Erfahren Sie mehr über die Unterschiede zwischen amorphen und teilkristallinen Thermoplasten im großformatigen 3D-Druck und wie ihre Eigenschaften die Verarbeitung, Festigkeit, Oberflächenqualität und Anwendung beeinflussen.
Die additive Fertigung (AM) ist eine sich schnell entwickelnde Technologie, die die Fertigungsindustrie verändert. AM bezieht sich auf den Prozess der Erstellung von 3D-Objekten durch das Aufschichten von Materialien, im Gegensatz zu subtraktiven Fertigungsverfahren, bei denen Material von einem festen Block abgetragen wird.
Die Wahl des richtigen 3D-Druckmaterials ist der erste Schritt, um den besten Anwendungsfall für Ihre Anwendung zu finden. Die großformatigen 3D-Drucklösungen von CEAD verwenden hauptsächlich kurzfaserverstärkte Thermoplaste (SFRT). Jeder SFRT besteht aus einem Matrixmaterial und einer Faser. Die thermoplastische Matrix des Materials dient als „Klebstoff“, der die Fasern in ihrer Position hält und den größten Einfluss auf die späteren mechanischen und thermischen Eigenschaften sowie die chemische Beständigkeit des Materials hat. Daher ist es wichtig, den Unterschied zwischen den beiden verwendeten Arten von thermoplastischen Polymeren zu kennen: amorph und teilkristallin.
Amorphe Materialien
Bei amorphen Materialien ist die Molekularstruktur ungeordnet und weist kein regelmäßiges Wiederholungsmuster auf. Die Moleküle sind zufällig angeordnet, ohne Fernordnung oder Periodizität. Diese Unordnung auf molekularer Ebene führt zu den charakteristischen Eigenschaften amorpher Materialien, wie Transparenz, niedrigere Schmelzpunkte und ein glasartiges Aussehen. Das Fehlen einer regelmäßigen Wiederholungsstruktur verhindert die Bildung kristalliner Abschnitte.
Vorteile:
1. Einfache Verarbeitung: Amorphe Polymere haben in der Regel niedrigere Schmelzpunkte, wodurch sie sich leichter in großformatigen 3D-Druckern verarbeiten lassen.
2. Glatte Oberflächenbeschaffenheit: Sie können 3D-gedruckte Teile mit glatteren Oberflächen und feineren Details herstellen, was für einige Anwendungen wichtig ist.
3. Transparenz: Nützlich für großformatige 3D-Druckanwendungen, bei denen optische Klarheit erforderlich ist, wie z. B. bei medizinischen Geräten oder durchsichtigen Gehäusen.
Nachteile:
1. Begrenzte mechanische Festigkeit: Amorphe Polymere weisen im Vergleich zu teilkristallinen Pendants tendenziell eine geringere mechanische Festigkeit auf, wodurch sie sich weniger für tragende Anwendungen eignen.
2. Teilkristalline Materialien: Kristalline Materialien weisen eine hochgeordnete und sich wiederholende Molekülstruktur auf. Die Atome oder Moleküle in einem kristallinen Material sind in einem spezifischen, sich wiederholenden Muster angeordnet, das sich über weite Strecken durch das gesamte Material erstreckt. Diese geordnete Anordnung ist für die charakteristischen Eigenschaften kristalliner Materialien verantwortlich, darunter eine höhere mechanische Festigkeit und bestimmte Schmelzpunkte. Halbkristalline Polymere haben, wie der Name schon sagt, eine amorphe Struktur mit kristallinen Abschnitten und somit eine Kombination aus beiden Typen.
Vorteile:
1. Hohe mechanische Festigkeit: Halbkristalline Polymere bieten im Allgemeinen bessere mechanische Eigenschaften, darunter eine höhere Steifigkeit und Festigkeit.
2. Chemische Beständigkeit: Viele teilkristalline Polymere sind sehr beständig gegen Chemikalien und Umwelteinflüsse.
Nachteile:
1. Höhere Verarbeitungstemperaturen: Diese Polymere erfordern höhere Verarbeitungstemperaturen, was für großformatige 3D-Drucker eine Herausforderung darstellen kann.
2. Kleinerer optimaler Temperaturbereich: Ein wichtiger Faktor bei der Herstellung von Teilen im großformatigen 3D-Druck ist die Qualität der Verbindung zwischen den Schichten (Zwischenschichtfestigkeit). Damit diese Bindungsstärke optimal ist, muss die vorherige Schicht eine optimale Temperatur aufweisen, damit sich die Moleküle noch mit den Molekülen der neuen Schicht neu anordnen können, aber dennoch eine ausreichende Festigkeit bieten, um das Gewicht der neuen Schicht zu tragen, ohne sich zu verformen. Dieses Fenster ist aufgrund der kristallinen Abschnitte kleiner als das von amorphen Materialien und erschwert somit die Qualitätskontrolle und Verarbeitung.
3. Oberflächenbeschaffenheit: Sie können 3D-Druckteile mit einer raueren Oberflächenbeschaffenheit produzieren und erfordern möglicherweise eine Nachbearbeitung für eine verbesserte Ästhetik.
4. Begrenzte Transparenz: Teilkristalline Polymere sind im Allgemeinen undurchsichtig, was ihre Verwendung in Anwendungen, die optische Klarheit erfordern, einschränkt.
5. Geringere Dimensionsstabilität: Aufgrund der kristallinen Bereiche neigt das Polymermaterial dazu, auf nicht isotrope Weise zu schrumpfen, was zu einer geringeren Dimensionsstabilität beim Drucken führt.
Die Wahl zwischen amorphen und teilkristallinen Thermoplasten
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Wahl zwischen amorphen und teilkristallinen Thermoplasten auf den spezifischen Anforderungen der Anwendung basieren sollte. Das Verständnis der spezifischen Vor- und Nachteile dieser Materialien ist entscheidend, um die gewünschte Leistung und Qualität bei großformatigen 3D-Druckteilen zu erreichen.