauteile brennen, sich verformen oder Schmelze abtropft.

TIGITAL 3D-Set PPP-Materialien mit höchster Flamm- und Tropfbeständigkeit

Aktuell stellt TIGITAL 3D-Set drei Materialien der PPP-Klasse zur Verfügung. Je ein beiges sowie ein schwarzes Material erfüllen die Brandschutznorm UL 94V0, ein weiteres die Spezifikation nach UN ECE R 118. Neben den ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften der PPP-Materialien sowie dem Bestehen der Flammprüfungen nach UL 94 liegt der große Vorteil von Duroplasten darin, dass sie im Brandfall nicht tropfen. Gerade für die Bus-, Bahn- und Automobilindustrie ist dieses Verhalten ein wesentlicher Gewinn im Gegensatz zu flammgeschützten Materialien, die auf Thermoplast-Chemie beruhen.

Flammgeschützte Transportmittel-Ersatzteile aus dem 3D-Drucker

Bauteile für die Personenbeförderung müssen spezielle Sicherheitsanforderungen hinsichtlich ihrer Flammbeständigkeit erfüllen – speziell in Bezug auf die Regularien der Brandschutznorm UN ECE R.118. Die Variantenvielfalt individuell konfigurierbarer Komponenten für Nutzfahrzeuge sowie die dadurch hohe Komplexität ihrer Wartung stellen zusätzliche Anforderungen an die Servicepartner.

Innovative 3D-Druckverfahren schließen diese Lücke und bieten zahlreiche weitere Vorteile für OEMs und Fahrzeugeigentümer:
• Reduzierter CO₂-Fußabdruck
• Verlängerte Lebensdauer von Nutzfahrzeugen
• Nachhaltigkeit durch erhöhten Produktlebenszyklus
• Höchst effizient dank schneller, individualisierbarer Bauteilbeschaffung
• Effektiver Kosten-Nutzen-Faktor durch rasche Anpassung der Ersatzteile
• Fertigung kleinerer Stückzahlen
• Günstigere Lagerhaltungskosten
• Beständig hohe Produktqualität nach Normen und Standards

Gerade im Transportwesen wird der Ruf nach Bauteilen, die im Brandfall höchste Stabilität aufweisen, immer lauter. Dazu kommen die qualitativen Anforderungen an Materialien hinsichtlich Mechanik, Chemikalien, Wärmeform- und Witterungsbeständigkeit sowie in Bezug auf Verlässlichkeit und Gleichförmigkeit beim industriellen 3D-Druck. Zahlreiche gute Gründe für die enge Zusammenarbeit zwischen Tiger und Daimler Buses während der vergangenen Jahre.

Dieter Wilhelm, AM Quality Manager Center of Competence 3D-Printing bei Daimler Buses, war von Anfang an in die Entwicklung von Thermoset-Materialien für den SLS 3D-Druck involviert: „Aufgabe eines Qualitätsmanagers ist es, die Konformität und Zertifizierungsanforderungen für die Additive Fertigung sicherzustellen. Dabei gilt es, neue Bedarfe zu analysieren und daraus Lösungsansätze zu realisieren, die den Qualitätsanforderungen von Daimler Buses Originalbauteilen zu 100 Prozent gerecht werden. Es lohnt sich, über den Tellerrand hinauszuschauen und geeignete Verfahren und Werkstoffe so mit den 3D-Druckteilen zu bündeln, dass diese am Ende die vorgeschriebenen Spezifikationen vollumfänglich erfüllen. Mittlerweile führt Daimler Buses freigegebene und zertifizierte Werkstoffe im Programm, mit denen Originalteile additiv gefertigt werden können.“