TPU 3D-printen:een gids voor 3D-printen van flexibele onderdelen

Heeft u al eens nagedacht over het 3D printen van flexibele onderdelen? Als dat zo is, is thermoplastisch polyurethaan of TPU, zoals het algemeen bekend is, zeker een materiaal om aan je lijst toe te voegen.

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

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

Bekijk andere handleidingen over 3D-printkunststoffen:

3D-printen met ABS-kunststof: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 hoogwaardige 3D-afdrukmaterialen

Wat is TPU?

Thermoplastisch Polyurethaan (TPU) behoort tot de familie van thermoplastische elastomeren en combineert de beste eigenschappen van thermoplasten en rubbers (thermosets).

U bent misschien meer bekend met de term TPE - of ThermoPlastic Elastomeer. TPE was vroeger het go-to-materiaal voor flexibel 3D-printen en is een zeer zachte, rubberachtige kunststof die kan worden gebogen of uitgerekt zonder vervorming. De zachtheid maakt TPE echter een zeer uitdagend materiaal voor machine-extruders om te 3D-printen.

TPU daarentegen kan worden gezien als de nieuwere versie van TPE. TPU heeft een rubberachtige elasticiteit, hoge scheur- en slijtvastheid, hoge rek bij breuk en thermische stabiliteit.

Daarnaast is TPU ook bestand tegen oliën, vetten en diverse oplosmiddelen. Omdat TPU steviger is dan TPE, is het daarom ook veel gemakkelijker om mee te 3D-printen.

Pros Nadelen Toepassingen Elastisch en zacht materiaalHygroscopischSportartikelen Kan zeer rekbaar zijn, afhankelijk van de rek bij breukGevoel voor rijgen en verstoppingBeschermende hoesjes Weinig kromtrekken en krimpen Moet bij lage temperaturen worden bedrukt Autobussen Chemisch bestendig Moeilijk nabewerking Trillingsdempende componenten Goede slagvastheid Goede trillingsdemping en schokken absorptie Verkrijgbaar in een reeks kleuren

Toepassingen

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

Consumentengoederen

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

In 2015 creëerde New Balance hardloopschoenen met TPU 3D-geprinte tussenzolen. Met behulp van 3D Systems' DuraForm Flex TPU, 3D-printen en generatief ontwerp, was de schoenengigant in staat om een ​​hoge mate van flexibiliteit in zijn tussenzolen te bereiken, evenals sterkte, optimaal gewicht en duurzaamheid.

Medisch

Een andere interessante toepassing van TPU is in de medische sector. Het materiaal kan bijvoorbeeld worden gebruikt om orthopedische modellen te maken. In 2016 introduceerde het in de VS gevestigde bedrijf Graphene 3D Lab een geleidend TPU-filament, geschikt voor de productie van flexibele elektronica, waaronder draagbare medische apparaten zoals polsbandjes.

Automobiel

Met zijn hoge chemische bestendigheid tegen oliën en vetten is TPU ideaal voor autotoepassingen zoals afdichtingen, pakkingen, pluggen, buizen en beschermende toepassingen.

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

Beschikbare TPU-materialen

Materiaalfabrikant Merknaam materiaal Shore A hardheid Belangrijke eigenschappen Technologie 3D SystemsDuraForm TPU ElastomerShore A hardheid kan worden gevarieerd Slijt- en scheurvast

Eenvoudig te verwerken

Rek bij breuk 200%SLS ProdwaysTPU-70A70AHoge resolutie

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

Rek bij breuk 600%SLS SinteritFlexa Soft40-55AEVerlenging bij breuk 137%SLS SinteritFlexa Zwart80-90AEVerlenging bij breuk 155%SLS SinteritFlexa Grijs70-90A (instelbaar)Rek bij breuk 137%SLS SinteritFlexa Bright79AElongatie bij breuk 317%SLS LUVOCOMLUVOSINT® TPU 92 Shore A88AHoge sterkte en hoge slijtvastheid

Rek bij breuk 500%SLS LubrizolEstane® 3D TPU F70D-045TR UV70DLlow- temperatuurflexibiliteit en UV-stabiliteitFFF, SLS, Multi Jet Fusion (MJF) LubrizolEstane® 3D TPU F50D-045SR GP50DHoge stijfheid met uitstekende chemische en oliebestendigheidFFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F98A-030CR HC98AUitstekende mechanische eigenschappen, weinig kromtrekken en shri nkage FFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F75D-035 TR UV75Dbiedt hoge modulus en uitstekende verwerkingseigenschappenFFF, SLS, MJF NinjatekNinjaflex TPU85AAbrasieweerstand 20% beter dan ABS en 68% beter dan PLA
Bestand tegen chemicaliën

Rek bij breuk 660%FFF NinjatekCheetah TPU95AGrote slagvastheid

Slijtvastheid 40% beter dan ABS en 76% beter dan PLA
Rek bij breuk 580%FFF NinjatekArmadillo TPU75DRigid, slijtvast , robuust

Uitstekende overbruggingsmogelijkheden en vrijwel geen kromtrekken FFF PolymakerPolyFlex™ TPU9595AEenvoudig te verwerken

Rek bij breuk 330%FFF rigid.inkrigid.ink TPU94ATStijf en duurzaam

Rek bij breuk 500%FFF MatterHackersMatterHackers PRO TPU95ARsistant tegen slijtage, vet en olie FFF FillamentumFlexfill TPU92A en 98AO Oliebestendig met
uitstekende hechting tussen de lagen FFF

3D-printen met TPU:de technologieën

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

Laten we ingaan op de mogelijkheden van elk.

Selectief laser sinteren

Selective Laser Sintering (SLS) is een poederbedfusie 3D-printtechnologie die een laserstraal gebruikt om poedervormig materiaal selectief te smelten en samen te smelten.

SLS biedt veel voordelen voor industriële productie, omdat de technologie in staat is om functionele onderdelen met geweldige mechanische eigenschappen te produceren. Bovendien heeft SLS geen ondersteuningsstructuren nodig, waardoor onderdelen in vrije vorm kunnen worden gevormd zonder merktekens voor het verwijderen van de ondersteuning. Onderdelen hebben echter enige vorm van nabewerking nodig om een ​​betere oppervlakteafwerking te krijgen.

Aanvankelijk werd de technologie gebruikt met verschillende soorten nylon, maar met recente vooruitgang in materiaalonderzoek is het nu mogelijk om TPU-poeder te sinteren.

Momenteel zijn er enkele fabrikanten op de markt die TPU-poeder met verschillende gradaties van shore-hardheid aanbieden:

– 3D Systems biedt zijn eigen DuraForm TPU-elastomeer aan, dat compatibel is met zijn Pro 60 HD-HS 3D-printer.

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

– In 2017, de Duitse materiaalfabrikant Advanc3D introduceerde het Adsint TPU 80 shA-materiaal, naar verluidt het meest rekbare materiaal dat commercieel beschikbaar is voor SLS-technologie.

Ontwerptips bij het gebruik van TPU-poeders

Minimale wanddikte
1,5 mm is de minimale wanddikte bij gebruik van TPU-poeder. Onderdelen die in 3D zijn geprint met wanden van 1,5 mm zullen zeer flexibel zijn, maar u kunt uw onderdeel ook stijver maken door de wanddikte te vergroten tot 3 mm.

Minimale functiegrootte
Als u details voor uw TPU-onderdeel ontwerpt, zorg er dan voor dat deze minimaal 0,5 mm groot zijn. Voor de zichtbaarheid van reliëf- en gegraveerde details mogen hun hoogte en breedte niet kleiner zijn dan 1,5 mm.

Complexe ontwerpen
Als poederbedtechnologie kan SLS ingesloten en in elkaar grijpende onderdelen maken, waardoor het niet meer nodig is om afzonderlijk geprinte onderdelen te assembleren. Om dit te laten slagen, moet u er rekening mee houden dat de speling tussen de onderdelen minimaal 1 mm moet zijn. Voor grote objecten moet de vrije ruimte worden vergroot.

Ontsnappingsgaten
Uw onderdeel uithollen kan handig zijn, omdat het de afdruktijd verkort en materiaal bespaart. Vergeet echter niet om rekening te houden met uw ontwerpgaten met een diameter van minimaal 1,5 mm om het poeder dat na het printproces in uw onderdeel vastzit te verwijderen.

Gesmolten depositiemodellering

FDM-technologie kan ook worden gebruikt met TPU-filamenten.

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

Aan de andere kant zal 3D-printen met TPU-filamenten met FDM resulteren in een minder dimensionaal nauwkeurig onderdeel, met zichtbare printlagen die niet kunnen worden gladgestreken. Bovendien, aangezien TPU een zacht materiaal is, vooral in vergelijking met ABS en PLA thermoplasten, kunnen TPU-filamenten buigen in het extrudermechanisme, wat resulteert in oprollen van het filament en verstopping van een extruder. De zachtheid van het materiaal maakt de laag op laag hechting in TPU-prints echter sterk en duurzaam.

5 tips voor 3D-printen met TPU-filamenten

Basis printervereisten:

• Extrudertemperatuur :225-250°C
• Type extruder :Direct Drive extruder wordt aanbevolen
• Verwarmd printbed :50 ±10 °C
• Koeling :gedeeltelijke koelventilator wordt aanbevolen (gemiddelde of hoge instelling)
• Behuizing :niet nodig
• Opbouw oppervlak :Kapton tape (PEI), blauwe schilderstape

Afdruktemperatuur

Het aanbevolen temperatuurbereik voor extrusie ligt tussen 225-250°C, afhankelijk van het type 3D-printer en het TPU-filament dat je hebt. Houd er echter rekening mee dat printen met hogere temperaturen ervoor zorgt dat het filament sneller smelt en gemakkelijker uit een spuitmondje vloeit.

Snelheid

TPU drukt doorgaans het beste af bij lagere snelheden. Het is een goede gewoonte om de helft van de gemiddelde snelheid in te stellen (15 mm/s – 20 mm/s) om afdrukken van hoge kwaliteit te garanderen.

Extrusievermenigvuldiger

Extrusion Multiplier is de instelling van een 3D-printer waarmee u kunt bepalen hoeveel filament er uit het mondstuk komt of gewoon de extrusiestroomsnelheid. Omdat TPU-filamenten tijdens het printproces onjuist kunnen extruderen, wat resulteert in een onjuiste hechting van lagen en omtrekken. Een manier om met dit probleem om te gaan, is door uw extrusiemultiplier iets te verhogen.

Intrekken

Retractie is het mechanisme in een 3D-printer, dat het filament naar achteren in de extruder trekt om te voorkomen dat het gesmolten filament wegsijpelt. Deze functie is erg handig bij stijve filamenten zoals PLA en ABS, maar bij TPU-filamenten kan het intrekken een uitdaging zijn en kan dit leiden tot verstopping. Daarom is het ten zeerste aan te raden om het terugtrekken uit te schakelen om uitrekken en samendrukken van het flexibele filament in het mondstuk te voorkomen.

Vlotten en rokken

Een vlot is een wegwerp horizontaal oppervlak waarop een deel is gedrukt en wordt gebruikt om kromtrekken te voorkomen. Omdat TPU-onderdelen echter meestal niet kromtrekken, worden vlotten niet aanbevolen bij 3D-printen met TPU, niet in het minst omdat ze extra printproblemen kunnen veroorzaken vanwege de hoge printsnelheden. Het is daarentegen verstandig om een ​​rok te printen - een paar lussen materiaal rond de print - om de stroom van het filament te controleren en het succes van de eerste paar lagen te garanderen.

Conclusie

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

3D-printen met TPU kan echter lastig zijn vanwege de unieke eigenschappen van het materiaal. Daarom is het belangrijk om de mogelijkheden en beperkingen van TPU te begrijpen voordat u gaat printen. Met deze gids hopen we dat u nu goed op weg bent om uw 3D-geprinte TPU-onderdelen succesvol te produceren.