Die Besten Flexiblen Materialien Im 3D-Druck

Dieser Artikel fasst alle verfügbaren Optionen für flexible Materialien in 3D-Druckverfahren wie MJF, SLS, SLA und Carbon DLS zusammen.

Der 3D-Druck bietet großartige Möglichkeiten und eine große Vielfalt, wenn es darum geht, flexible und gummiartige Materialien zu drucken. Von der Herstellung von Teilen für industrielle Anwendungen, bis hin zu innovativen und coolen Projekten aus dem Hobbybereich ist er etwas, was man sich ansehen sollte.

Schauen wir uns die Optionen für flexible Materialien für 3D-Druckverfahren an, die für Sie bei Xometry zur Verfügung stehen.

Shore-Härte verschiedener 3D-Druckmaterialien

Wenn es um flexible Materialien geht, dann ist die Härte nach Shore eine der Haupteigenschaften, die man beachten muss.

Die Shore-Härteskala wurde entwickelt, um einen gemeinsamen Referenzpunkt beim Vergleich verschiedener Materialien zu liefern. Sie wird mit einem sogenannten Shore-Durometer gemessen. Es gibt verschiedene Härteskalen für die Bestimmung der Härte verschiedener im 3D-Druck eingesetzter Materialien:

  • Die Shore OO – Skala bildet extrem weiche Materialien, wie zum Beispiel Gele (z.B. in Gel-Einlegesohlen) ab.
  • Die Shore A – Skala stellt einen großen Bereich an Materialtypen dar, der von sehr weichen und biegsamen bis hin zu halb-starren Polymeren reicht, die fast keine Flexibilität mehr haben. 
  • Die Shore D – Skala bildet sehr feste Gummis, halb-starre und starre Polymere ab
Vergleich der Shore-Härte verschiedener flexibler 3D-Druckoptionen

Wie Sie es im Bild sehen können, gibt es einen Überschneidungsbereich der verschiedenen Skalen. So hat ein Material mit einer Shore-Härte von 95A ebenfalls eine Shore-Härte von 50D.

Bei Xometry zur Verfügung stehende flexible 3D-Druckmaterialien

Verschiedene 3D-Druckverfahren erfordern unterschiedliche Polymere, Harze oder andere flexible Materialien für den Druck. Schauen wir uns an, welches Material und welche Eigenschaften die jeweiligen Verfahren im Detail erfordern.

Thermoplastische Polyurethane (TPU)

Das Material des TPU gehört zur Kategorie der Thermoplastischen Elastomere (TPEs). Die TPEs sind eine vielseitige und beliebte Gruppe von Materialien für 3D-Druckanwendungen, die dem Anwender einen großen Bereich an Vorteilen bietet. Zu diesen gehört die Flexibilität, die Haltbarkeit und die leichte Verarbeitbarkeit.

TPU Polyurethan

In der Regel als Ultrasint™ TPU 01 bekannt, handelt es sich hierbei um ein Mehrzweckmaterial für die exklusive Verwendung in der Multi Jet Fusion (MJF).  Dieses biegsame Material ist ein thermoplastische Urethan, das sowohl flexibel ist, über eine hohe Reißfestigkeit verfügt und einen hohen Detailgrad bietet. Thermoplastisches Polyurethan für den 3D-Druck bietet einzigartige Möglichkeiten, die mit anderen 3D-Druckmaterialien wie ABS, PLA oder Nylon nur schwer zu erreichen sind.

Indem es die Eigenschaften von Kunststoffen und Gummis verbindet, können aus TPU Teile hergestellt werden, die sowohl über einen hohen Detailgrad verfügen, und dabei über eine gute Flexibilität und Stoßabsorption verfügen. Das Material zeigt dabei starre, gummiartige Eigenschaften – in etwa wie das Rad eines Skateboards – die für ein breites Feld an Anwendungsgebieten für Endkunden geeignet sind.  Darüber hinaus ist das Material leicht zu drucken, hat eine gute UV-Beständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Hydrolyse.

  • Schlüsselmerkmale: Halb-starr • chemikalienbeständig
  • Anwendungen: Armaturenbretter in der Fahrzeugindustrie, medizinische Geräte, kraftbetriebene Werkzeuge und viele mehr…
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Thermoplastic polyurethane part manufactured with MJF 3D printing
Teile, die mit MJF 3D-Druck aus thermoplastischem Urethan gefertigt wurden

Flex TPU

Falls sie ein gummiartiges und flexibles Material brauchen, ist Flex TPU für das Selektive Lasersintern (SLS) die perfekte Wahl. Mit guten Resilienzeigenschaften nach der Verformung und einer hohen Stabilität gegenüber UV-Strahlung bietet dieses elastomere SLS TPU viele Vorteile.

Mit der Schaffung interessanter struktureller Designs können Teile im 3D-Druck für verschiedene industrielle Zwecke erzeugt werden. Von der Automobilindustrie bis hin zu industriellen Herstellung von Schuhen. Das Material erzeugt eine glatte weiße Oberfläche und bietet zudem eine gute Beständigkeit gegenüber Hydrolyse und eine großartige Stoßabsorption.

  • Schlüsseleigenschaften: Großartige Elastizität · Hohe Festigkeit · Widerstandsfähigkeit gegenüber Chemikalien
  • Anwendungen: Automobilindustrie, Fußbekleidung für Endkunden wie z.B. Laufschuhe
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Flexible TPU können zudem mit dem FDM-Druckverfahren genutzt werden, aber in der Regel sind solche 3D-Druck von geringerer Qualität als wenn sie mit pulverbasierten Verfahren wie SLS oder MJF erstellte werden, und unterscheiden sich dabei kaum im Preis.

Eigenschaften von TPU

Es gibt verschiedene Schlüsseleigenschaften von TPU-Materialien, die vorteilhaft für industrielle Anwendungen sind.

Abrieb-/Kratzfestigkeit

Ein hoher Widerstand gegenüber Kratzern und Abrieb bedeutet Haltbarkeit und eine hohe ästhetische Wertigkeit. Ein TPU-Material gewährt exzellente Ergebnisse im Vergleich mit anderen thermoplastischen Elastomeren, wenn der Widerstand gegenüber Kratzern und Abrieb kritisch für Anwendungen wie bei Automobilinnenverkleidungen, im Sport oder für technische Bauteile erforderlich ist.

UV-Beständigkeit

Neben der Aufrechterhaltung der guten mechanischen Eigenschaften zeigen diese flexiblen Materialien zudem eine außergewöhnliche Stabilität gegenüber ultravioletter Strahlung und bringen somit eine überlegene Farbstabilität mit sich. Sowohl für helle als auch dunkle farbige Teile können sich industrielle Anwender auf die hohe Kratzfestigkeit und die Leistungsfähigkeit von elastischen TPU im Kontakt mit UV-Strahlung verlassen, da diese die Farbechtheit ästhetisch wichtiger Teile sicherstellen.

Hohe Flexibilität

TPU-Materialien bieten eine hohe Flexibilität, Stoßabsorption und prallen zudem ab, wodurch sie eine ausgezeichnete Wahl für die Herstellung von Schuhen, Sportausstattung und orthopädischen Modellen darstellen. Diese Eigenschaften sind zudem sehr nützlich, wenn es um Innenräume von Autos und die Abdeckungen von Luftfiltern geht.

Andere Vorteile

  • Gute Elastizität über einen großen Temperaturbereich
  • Exzellente Festigkeit bei geringen Temperaturen und Schlagfestigkeit
  • Robuste Beständigkeit gegenüber Witterung und hochenergetischer Strahlung
  • Großartige Elastizität im gesamten Härtebereich
  • Beständig gegenüber Ölen, Schmierstoffen und verschiedenen Lösemitteln

Flexible Materialien aus Silikongummi

Silikongummi ist eine Art Elastomer, das für seine Flexibilität und Haltbarkeit bekannt ist. Durch diese Eigenschaften ist es ein geeignetes Material für den 3D-Druck für Anwendungen, in denen die gedruckten Objekte sowohl flexibel als auch in der Lage sein müssen, hohen Temperaturen und rauen Umgebungsbedingungen zu trotzen.

Einer der Vorteile der Verwendung von Silikongummi im 3D-Druck ist dabei, dass es einen weiten Bereich von Shore-Härtewerten hat, und somit auf einen spezifischen Grad an Flexibilität und hoher Haltbarkeit zugeschnitten werden kann, der für bestimmte Anwendungen erforderlich ist. Es verfügt zudem über eine gute Hitzebeständigkeit und ein hohes Maß an Chemikalienbeständigkeit, wodurch es gut geeignet für raue Umgebungen ist.

Silikongummi eignet sich außerdem für die Herstellung von flexiblen und dehnbaren Objekten, wie Siegel und Dichtungen, sowie für Prototypen und Kleinserien von flexiblen Teilen, die eine sehr gute Druckqualität erfordern.

Echtes Silikon

Echtes Silikon hat eine hohe Auflösung, eine exzellente Oberflächenveredelung, und ist beständig gegenüber Säuren, Basen und unpolaren Lösemitteln. Es hat eine hohe Verschleißfestigkeit, Elastizität und eine hohe Formtreue nach Verformung oder Belastung. Es ist zudem biokompatibel und zertifiziert nach ISO 10993. Das Material eignet sich für kleine Teile, die in der Stereolitographie (SLA) hergestellt werden.

  • Schlüsseleigenschaften: Hohe Verschleißfestigkeit · Elastizität · Hohe Auflösung (möglicher Detailgrad)
  • Anwendungen: Prothesen · Wearables · Siegel und Litzen  · Dichtungen
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Flexible CLIP Harze

CLIP Harze sind eine Klasse von hochqualitativen Harzen, die mit additiven Carbon DLS Herstellungsverfahren verwendet werden. Bei Xometry bieten wir Ihnen drei Arten von flexiblen CLIP Harzen an.

EPU 40 (Elastomeres Polyurethan)

EPU 40 ist ein Hochleistungs-Polyurethanelastomer das eine gute Wahl für Anwendungen ist, bei denen eine hohe Elastizität und Reißfestigkeit notwendig sind. Elastomeres Polyurethan CLIP Harz erlaubt aufgrund seiner Hochleistungseigenschaften ein exzellentes elastisches Verhalten und zyklischen Be- und Entlastungen. Sie können es biegen und dehnen, es nimmt wieder seine originäre gedruckte Form an.

EPU 40 ist dabei kompatibel mit kommerziellen TPUs mit einer Shore-Härte von 70A. Das EPU-Harz ist gummiartig, widerstandsfähig, flexibel und dehnbar bei einer Schichtdicke von 100 µm oder 0,1 mm, wodurch es fast unsichtbar ist. Die entstehenden Teile sind dabei jenen aus dem Spritzguss ähnlich, womit sie sehr interessant für die Erstellung von Prototypen sind.

  • Schlüsseleigenschaften: Hochelastisch · Reißfest · Chemikalien- und Biokompatibel
  • Anwendungen: Dichtungen und Versiegelungen · Stoßdämpfer · Vibrationsisolatoren
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3D printed part with EPU 40
3D-gedrucktes Teil mit EPU 40 (Quelle: Carbon3D)

FPU 50 (Flexibles Polyurethan)

FPU 50 ist ein stoß-, abrieb- und ermüdungsbeständiges halb-starres Material, das eine gute Wahl für Teile ist, die einer wiederholten Belastung standhalten müssen. Dieses Material kann dabei ideal für zähe Gehäuse sein, für Gelenkmechanismen oder Friktionspassungen bzw. kraftschlüssige Verbindungen.

FPU ist aufgrund seiner exzellenten Ermüdungs- und Hitzebeständigkeit vergleichbar mit PP (Polypropylen). Es ist möglich Details mit einer Stärke von bis hinunter zu 0,25 mm im 3D-Druck zu drucken, ist dabei jedoch nicht gummiartig oder elastisch wie EPU 40, und verfügt dennoch über eine Bruhdehnung von 200%.

  • Schlüsseleigenschaften: Zäh und Ermüdungsbeständig · Hohe Zugfestigkeit · Hohe Schlagfestigkeit und Umformfestigkeit.
  • Anwendungen: Schnappverschlüsse · Zugentlastungen · Befestigungen und Verschlüsse für eingekapselte kleine elektrischen Schaltkreise.
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3D printed part with FPU 50
3D-gedruckte Teile mit FPU 50 (Quelle: Carbon 3D)

SIL 30 (Silikon)

SIL, ein silikonartiges Urethanmaterial ist kompatibel mit kommerziellen TPEs mit einer Shore-Härte von 35A. Die CLIP Technologie erlaubt den 3D-Druck mit einer neuen Klasse von Polymeren, die die komplexe Chemie von Polyurethanen und auf Cyanatestern basierenden Harzen nutzen. Das Resultat ist eine diverse und wachsende Auswahl an Materialien, die häufig auftretende ingenieurstechnische Herausforderungen widerspiegeln.

  • Schlüsseleigenschaften: Weiche Haptik · Biokompatibilität · Reißfestigkeit
  • Anwendungen: Wearables (Armbänder, Ohrhöhrer), medizinische Geräte
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3D printed part with SIL 30
3D-gedruckte Teile aus SIL 30 (Quelle: Carbon3D)

Alle diese CLIP Harze sind dabei für einen langfristigen (>30 days) Kontakt mit der Haut geeignet. Ebenso können alle, außer EPU 40, das nur für Hautkontakt geeignet ist, für den kurzfristigen Kontakt mit Schleimhäuten verwendet werden. Dementsprechend finden sie auch ihren Weg in den Druck sicherer Materialien in der Gesundheitsindustrie.

Kostenvergleich flexibler Materialien

Schauen wir uns einen Vergleich der verschiedenen flexiblen Materialien in der Xometry Instant Quoting Engine an.

Flexible Materialien 3D-Druckverfahren Shore-Härte Zugfestigkeit Bruchdehnung
TPU Polyurethan MJF 95 Shore A 8,6 MPa 580%
Flex TPU SLS 85 – 90 Shore A 7 MPa 250%
True Silicone (Echtes Silikon) SLA 50 Shore A 7,25 N/mm² 530%
EPU 40 Carbon DLS 70 Shore A 19 MPa 400%
FPU 50 Carbon DLS 71 Shore D 25 MPa 200%
SIL 30 Carbon DLS 35 Shore A 3,5 MPa 350%

Fazit

Es gibt drei hauptsächliche Arten von flexiblen Materialien im 3D-Druck, die, mit verschiedenen Druckqualitäten, für den Massenmarkt verfügbar sind: TPU-Materialien, CLIP Harze und Silikongummis. Falls Sie nach bezahlbaren Teilen suchen, passen für Sie TPU-Materialien, während Sie zu den CLIP Harzen greifen sollten, falls Sie nach fortgeschrittenen Materialeigenschaften wie hoher Festigkeit oder Reißfestigkeit suchen.

Xometry bietet 3D-Druckdienste mit flexiblen Materialien für das Rapid Prototypen und für verschiedene industrielle Anwendungen an. Laden Sie ihre CAD-Datei hoch und prüfen Sie Ihre Preisoptionen.

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