Polypropyleen (PP) 3D-printfilament:materialen, eigenschappen en toepassingen

PP (Polypropyleen) is een semikristallijne thermoplast. Het is na polyethyleen het meest gebruikte basisplastic. Het wordt voornamelijk gebruikt in verpakkingen voor voedsel en consumptiegoederen, vanwege de gunstige eigenschappenbalans en lage kosten. PP werd voor het eerst gesynthetiseerd in 1951 door J. Paul Hogan en Robert Banks, medewerkers van Phillips Petroleum. Het werd later op de markt gebracht met de hulp van de Duitse chemicus Karl Rehn en de Italiaanse wetenschapper Giulio Natta, wiens werk op het gebied van de polymeerstereochemie de massaproductie van isotactisch polypropyleen mogelijk maakte.

Het gebruik van PP bij 3D-printen is niet zo wijdverbreid. Het kan een uitdaging zijn om af te drukken vanwege de neiging tot kromtrekken. PP heeft een verwarmd bouwvolume en een relatief hoge bouwplaattemperatuur nodig. PP 3D-printfilament kan worden geleverd in doorschijnende of gekleurde varianten of gevuld met verschillende additieven zoals glasvezel, talkpoeder of een ethyleencopolymeer. De drie belangrijkste voordelen van 3D-printen met polypropyleen zijn de uitstekende weerstand tegen vermoeidheid, de goede chemische bestendigheid en de goede hechting tussen de lagen. Dit artikel bespreekt de algemene kenmerken van polypropyleen, samen met de samenstelling, eigenschappen en beperkingen ervan, en vergelijkt het met andere 3D-printfilamenten.

Wat is PP 3D-printen?

3D-printen, ook wel additieve productie genoemd, is het proces waarbij een fysiek object wordt gemaakt door het laag voor laag op te bouwen op basis van digitale ontwerpgegevens, meestal door de afzetting van gesmolten thermoplastische materialen.  Het wint aan acceptatie en marktaandeel nu de technische problemen bij het printen van dit thermoplastische materiaal zijn opgelost. Bij 3D-printen met polypropyleen (PP) wordt daarom polypropyleenfilament gebruikt bij additieve productie om duurzame, flexibele onderdelen te produceren. Hoewel het historisch moeilijk was om te printen vanwege problemen als kromtrekken en een slechte hechting van het bed, hebben recente ontwikkelingen op het gebied van materiaalformuleringen en printerinstellingen de betrouwbaarheid ervan aanzienlijk verbeterd. PP wordt vooral gewaardeerd vanwege zijn uitstekende weerstand tegen vermoeidheid, waardoor het ideaal is voor functionele componenten zoals levende scharnieren. De chemische bestendigheid tegen zuren, basen en oplosmiddelen bij kamertemperatuur maakt het geschikt voor toepassingen in de medische en automobielindustrie.

Raadpleeg onze gids over 3D-printen voor meer informatie.

Onderdeel van polypropyleen gemaakt met behulp van Xometry's MJF 3D-printproces

Wat is de samenstelling van PP-filament?

Polypropyleen is een semikristallijn monomeer met de formule (C3H6)n. Het wordt geproduceerd via ketengroeipolymerisatie van propeen. Polypropyleen is verkrijgbaar als homopolymeer (kwaliteit voor algemeen gebruik), een blokcopolymeer (bevat tussen 5 en 15% ethyleen) en een willekeurig copolymeer (bevat willekeurig gerangschikte comonomeren langs de belangrijkste moleculaire keten van polypropyleen en omvat tussen 1 en 7% ethyleen). Er kan zwart titaniumoxidepigment worden toegevoegd om het plastic te kleuren en de weerstand tegen UV (ultraviolet) licht te verbeteren. Er is glasgevuld polypropyleenfilament beschikbaar om de warmteafbuigingstemperatuur van standaard polypropyleen te verhogen ten koste van de slagvastheid.

Wat zijn de eigenschappen van PP-filament?

Hieronder vindt u enkele belangrijke mechanische en thermische eigenschappen van PP 3D-printfilament:

1. Polypropyleen heeft een smelttemperatuur van 130°C en een warmteafbuigingstemperatuur van 64,1°C.
2. Een van de meest kritische eigenschappen van PP is de chemische stabiliteit ervan. Deze chemische stabiliteit betekent dat het bestand is tegen veel verschillende chemicaliën, waaronder zuren en alkaliën.
3. Polypropyleen is bestand tegen impactbelasting bij remmen of breken.
4. Polypropyleen is bestand tegen miljoenen stresscycli zonder te falen.

Vergelijking van PP-filamenteigenschappen

Tabel 1 geeft een overzicht van de eigenschappen van PP 3D-printfilament in vergelijking met een reeks andere hoogwaardige filamenten:

Tabel 1:Vergelijking van PP versus ABS versus PETG

Eigenschap PP ABS PETG

Eigendom

Trekmodulus (MPa)

PP

234±16

ABS

1699±113

PETG

1711±45

Eigendom

Trekspanning @ Opbrengst (MPa)

PP

8,6 ± 0,4

ABS

38,1 ± 0,3

PETG

46,2 ± 0,8

Eigendom

Verlenging @ Opbrengst (%)

PP

18,7 ± 3,0

ABS

4,1 ± 0,1

PETG

5,9 ± 0,1

Eigendom

Buigmodulus (MPa)

PP

250 ± 9

ABS

1317±28

PETG

1489±25

Eigendom

Buigsterkte (MPa)

PP

9,4 ± 0,3

ABS

21,5±1,8

PETG

50±3,5

Eigendom

Charpy-slagsterkte (kJ/m2) 

PP

49,1 ± 3,2 (gekerfd)

ABS

1,5 ± 0,1 (scharnier)

PETG

7,9 ± 0,6 (gekerfd)

Eigendom

Hardheid (Shore D)

PP

42

ABS

55–70

PETG

55–70

Eigendom

Warmteafbuigingstemperatuur (0,455 MPa)

PP

64,1 ± 3,6

ABS

86,6 ± 0,4

PETG

76,2 ± 0,8

Eigendom

Glasovergangstemperatuur (°C)

PP

-20

ABS

100,5

PETG

77,4

Eigendom

Smelttemperatuur (°C)

PP

130,6

ABS

N.v.t. (amorf polymeer)

PETG

230-250

Waarom wordt PP gebruikt bij 3D-printen?

Hoewel PP geen hoge treksterkte biedt in vergelijking met polymeren van technische kwaliteit, heeft het verschillende onderscheidende eigenschappen die het waardevol maken voor specifieke gebruikssituaties. PP is bijzonder geschikt voor toepassingen zoals levende scharnieren, doorschijnende of semi-flexibele containers en draagbare apparaatcomponenten zoals riemen, vanwege de uitstekende weerstand tegen vermoeidheid en de lage vochtopname. Het vertoont ook een hoge chemische weerstand tegen zuren, basen en veel oplosmiddelen, waardoor het ideaal is voor laboratorium- of industriële omgevingen. Bovendien wordt PP veel gebruikt in de medische en automobielindustrie, waar de biocompatibiliteit, weerstand tegen sterilisatieprocessen en lichtgewichteigenschappen voordelig zijn. Zoals veel thermoplastische kunststoffen is polypropyleen recyclebaar, hoewel 3D-geprinte PP-onderdelen lastiger te recyclen kunnen zijn vanwege de kleine onderdeelgroottes en materiaalverontreiniging. Niettemin maakt de thermoplastische aard het mogelijk om het opnieuw te smelten en opnieuw te gebruiken in gesloten productiesystemen.

PP gebruiken bij 3D-printen

PP 3D-printfilament is een van de moeilijkere thermoplasten om te printen. Als echter de juiste instellingen worden gebruikt, is er geen reden waarom er geen uitstekende resultaten kunnen worden bereikt. Hieronder vindt u enkele tips voor het printen met polypropyleen:

1. PP 3D-printfilament hecht zich niet gemakkelijk aan een onvoorbereide bouwplaat. Verpakkingstape die op de bouwplaat wordt aangebracht, zorgt voor een goede hechting met de eerste bedrukte laag, net als bepaalde gespecialiseerde lijmsticks, zoals Magigoo PP.
2. Polypropyleen zal gemakkelijk kromtrekken tijdens het printen als de printomgeving niet op een relatief hoge temperatuur van 45°C wordt gehouden. Daarom wordt een bijgevoegd printvolume aanbevolen.
3. Een “raft” is een bedrukte basis waarop een daadwerkelijk onderdeel kan worden afgedrukt. Het gebruik van een vlot beschermt de basislaag van het onderdeel, omdat het onderdeel soms te goed hecht aan een goed voorbereide bouwplaat en het verwijderen van het onderdeel de basis kan beschadigen. Een vlot kan eenvoudig worden verwijderd door het er eenvoudigweg af te trekken.

Wat zijn de beste configuratie-instellingen voor PP 3D-printen?

Hoewel een verwarmd bouwvolume en de juiste bedadhesietechnieken het printsucces met PP aanzienlijk verbeteren, is het optimaliseren van de printerinstellingen net zo belangrijk. De onderstaande parameters dienen als algemene richtlijn, maar voor de beste resultaten dient u altijd het technische gegevensblad of de aanbevelingen van de fabrikant voor uw specifieke polypropyleenfilamentkwaliteit te raadplegen. Polypropyleen staat bekend om zijn lage oppervlakte-energie, wat de hechting lastig maakt. Technieken zoals het gebruik van een polypropyleen bouwplaat, verpakkingstape (op PP-basis) of speciale hechtingsprimers (bijv. Magigoo PP) worden aanbevolen voor een betrouwbare hechting aan het bed.

De volgende gegevens in Tabel 2 zijn enkele van de belangrijke printerinstellingen die u moet bepalen en instellen voordat u gaat printen met polypropyleenfilament:

Tabel 2. Typische PP-printerinstellingen

Printerinstelling Waarde

Printerinstelling

Bedtemperatuur

Waarde

85-100°C

Printerinstelling

Mondstuktemperatuur

Waarde

205-220°C

Printerinstelling

Afdruksnelheid

Waarde

30-90 mm/s (lagere snelheid levert betere resultaten op)

Printerinstelling

Terugtrekafstand

Waarde

6,5 mm voor Bowden-extruders; 

3 mm voor systemen met directe aandrijving

Printerinstelling

Infilldichtheid

Waarde

20%

Wat is de beste PP 3D-printsnelheid?

De aanbevolen printsnelheid voor PP varieert doorgaans van 30 mm/s tot 60 mm/s, afhankelijk van de printeropstelling, het filamentmerk en de gewenste onderdeelkwaliteit. Hoewel het mogelijk is om te printen met snelheden tot 90 mm/s, kan dit onnauwkeurigheden in de afmetingen en problemen met de hechting van de lagen veroorzaken als dit niet goed wordt gecontroleerd. Lagere printsnelheden (30-50 mm/s) hebben over het algemeen de voorkeur vanwege een betere maatvastheid en oppervlaktekwaliteit, vooral bij het printen van onderdelen die nauwe toleranties of minimale kromtrekking vereisen. Hogere snelheden kunnen, terwijl de totale printtijd wordt verkort, leiden tot thermische inconsistenties en kromtrekken als gevolg van de hoge krimpsnelheid van PP.

Het verhogen van de printsnelheid kan soms de hechting tussen de lagen verbeteren, omdat hierdoor de koeltijd tussen de lagen wordt verkort, waardoor de vorige laag warm blijft en beter hecht aan de volgende. Dit voordeel is echter in hoge mate afhankelijk van nauwkeurige temperatuurregeling en effectief beheer van de koeling van onderdelen, wat lastig kan zijn bij PP vanwege de lage oppervlakte-energie en slechte bedhechting. Als er wordt geprobeerd om op hoge snelheid te printen, is het essentieel dat de 3D-printer mechanisch stijf is om trillingen en resonantie te minimaliseren. Overmatige beweging of wiebelen tijdens hoge snelheid kan de printkwaliteit aanzienlijk verslechteren, vooral bij hogere of geometrisch complexe onderdelen.

Wat is de smelttemperatuur van PP-filament?

De smelttemperatuur van polypropyleenfilament ligt doorgaans in het bereik van 160°C tot 170°C, hoewel dit kan variëren afhankelijk van de fabrikant en eventuele additieven die in de formulering zijn opgenomen. Terwijl puur isotactisch PP een smeltpunt heeft van ongeveer 130,6°C, gebruiken de meeste commerciële 3D-printfilamenten aangepaste versies om de printbaarheid te verbeteren, waardoor het effectieve smeltbereik toeneemt. In de praktijk wordt PP meestal geëxtrudeerd bij 220°C tot 250°C om een ​​goede vloei en hechting tussen de lagen te garanderen. Raadpleeg altijd het technisch gegevensblad (TDS) van het specifieke filament om de juiste temperatuurinstellingen te bepalen voor een optimaal resultaat.

Het werken met polypropyleen bij 3D-printen onthulde hoe materiaaleigenschappen niet alleen de prestaties van onderdelen bepalen, maar ook de processtabiliteit. De lage oppervlakte-energie en de hoge krimp brachten uitdagingen met zich mee die meer vereisten dan alleen temperatuurbeheersing; ze vereisten een verfijnd begrip van de adhesiemechanica en het thermische gedrag. Terwijl datasheets de chemische bestendigheid en levensduur van het materiaal benadrukten, benadrukte het gebruik in de praktijk dat succesvol printen afhankelijk was van een strak gecontroleerde omgeving en materiaalspecifieke behandeling. Voor ingenieurs die op zoek waren naar duurzaamheid in flexibele onderdelen, bood PP unieke waarde, maar alleen als er vanaf het begin rekening werd gehouden met procesbeperkingen.

Is een verwarmd printbed vereist bij het printen met PP?

Ja, bij het printen met polypropyleen is een verwarmd printbed vereist. Als u niet print met een bed dat is verwarmd tot ten minste 85°C, kan dit leiden tot problemen met de hechting van de bedplaat, wat resulteert in een mislukte print.

Wat is een goede wanddikte voor 3D-printen met PP?

De optimale wanddikte voor 3D-printen PP is afhankelijk van de beoogde toepassing. Toch is een algemene richtlijn om voor standaard functionele onderdelen een minimale wanddikte van ongeveer 1 mm te hanteren. Dit zorgt voor voldoende sterkte en stijfheid en minimaliseert kromtrekken. Voor gespecialiseerde kenmerken zoals levende scharnieren maakt de uitstekende vermoeidheidsweerstand van PP veel dunnere secties mogelijk – zo laag als 0,4 mm – om de flexibiliteit en duurzaamheid bij herhaalde cycli te behouden. Voor wanden die dunner zijn dan 0,8 mm kunnen echter nauwkeurig afgestemde printerinstellingen nodig zijn, waaronder een goede koeling, lagere snelheden en uiterst nauwkeurige extrusie. Zoals altijd moeten ontwerpoverwegingen in lijn zijn met de richtlijnen van de filamentfabrikant voor de beste prestaties.

Wat is een goede wanddichtheid voor 3D-printen met PP?

De optimale infilldichtheid voor een niet-functioneel mockup polypropyleen 3D-geprint onderdeel is 20%. Deze dichtheid moet echter worden aangepast afhankelijk van de beoogde toepassing. Voor dragende toepassingen kan een opvuldichtheid van 50-80% nodig zijn. Voor de meeste toepassingen zal de standaard rastervulling voldoende zijn.

Wat is het verschil tussen PP en PLA bij 3D-printen?

PLA (Polylactic Acid) is een stijf en bros materiaal met een slechte weerstand tegen vermoeidheid in vergelijking met polypropyleen. PLA is echter aanzienlijk goedkoper dan PP 3D-printfilament en is veel gemakkelijker te printen.

Wat is het verschil tussen PP en ABS bij 3D-printen?

ABS (acrylonitril-butadieen-styreen) heeft een aanzienlijk betere mechanische sterkte dan polypropyleen 3D-printerfilament. Beide materialen zijn echter gevoelig voor kromtrekken en vereisen tijdens het printen verwarmde bouwvolumes.

Wat is het verschil tussen PP en PET bij 3D-printen?

Er bestaat een aanzienlijke overlap in de toepassingen van PP en PET (Polyethyleentereftalaat). Beide worden bijvoorbeeld gebruikt om voedsel en vloeistoffen veilig op te slaan. PP en PET hebben ook vergelijkbare temperatuurbestendigheid en stijfheidseigenschappen.

Veelgestelde vragen over PP 3D-printen

Is PP biologisch afbreekbaar?

Polypropyleenfilament voor 3D-printen is niet biologisch afbreekbaar en moet in een industriële faciliteit worden gerecycled.

Is PP recyclebaar?

Zoals de meeste thermoplastische kunststoffen is polypropyleen recyclebaar. 

Is PP hygroscopisch?

Polypropyleen 3D-printfilament is niet hygroscopisch. Het neemt niet gemakkelijk vocht op. 

Samenvatting

In dit artikel wordt PP 3D-printfilament gepresenteerd, uitgelegd wat het is en verschillende factoren besproken waarmee u rekening moet houden bij het gebruik ervan bij 3D-printen. Neem voor meer informatie over PP 3D-printfilament contact op met een vertegenwoordiger van Xometry.

Xometry biedt een breed scala aan productiemogelijkheden, waaronder 3D-printen en andere diensten met toegevoegde waarde voor al uw prototyping- en productiebehoeften. Bezoek onze website voor meer informatie of vraag een gratis en vrijblijvende offerte aan.

Disclaimer

De inhoud die op deze webpagina verschijnt, is uitsluitend voor informatieve doeleinden. Xometry geeft geen enkele verklaring of garantie van welke aard dan ook, expliciet of impliciet, met betrekking tot de nauwkeurigheid, volledigheid of geldigheid van de informatie. Eventuele prestatieparameters, geometrische toleranties, specifieke ontwerpkenmerken, kwaliteit en soorten materialen of processen mogen niet worden afgeleid als representatief voor wat externe leveranciers of fabrikanten via het netwerk van Xometry zullen leveren. Kopers die offertes voor onderdelen zoeken, zijn verantwoordelijk voor het definiëren van de specifieke vereisten voor die onderdelen. Raadpleeg onze algemene voorwaarden voor meer informatie.

Dean McClements

Dean McClements is afgestudeerd aan de B.Eng Honours in Werktuigbouwkunde en heeft meer dan twintig jaar ervaring in de productie-industrie. Zijn professionele carrière omvat belangrijke functies bij toonaangevende bedrijven zoals Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace en Hyster-Yale, waar hij een diep inzicht ontwikkelde in technische processen en innovaties.

Lees meer artikelen van Dean McClements