Neue Maschinen, Werkstoffe und Verfahren

Victrex: PAEK-Werkstoffe für die additive Fertigung

Additiv gefertigtes Versuchsbauteil (Befestigung) aus PAEK: links Filament-basiertes Verfahren, rechts mittels Lasersintern. (Foto: 3T-RPD)

Additiv gefertigtes Versuchsbauteil (Befestigung) aus PAEK: links Filament-basiertes Verfahren, rechts mittels Lasersintern. (Foto: 3T-RPD)

Der PEEK-Hersteller Victrex, Thornton Cleveleys (Großbritannien), hat neue Produkte für die additive Fertigung entwickelt. Ein hochfestes Material für das Lasersintern erreicht niedrigere Austauschraten und verbessert somit das Recycling von nicht gesintertem Pulver. Für filamentbasierte Verfahren steht ein Filament mit höherer Festigkeit in Z-Richtung und besserer Druckbarkeit im Vergleich zu bisherigen PAEK-Materialien zur Verfügung.

Jakob Sigurdsson, CEO von Victrex, sagt dazu: „Diese PAEK-Materialien der nächsten Generation für die additive Fertigung sind ein entscheidender Schritt nach vorn. Sie besitzen das Potenzial, zahlreiche Anwendungen etwa im Flugzeugbau oder der Medizin zu verändern. Dieser Fortschritt wurde durch kontinuierliche intensive Forschung und Entwicklung von Victrex und die ausgezeichnete Zusammenarbeit innerhalb eines von Victrex geführten Konsortiums von Unternehmen und Institutionen ermöglicht, das Innovationen in der additiven Fertigung verfolgt. Durch das Konsortium verfügen wir bereits über Versuchsbauteile, die demonstrieren, wie künftig Prozesse der additiven Fertigung in Verbindung mit Hochleistungswerkstoffen die Entwicklung von wirklich innovativen Bauteilen auf Grundlage verbesserter Designmöglichkeiten verändern werden.“

Vorteile gegenüber früheren PAEK-Generationen

Die Vorteile der additiven Fertigung können dazu genutzt werden, um Kosten zu reduzieren, Markteinführungszeiten zu verkürzen und eine Produktion von Bauteilen zu ermöglichen, die zu komplex sind, um mit herkömmlichen Methoden hergestellt zu werden. Heute auf dem Markt befindliche PAEK-Werkstoffe werden zwar in einigen Anwendungen der additiven Fertigung verwendet, konzipiert wurden sie jedoch für konventionelle Fertigungsverfahren wie Zerspanen oder Spritzgießen. Daher besitzen sie einige Merkmale, die für additive Herstellungsverfahren nicht optimal sind. Eine erste Generation von PAEK-Material für das Lasersintern kann nur in sehr geringem Umfang recycelt werden und erfordert einen nahezu vollständigen Austausch des Druckbetts mit neuem Pulver. Derzeit verfügbare PEEK-Filamente für 3D-Druck weisen eine schlechte Haftung zwischen den Schichten auf, was zu einem Verlust der Festigkeit in Z-Richtung führt.

John Grasmeder, Chief Scientist bei Victrex, erklärt: „Bahnbrechende Technologie ebnet den Weg für eine vielversprechende Zukunft von PAEK in der additiven Fertigung. Die Arbeit am Pulverrecycling beim Lasersintern mit den von Victrex neu entwickelten Polymertypen ist sehr gut verlaufen. Im Vergleich zu Testkomponenten, die aus teilweise recyceltem Pulver hergestellt wurden, sind keine messbaren Eigenschaftsverluste festgestellt worden. Wir glauben, dass es möglich sein wird, das gesamte nicht gesinterte Pulver nach dem Fertigungsprozess wiederzuverwenden. Dadurch können Materialkosten erheblich reduziert werden im Vergleich zu aktuellen PAEK-Materialien, bei denen bis zu 40 Prozent des Polymers Abfall sind und nicht recycelt werden können.“

Gemeinsam Fortschritte bei der additiven Fertigung erzielen

Victrex führt ein Konsortium von Unternehmen und Institutionen an – gefördert 2016 von der britischen Innovationsagentur Innovate UK –, um die Forschung und Entwicklung bedeutender AM-Technologien voranzutreiben, insbesondere für kostengünstige Hochtemperatur-Polymer/Composites-Anwendungen in der Luftfahrtindustrie. Die anderen Mitglieder des Konsortiums sind Airbus Group Innovations, EOS, University of Exeter Center for Additive Layer Manufacturing (CALM), E3D-Online, HiETA-Technologies, South West Metal Finishing und 3T-RPD.

Das neue PAEK-Filament und -Pulver von Victrex knüpft an Technologien an, die von anderen Mitgliedern des Innovate-UK-Projekts entwickelt wurden. So hat EOS kürzlich eine neue, automatisierte Fertigungsplattform für das Lasersintern von Kunststoffteilen im industriellen Maßstab (EOS P 500) vorgestellt, die Hochleistungspolymere bei hohen Temperaturen drucken kann. Ausgewählte Materialien des Konsortiums werden in F&E-Einrichtungen von EOS auf ihre Verarbeitbarkeit auf aktuellen EOS-Systemen sowie auf die Verwendung mit EOS-P-500-Plattformen untersucht. Victrex beabsichtigt, die vorkommerziellen Tests mit dem neuen PAEK-Filament in Zusammenarbeit mit Konsortiumspartner E3D, der kürzlich einen neuen wassergekühlten Filament-Extrusionskopf speziell für dieses neue PAEK-Filament optimiert hat, fortzuführen.

Victrex verfügt über mehr als 35 Jahre Erfahrung in der Entwicklung und Anwendung neuartiger polymerbasierter PAEK-/PEEK-Lösungen, die Polymere sowie in ausgewählten Bereichen Formen und Bauteile umfassen. Das leichte, hochfeste PEEK-Polymer erfüllt auf einzigartige Weise eine Kombination vielfacher Anforderungen, da es hohe Beständigkeit gegen Verschleiß, hohe Temperaturen, Ermüdung und aggressive Flüssigkeiten und Chemikalien bietet. Zusammen können diese Eigenschaften zu mehr Designfreiheit und kosteneffizienterer Produktion beitragen.

www.innovateuk.gov.uk
www.victrex.com

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