TPU 3D-printen meesteren: uw complete gids voor flexibele, duurzame delen

Heeft u ooit nagedacht over 3D-printen van flexibele delen? Zo ja, dan is Thermoplastic Polyurethane of TPU, zoals het algemeen bekend is, zeker een materiaal om aan uw lijst toe te voegen.

TPU 3D-printen biedt unieke mogelijkheden die anders onbereikbaar zijn met andere 3D-printmaterialen zoals ABS, PLA of nylon. Door de eigenschappen van zowel plastic als rubber te combineren, kan TPU elastische, hoog duurzame delen produceren die gemakkelijk gebogen of gecomprimeerd kunnen worden.

In de tutorial van vandaag verkennen we de voordelen en toepassingen van TPU, de technologieën die het materiaal ondersteunen, evenals een paar tips om 3D-printen met TPU zo gemakkelijk en efficiënt mogelijk te maken.

Bekijk andere gidsen over 3D-printen van kunststoffen:

3D-printen met ABS Plastic: Alles wat u moet weten

PLA 3D-printen: Alles wat u moet weten

FDM 3D-printen: ASA, PETG en PC filamenten vergelijken

Nylon 3D-printen: Alles wat u moet weten

ULTEM & PEEK: De ultieme gids voor high-performance 3D-printmaterialen

Wat is TPU?

Thermoplastic Polyurethane (TPU) behoort tot de familie van thermoplastische elastomeren en combineert de beste eigenschappen van thermoplasten en rubberen (thermoharders).

U bent misschien meer bekend met de term TPE — of ThermoPlastic Elastomer. Vroeger het go-to materiaal voor flexibel 3D-printen, is TPE een erg zacht, rubberachtig plastic dat gebogen of gerekt kan worden zonder deformatie. Echter, zijn zachtheid maakt TPE een uitdagend materiaal voor machine-extruders om te 3D-printen.

TPU, aan de andere kant, kan worden gezien als de nieuwere versie van TPE. TPU bezit rubberachtige elasticiteit, hoge scheur- en slijtvaste, hoge rek bij breuk alsook thermische stabiliteit.

Daarnaast is TPU ook bestendig tegen oliën, vetten en een verscheidenheid aan oplosmiddelen. Omdat het fester is dan TPE, is TPU daarom ook veel makkelijker te 3D-printen.

VoordelenNadelenToepassingen Elastisch en zacht materiaalHygroscopischSportartikelen Kan heel rekbaar zijn afhankelijk van rek bij breukGevoelig voor stringing en verstoppingenBeschermende hoesjes Lage krimp en krimpMoet bij lage temperaturen geprint wordenAutomotive bushings Chemisch bestendigMoelijk te post-processerenTrillingsdempende componenten Goede impactweerstand Goede trillingsdemping en shockabsorptie Beschikbaar in een reeks kleuren

Toepassingen

TPU heeft een breed scala aan toepassingen. Het is bijvoorbeeld een goede optie voor 3D-printen van flexibele functionele prototypes of eindgebruiksdelen die gebogen en gecomprimeerd moeten worden.

Consumptiegoederen

Voor consumptiegoederen is TPU ideaal voor het produceren van accessoires, zoals telefoonhoesjes, en schoenencomponenten.

In 2015 creëerde New Balance hardloopschoenen met TPU 3D-geprinte midsoles. Met 3D Systems' DuraForm Flex TPU, 3D-printen en generatief ontwerp, kon het schoenenreus een hoog niveau van flexibiliteit in de midsoles bereiken, alsook sterkte, optimaal gewicht en duurzaamheid.

Medisch

Een andere interessante toepassing van TPU is in de medische sector. Het materiaal kan bijvoorbeeld gebruikt worden om orthopedische modellen te creëren. In 2016 introduceerde het Amerikaanse bedrijf Graphene 3D Lab een geleidend TPU filament, geschikt voor het produceren van flexibele elektronica, inclusief draagbare medische apparaten zoals polsbanden.

Automotive

Met zijn hoge chemische weerstand tegen oliën en vetten, is TPU ideaal voor automotive toepassingen zoals afdichtingen, pakkingen, propjes, buizen en beschermende toepassingen.

Een innovatief voorbeeld is een 3D-geprinte elektrische auto geproduceerd door Chinese startup XEV Limited. De auto bestaat uit ongeveer 100 delen, waarvan veel 3D-geprint zijn met TPU naast PLA en nylon.

Beschikbare TPU Materialen

Materiaal FabrikantMateriaal MerknaamShore A hardheidBelangrijkste eigenschappenTechnologie 3D SystemsDuraForm TPU ElastomerShore A hardheid kan variërenSlijtvaste en scheurvast

Gemakkelijk te verwerken

Rek bij breuk 200%SLS ProdwaysTPU-70A70AHoog resolutie

Rek bij breuk boven 300%SLS Advanc3DAdsint TPU 80 shA80AGoede slijt- en chemische weerstand

Rek bij breuk 600%SLS SinteritFlexa Soft40-55ARek bij breuk 137%SLS SinteritFlexa Black80-90ARek bij breuk 155%SLS SinteritFlexa Grey70-90A (instelbaar)Rek bij breuk 137%SLS SinteritFlexa Bright79ARek bij breuk 317%SLS LUVOCOMLUVOSINT® TPU 92 Shore A88AHoog sterkte en hoge slijtvaste

Rek bij breuk 500%SLS LubrizolEstane® 3D TPU F70D-045TR UV70DLaagtemperatuur flexibiliteit en UV stabiliteitFFF, SLS, Multi Jet Fusion (MJF) LubrizolEstane® 3D TPU F50D-045SR GP50DHoge stijfheid met uitstekende chemische en olie weerstandFFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F98A-030CR HC98AUitstekende mechanische eigenschappen, lage krimp en krimp FFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F75D-035 TR UV75DBiedt hoge modulus en uitstekende verwerkingseigenschappenFFF, SLS, MJF NinjatekNinjaflex TPU85ASlijtvaste 20% beter dan ABS en 68% beter dan PLA
Bestendig tegen chemicaliën

Rek bij breuk 660%FFF NinjatekCheetah TPU95AGeweldige impactsterkte

Slijtvaste 40% beter dan ABS en 76% beter dan PLA
Rek bij breuk 580%FFF NinjatekArmadillo TPU75DStijf, slijtvaste, zacht

Uitstekende bridging capaciteiten en vrijwel geen warping FFF PolymakerPolyFlex™ TPU9595AMakkelijk te verwerken

Rek bij breuk 330%FFF rigid.inkrigid.ink TPU94AZacht en duurzaam

Rek bij breuk 500%FFF MatterHackersMatterHackers PRO TPU95ABestendig tegen slijtage, vet en olie FFF FillamentumFlexfill TPU92A en 98AOlie bestendig met
uitstekende inter-laag heching FFF

3D-printen met TPU: De Technologieën

Als u 3D-printen met dit flexibele materiaal wilt verkennen, zijn er twee hooftechnologieën om uit te kiezen: Selective Laser Sintering (SLS) en Fused Deposition Modelling (FDM).

Laten we de mogelijkheden van elk dieper ingaan.

Selective Laser Sintering

Selective Laser Sintering (SLS) is een poederbedfusie 3D-printtechnologie die een laserbundel gebruikt om poedermateriaal selectief te smelten en te fusen.

SLS biedt veel voordelen voor industriële productie, aangezien de technologie in staat is functionele delen met geweldige mechanische eigenschappen te produceren. Bovendien vereist SLS geen ondersteuningsstructuren, wat vrijvormige delen zonder enige ondersteuningsverwijderingssporen toelaat. Echter, delen zullen een vorm van nabewerking vereisen om een betere oppervlakteafwerking te bereiken.

Initieel werd de technologie gebruikt met diverse typen nylon, maar met recente vooruitgang in materiaalonderzoek is het nu mogelijk om TPU poeder te sinteren.

Momenteel zijn er een paar fabrikanten op de markt die TPU poeder met diverse graden van shore hardheid aanbieden:

– 3D Systems biedt zijn eigen DuraForm TPU Elastomer, compatibel met zijn Pro 60 HD-HS 3D printer.

– Franse AM specialist Prodways heeft TPU-70A in zijn materiaalportefeuille met een rek bij breuk van meer dan 300%. Met TPU-70A kan shore hardheid worden aangepast op basis van energie-input.

– In 2017 introduceerde de Duitse materiaalfabrikant Advanc3D het Adsint TPU 80 shA materiaal, gezegd het rekbaarste commercieel beschikbare materiaal voor SLS-technologie.

Ontwerptips bij gebruik van TPU poeders

Minimale wanddikte
1,5 mm is de minimale wanddikte bij gebruik van TPU poeder. Delen 3D-geprint met 1,5 mm wanden zullen heel flexibel zijn, maar u kunt uw deel ook rigider maken door de wanddikte te verhogen tot 3 mm.

Minimale featuregrootte
Bij het ontwerpen van details voor uw TPU-deel, zorg ervoor dat ze minimaal 0,5 mm in grootte zijn. Voor de zichtbaarheid van gereleefde en gegraveerde details, mag hun hoogte en breedte niet kleiner zijn dan 1,5 mm.

Complexe ontwerpen
Als poederbedtechnologie kan SLS gesloten en in elkaar grijpende delen creëren, wat de noodzaak elimineert om afzonderlijk geprintte componenten te assembleren. Hiervoor succesvol te zijn, houd er rekening mee dat de clearance tussen delen minimaal 1 mm moet zijn. Voor grote objecten moet de clearance worden verhoogd.

Ontsnappingsgaten
Uw deel hollen kan nuttig zijn, aangezien het printtijd vermindert en materiaal bespaart. Echter, bij het doen, vergeet niet om in uw ontwerp gaten met een diameter van minstens 1,5 mm te verwerken om het poeder dat in uw deel vastzit na het printproces te helpen verwijderen.

Fused Deposition Modelling

FDM-technologie kan ook gebruikt worden met TPU filamenten.

Er zijn twee grote voordelen van het gebruik van FDM in plaats van SLS bij het produceren van TPU-delen: ten eerste is FDM goedkoper en ten tweede is het typisch sneller om TPU-delen met filamenten te produceren dan met poeders.

Aan de andere kant, 3D-printen met TPU filamenten met FDM zal resulteren in een minder dimensionaal nauwkeurig deel, met zichtbare printlagen die niet geglad kunnen worden. Bovendien, aangezien TPU een zacht materiaal is, met name vergeleken met ABS en PLA thermoplasten, kunnen TPU filamenten buigen in het extrudermechanisme, wat resulteert in coiling van het filament en verstoppingen van een extruder. Echter, de zachtheid van het materiaal is wat de laag-tot-laag heching in TPU prints sterk en duurzaam maakt.

5 tips voor 3D-printen met TPU filamenten

Basale printervereisten:

• Extruder temperatuur: 225-250°C
• Type van de extruder: Direct Drive extruder wordt aanbevolen
• Verwarmd printbed: 50 ±10 °C
• Koeling: deelkoelventilator aanbevolen (medium of hoge instelling)
• Behuizing: niet nodig
• Bouwoppervlak: Kapton tape (PEI), blauwe schilders tape

Printtemperatuur

De aanbevolen extrusietemperatuurbereik ligt tussen 225-250°C, afhankelijk van het type 3D-printer en TPU-filament dat u heeft. Houd er rekening mee dat printen met hogere temperaturen het filament sneller laat smelten en makkelijker uit een zuiger laat vloeien.

Snelheid

TPU print typisch het beste bij langzamere snelheden. Het is een goede praktijk om de helft van de gemiddelde snelheid in te stellen (15 mm/s – 20 mm/s) om hoge-kwaliteit prints te garanderen.

Extrusievermenigvuldiger

Extrusievermenigvuldiger is een 3D-printer instelling waarmee u kunt controleren hoeveel filament uit de zuiger komt of simpelweg de extrusiesnelheid. Omdat TPU filamenten onjuist kunnen extruderen tijdens het printproces, wat resulteert in onjuiste binding van lagen en perimeters. Een manier om dit probleem aan te pakken is uw extrusievermenigvuldiger licht te verhogen.

Retractie

Retractie is het mechanisme in een 3D-printer, dat het filament achterwaarts in de extruder trekt als middel om het uitvloeien van het gesmolten filament te voorkomen. Deze functie is erg nuttig met starre filamenten zoals PLA en ABS, maar met TPU filamenten kan retractie uitdagend zijn en leiden tot verstoppingen. Daarom is het ten zeerste aan te bevelen om retractie uit te schakelen om rekken en comprimeren van het flexibele filament in de zuiger te voorkomen.

Rafts en skirts

Een raft is een wegwerp horizontaal oppervlak waarop een deel geprint wordt, en wordt gebruikt om warping te voorkomen. Echter, aangezien TPU-delen meestal niet warpen, worden rafts niet aanbevolen bij 3D-printen met TPU, niet minimaal omdat ze additionele printproblemen kunnen veroorzaken door hoge printsnelheden. Integenstelling, het zou wijzer zijn om een skirt te printen — een paar lussen materiaal om de print — om de stroom van het filament te controleren en het succes van de eerste paar lagen te garanderen.

Conclusie

TPU is een hoog nuttig materiaal, dat unieke eigenschappen en een breed scala aan mogelijke toepassingen biedt.

Echter, 3D-printen met TPU kan lastig zijn door de unieke eigenschappen van het materiaal, weshalb het belangrijk is om de mogelijkheden en beperkingen van TPU te begrijpen voordat u print. Met deze gids hopen we dat u nu goed op weg bent om uw 3D-geprinte TPU-delen succesvol te produceren.