Tiger Coatings TIGITAL® 3D-Set: Duroplaste trotzen hohen Belastungen

Ob Ersatzteile für Baumaschinen, präzise Vorrichtungen oder funktionelle Objekte wie Haltegriffe oder Hebel: Zur Fertigung dieser Anwendungen sind Materialien gefragt, die extremen Anforderungen standhalten. Duroplastische Werkstoffe für den SLS-3D-Druck überzeugen durch hohe Steifigkeit und absolute Maßhaltigkeit und eignen sich für den Vorrichtungs- und Lehrenbau genauso wie für den Einsatz in Heavy-Duty-Equipment.

Vergleich der Maßhaltigkeit aufgrund des Schwindungs- und Verzugsverhaltens unterschiedlicher Herstellungstechnologien und Materialien bei einem Sollwert von 70 mm Positioniergenauigkeit. 
Links: Fused Deposition Modelling (FDM) | Mitte: Selective Laser Sintering (SLS) Polyamide (PA) | Rechts: TIGITAL® 3D-Set

Vergleich der Maßhaltigkeit aufgrund des Schwindungs- und Verzugsverhaltens unterschiedlicher Herstellungstechnologien und Materialien bei einem Sollwert von 70 mm Positioniergenauigkeit. Links: Fused Deposition Modelling (FDM) | Mitte: Selective Laser Sintering (SLS) Polyamide (PA) | Rechts: TIGITAL® 3D-Set

Mit duroplastischen Kunststoffen für die Verwendung im SLS-3D-Druck erweitert Tiger das aktuell verfügbare Materialangebot der Thermoplaste. TIGITAL® 3D-Set bietet die Möglichkeit, praktisch verzugsfreie Bauteile herzustellen. Darüber hinaus erreicht dieser Werkstoff aufgrund niedriger Bauraumtemperaturen eine Steigerung der Produktivität bei den Druckjobs – selbst bei massiven Wandstärken sowie großen Belichtungsflächen. Zur weiteren Anpassung der Bauteile ist eine Nachbearbeitung mittels subtraktiver Verfahren wie Drehen, Fräsen und Sägen problemlos möglich.

Konkrete Anwendungsbereiche sind beispielsweise Roboterarme – basierend auf Finite-Element-Berechnungen (FEM) durch Künstliche Intelligenzen – oder vergossene Sensorgehäuse mit zusätzlichen Ansprüchen wie UV- und Chemikalienbeständigkeit sowie Stabilität gegenüber Wärmealterung.

Unterschied der Bauteile aufgrund des Schwindungs- und Verzugsverhaltens unterschiedlicher Herstellungstechnologien und Materialien.

Links: Selective Laser Sintering (SLS) Polyamide (PA) | Mitte: TIGITAL® 3D-Set | Rechts: Fused Deposition Modelling (FDM)

Unterschied der Bauteile aufgrund des Schwindungs- und Verzugsverhaltens unterschiedlicher Herstellungstechnologien und Materialien. Links: Selective Laser Sintering (SLS) Polyamide (PA) | Mitte: TIGITAL® 3D-Set | Rechts: Fused Deposition Modelling (FDM)

Herausforderungen im 3D-Druck und deren Lösung

Schwindung bezeichnet einen irreversiblen physikalischen Prozess während der Abkühlung eines Formteils, der mit einer Verringerung des Volumens einhergeht. Bei thermoplastischen Kunststoffen geschieht dies bei der Abkühlung von Schmelze in der Kavität, bei duroplastischen Kunststoffen findet die Schwindung während der Aushärtephase statt, bei theoretisch homogenen isotropen Kunststoffen bleibt sie in alle Richtungen gleich. Durch Füll- oder Verstärkungsstoffe sowie deren Orientierung kann der Effekt zusätzlich beeinflusst werden.

Im Bauraum von SLS-3D-Druckern kommt erschwerend hinzu, dass je nach Ausrichtung der Bauteile unterschiedliche isotrope Verhältnisse herrschen. Diese raumabhängigen Eigenschaften können durch die Verwendung von TIGITAL 3D-Set weitgehend reduziert werden. Somit lässt sich auch die Ausrichtung der Bauteile im Bauraum des 3D-Druckers unabhängiger gestalten.

In Zusammenhang mit der Schwindung ist auch der Verzug von Bauteilen zu nennen. Da eine Schwindung immer richtungsabhängig erfolgt, kann es beim gedruckten Objekt zu Wölbungen sowie Veränderungen der Winkel zueinander kommen. Durch gezieltes Tempern, einer Wärmebehandlung, bei der das Material über einen längeren Zeitraum erhitzt wird, lässt sich diesen Eigenspannungseffekten effektiv entgegenwirken.

Duroplastische Formmassen haben den Vorteil, dass sie ihre Endeigenschaften erst nach einem Aushärteprozess erhalten. Ein Verzug der Bauteile ist deshalb nur in geringem Ausmaß zu beobachten. Beim Druck mit TIGITAL 3D-Set kann die Schwindung über eine Skalierung der Bauteile zusätzlich kompensiert und durch den Temperschritt erfolgreich ausgeglichen werden. Somit lassen sich Toleranzen für gedruckte dickwandige Teile besser berechnen.

Dimensionsstabilität: Werkstoffe, die auf Polyamid basieren, können je nach Typ bis zu 3,7 % Wasser aufnehmen und dadurch im Volumen um bis zu 0,3 % pro 1 % Wasseraufnahme aufquellen. Bei größeren oder großvolumigen Bauteilen kann dies zu erheblichen Dimensionsunterschieden führen. Duroplastische Werkstoffe wie TIGITAL 3D-Set nehmen nahezu kein Wasser auf und erhöhen die Dimensionsstabilität von Bauteilen für robuste Heavy-Duty-Anwendungen.

Aufgrund der niedrigen Bauraumtemperatur können TIGITAL® 3D-Set Thermoset-Materialien bereits nach kurzer Abkühlzeit entpackt werden.

Aufgrund der niedrigen Bauraumtemperatur können TIGITAL® 3D-Set Thermoset-Materialien bereits nach kurzer Abkühlzeit entpackt werden.

Effiziente Produktion und schnelle Lieferfähigkeit

TIGITAL 3D-Set erreicht hohe Baugeschwindigkeiten in frei konfigurierbaren SLS-3D-Druckern und stellt damit eine schnelle, effiziente Produktion sicher. Kunden profitieren von einer kurzen Aufheizzeit des Druckers, niedrigen Drucktemperaturen im Bereich von 67 °C auch bei großen Belichtungsflächen, der Entpackung der Bauteile nach kurzer Abkühlzeit sowie einer hohen Stabilität der Grünlinge selbst bei großen Wandstärken. Ersatzteile sind innerhalb von 48 Stunden lieferbereit.

Neben den erwähnten Vorteilen in Hinblick auf Schwindung, Verzug und Druckprozess bestätigen erste Untersuchungen zur UV-Beständigkeit sowie zur Resistenz gegenüber Chemikalien die ausgezeichneten Eigenschaften von TIGITAL 3D-Set. Aktuell finden weitere UV-Prüfungen nach DIN EN ISO 16474-2 sowie Salzsprüh-, Kondensations-, QUV-A- und QUV-B-Tests statt. Strenge Testverfahren zur Bescheinigung der Beständigkeit gegenüber Säuren, Laugen, Kosmetika, Fetten, Ölen und Kraftstoffen sind ebenso am Laufen wie Prüfverfahren zur Bestimmung der Wasseraufnahme nach DIN EN ISO 62.

Duroplaste aus dem Hause Tiger werden aus der Fertigungswelt für Heavy-Duty-Anwendungen in Zukunft kaum mehr wegzudenken sein.

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