Das neue Polypropylene Powder: Leichte, biegsame und chemisch beständige Teile durch SLS-3D-Druck
Formlabs präsentiert das neue Polypropylene Powder, ein Druckmaterial für das selektive Lasersintern (SLS) mit dem 3D-Druck-Ecosystem der Fuse-Serie, das hochgradig biegsame Teile für die Prototypenfertigung und die Kleinserienproduktion ergibt.
Teile aus Polypropylen (PP) sind leicht, wasserdicht und chemisch beständig, weshalb sie sich ideal für die Endverwendung eignen. Polypropylene Powder ist ein echtes, nicht-simuliertes thermoplastisches Polypropylen, das das Outsourcing an Fertigungsdienstleister, den Einsatz teurer Maschinen und stundenlanges Herumfeilen an den Druckeinstellungen überflüssig macht. Durch das Ecosystem der Fuse-Serie wird erschwinglicher betriebsinterner 3D-Druck mit Polypropylen in Industriequalität erstmals zugänglich.
Mit seiner Bruchdehnung von 34 % und einem Biegemodul von 1327 MPa bietet Polypropylene Powder ähnliche Eigenschaften wie herkömmliche Polypropylenmaterialien für den Spritzguss und eröffnet folgende Anwendungsbereiche:
- Konsumgüter, z. B. Verpackungen von Flüssigkeiten, Sportequipment und Elektronik
- Medizinprodukte, z. B. Prothesen und Orthesen
- Automobil- und Industrieprodukte, z. B. Fluidsysteme, Gehäuse, Werkzeug und Fertigungshilfsmittel
Formlabs präsentiert Polypropylene Powder für die Fuse-Serie
Erfahren Sie in unserem Webinar, wie Polypropylene Powder Teile mit hoher Duktilität für die Prototypenentwicklung und Fertigung möglich macht.
Warum Polypropylen 3D-drucken?
Für die Fertigung von Teilen aus Polypropylen (PP) existiert heute bereits eine Vielzahl von Methoden. Die am weitesten verbreiteten Verfahren sind Spritzguss, Thermoformen, Blasformen oder Umformung mit sonstigen werkzeugbasierten Prozessen. Diese Methoden sind zwar kosteneffizient für Produkte, die in großen Mengen hergestellt werden, doch sie gehen mit geometrischen Einschränkungen einher, die für diese Formverfahren spezifisch sind, und erfordern hohe Einstiegsinvestitionen für den Werkzeugbau. Dadurch ist die kosteneffiziente Produktion von Kleinserien oder kundenindividuellen Produkten unmöglich.
Es sind auch Optionen zum 3D-Druck von Polypropylen verfügbar, etwa durch Filamente für FDM-3D-Drucker (Schmelzschichtung), Kunstharze für den SLA-3D-Druck (Stereolithografie) mit polypropylenähnlichen Eigenschaften, oder auch Polypropylenpulver für SLS-Systeme aus dem oberen Preissegment.
Polypropylene Powder für das Ecosystem der Fuse-Serie vereint die bekannten Eigenschaften dieses branchenüblichen Materials mit der geometrischen Freiheit, der Agilität in Bezug auf Lieferketten und der rasanten Iterationsgeschwindigkeit, die der betriebsinterne SLS-3D-Druck bietet.
Die Fuse-Serie von Formlabs ist das erste 3D-Drucksystem für Pulverbettfusion auf Industrieniveau, das bei völliger Gestaltungsfreiheit und einem einfachen Workflow zu erschwinglichen Kosten hochleistungsfähige Teile aus echtem Polypropylen liefert. Zum ersten Mal können Unternehmen nun mit ein und demselben Material den gesamten Prozess vom Design bis zur Produktion selbst in die Hand nehmen. Dank der Möglichkeit des Bridge Manufacturing mit Polypropylen schirmen sie zudem ihre Lieferkette ab. Durch die Veröffentlichung von Materialien, die für die Fuse-Serie zwar eine Neuheit sind, dafür aber in der Branche wohlbekannt, bieten wir eine effiziente Möglichkeit zur Implementierung neuer Arbeitsprozesse und Innovationen in jedem Anwendungsbereich.
Mit seiner hohen Bruchdehnung öffnet Polypropylene Powder die Tür für die Herstellung hochleistungsfähiger Endverbrauchsteile, die zudem eine hohe Beständigkeit gegenüber zahlreichen Chemikalien, eine hohe Zugfestigkeit und niedrige Feuchtigkeitsabsorption aufweisen. Diese Eigenschaften machen das Material zur idealen Wahl für die Fertigung langlebiger Teile für die Endverwendung in anspruchsvollen Einsatzbereichen, bei denen es auf hohe Duktilität und Leichtigkeit ankommt.
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Mechanische Eigenschaften von 3D-gedrucktem Polypropylene Powder
| Polypropylene Powder | Nylon 11 Powder | Nylon 12 Powder | |
|---|---|---|---|
| Maximale Zugfestigkeit (MPa) | 29 | 49 | 50 |
| Elastizitätsmodul (MPa) | 1640 | 1600 | 1850 |
| Bruchdehnung (%) | 34 | 40 | 11 |
| Biegemodul (MPa) | 1327 | 1400 | 1600 |
| HDT bei 0,45 MPa (°C) | 113 | 182 | 171 |
| Sinterdichte (g/cm3) | 0.89 | 1,03 | 0,99 |
| Neuzuführungsrate | 50 % | 30 % | 30 % |
| Inerte Stickstoffatmosphäre nötig? | Nein | Ja | Nein |
Bestimmung der Stückkosten für Polypropylene Powder
Die Ermittlung der Kosten pro Teil erfordert beim SLS-3D-Druck eine Gleichung mit mehreren Variablen, die sowohl Pulverkosten, Druckzeit, Packdichte als auch Neuzuführungsrate berücksichtigt – also das Verhältnis von gebrauchtem zu frischem Pulver, das für einen neuen Druck notwendig ist.
Um möglichst kosteneffizient zu drucken und sämtliches Pulver vollständig auszunutzen, sollte die Konstruktionskammer so dicht wie möglich gepackt werden, wobei das Ziel ist, die Packdichte und die Neuzuführungsrate aneinander anzugleichen. Bei einer Packdichte von 30 % kann das ungesinterte Pulver (70 % des Fertigungsvolumens) im nächsten Druck wiederverwendet werden, für den 30 % frisches und 70 % recyceltes Pulver genutzt werden.
Polypropylene Powder hat eine Neuzuführungsrate von 50 %. Das bedeutet, für jeden neuen Druck sollte zur Hälfte frisches und zur Hälfte recyceltes Pulver verwendet werden – das ist ein etwas höhere Anteil frischen Pulvers als bei anderen SLS-Pulvern von Formlabs. Andererseits hat das Material jedoch eine deutlich geringere Dichte im gesinterten Zustand und einen niedrigeren Preis pro Kilogramm. Somit erfordern Polypropylenteile weniger Pulver als Teile mit demselben Volumen aus Nylon 12 Powder. Das erworbene Pulver reicht also für mehr Druckteile, während das Material gleichzeitig preiswerter ist.
Trotz der höheren Neuzuführungsrate stellt Polypropylene Powder eine kostengünstige Lösung dar, wenn es darum geht, die Vorteile eines Materials nach Branchenstandard mit der Gestaltungsfreiheit, Agilität und Schnelligkeit des 3D-Drucks zu vereinen. Darüber hinaus kann die Neuzuführungsrate angepasst werden, um die Ergebnisse hinsichtlich Druckteilqualität und Oberflächengüte (höhere Neuzuführungsrate) oder Stückkosten (niedrigere Neuzuführungsrate) zu optimieren.
Was leistet der Polypropylen-3D-Druck mit der Fuse-Serie?
Polypropylen ist der am zweitmeisten verwendete Kunststoff in unserem Alltag. Er kommt bei einer großen Bandbreite von Anwendungen zum Einsatz, von Verpackungen für Konsumgüter über Automobilbauteile bis hin zu Sportausrüstung, Haushaltsgeräten und mehr. Der Druck von Polypropylene Powder auf dem Fuse 1+ 30W ergibt Teile, die die wohlbekannten Eigenschaften dieses beliebten Polymers mit der Gestaltungsfreiheit und Zugänglichkeit des SLS-3D-Drucks vereinen.
Rapid Prototyping
Dank seiner Leichtigkeit, geringen Feuchtigkeitsaufnahme und Duktilität eignet sich Polypropylene Powder ideal für diesen Prototyp eines Flaschendeckels mit direkt mitgedruckter Lasche.
Die Prototypenentwicklung dieser Shampooflasche mit adaptiver Stärke für starre und flexible Bereiche ist mit betriebsinternem SLS-Druck und Polypropylene Powder eine Leichtigkeit.
Polypropylene Powder macht die Iteration verschiedener Geometrien einfacher, sodass die Parameter der Lüfterflügel für diese HLK-Komponente leicht getestet werden können.
Der Drucker Fuse 1+ 30W und Polypropylene Powder verleihen Produktdesign- und Entwicklungsteams die Möglichkeit, im eigenen Haus mit dem gleichen Material zu entwerfen, zu testen und zu iterieren, aus dem auch das Endprodukt bestehen soll. Da das Outsourcing an Fertigungsdienstleister überflüssig wird, verkürzt sich die Entwicklungszeit von mehreren Wochen auf 24 Stunden oder weniger, während durch die höhere Iterationsgeschwindigkeit das Produkt weiter optimiert wird.
Aufgrund der geringen Sinterdichte von Polypropylene Powder können Designteams beim Prototyping mit denselben Gewichtsparametern rechnen wie beim Endprodukt. Polypropylene Powder ist auch ohne zusätzliche Nachbearbeitungsschritte wasserdicht. Dadurch lassen sich Prototypen von Gefäßen, Armaturen, Rohren und anderen Bauteilen, die Flüssigkeiten halten oder weiterleiten sollen, unkompliziert herstellen, ohne dass zusätzlicher Aufwand für das Glätten oder Lackieren anfällt.
Polypropylene Powder eröffnet eine vollkommen neue Produktklasse für den SLS-3D-Druck und das Rapid Prototyping, und das auf dem bewährten Drucksystem, das die Fuse-Serie zu den meistverkauften SLS-Geräten der Welt gemacht hat.
Fertigungshilfen und Werkzeug
Fertigungshilfsmittel sind ein Teil des Bestrebens, die Anforderungen individueller und ständig wechselnder Prozesse an standardisierte Maschinen anzupassen. Da sich der Workflow mit jedem neuen Produkt verändert, werden Fertigungshilfen stets nur für kurze Zeit gebraucht oder sind vollkommene Einzelstücke. Sie verkörpern den idealen Anwendungsfall für 3D-Druck, und mit dem SLS-Ecosystem von Formlabs lassen sich Hilfsmittel für anspruchsvolle industrielle Umgebungen auch in minimalen Stückzahlen kosteneffizient herstellen. Die Teile können sogar mit anderen Polypropylenteilen verschweißt werden, was mehr Möglichkeiten für funktionale Baugruppen oder Erweiterungen bestehender Geräte oder Hilfsmittel eröffnet.
Polypropylene Powder erweitert das Feld der Fertigungshilfsmittel in einer Vielzahl von Bereichen. Seine hervorragende Chemikalienbeständigkeit und Wasserdichtigkeit machen es zur unschätzbaren Lösung für die Automobil-, Luftfahrt- und Medizinproduktbranche, in deren Produktionsprozessen häufig Flüssigkeiten und Chemikalien präsent sind. Teile aus Polypropylene Powder haben eine äußerst hohe Duktilität und halten wiederholtem Biegen stand, weshalb sie sich ideal für festes, robustes Werkzeug eignen.
Endverbrauchsteile
Konventionelle Massenfertigungsverfahren für Polypropylenteile sind zuverlässig, kosteneffizient und leicht verfügbar. Warum also lohnt sich der 3D-Druck von Endprodukten aus Polypropylene Powder dennoch?
Herstellern bietet der betriebsinterne SLS-3D-Druck von Polypropylen folgende Vorteile:
- Einfacheres Testen neuer Produkte, ohne in teures Metallwerkzeug zu investieren
- Erweiterte Individualisierungsoptionen
- Kosteneffiziente Fertigung von Polypropylenteilen in kleinen Stückzahlen
- Kontrolle über Lieferketten
- Schutz vor Materialengpässen oder Zuliefererproblemen
- Gestaltungsfreiheit: Gitterstrukturen und komplexe Formen lassen sich leicht 3D-drucken, sodass Designteams die Optik, Haptik und Funktionsweise ihrer Produkte komplett neu gestalten können
Obwohl die Lieferkette beim SLS-3D-Druck eine andere ist, bleibt das Material altbekannt. Durch den Druck mit Polypropylene Powder auf den Druckern der Fuse-Serie sind Kompromisse bei der Druckteilqualität passé – die Teile bestehen aus echtem Polypropylen, werden aber ganz einfach innerhalb von Tagen im eigenen Haus gefertigt, statt über wochenlanges Outsourcing beschafft.
Dem SLS-3D-Druck von Medizinprodukten für die Endverwendung, etwa dieser ergonomischen Daumenschiene und orthopädischer Einlagen, kommen die hohe Duktilität und geringe Feuchtigkeitsaufnahme von Polypropylene Powder zugute.
In der Medizinproduktbranche ist Polypropylen bereits weit verbreitet. Durch die Option, es mittels SLS-3D-Druck zuverlässig einzusetzen, erschließen Hersteller von Medizinprodukten neue Produktkategorien und Personalisierungsmöglichkeiten. Für hautverträgliche* Produkte wie etwa Wearable-Technologien bietet Polypropylene Powder eine exzellente Lösung zur Prototypenfertigung und Kleinserienproduktion.
* Die Zertifizierung der Biokompatibilität von Polypropylene Powder ist zum Zeitpunkt der Produktankündigung noch im Gange. Sobald das Material zertifiziert wurde, eröffnet es der Produktion und Prüfung von Medizinprodukten voraussichtlich noch viele weitere Möglichkeiten.
So funktioniert der 3D-Druck mit Polypropylene Powder
Polypropylene Powder lässt sich ganz leicht in den SLS-Workflow mit dem Fuse 1+ 30W integrieren. Mit einer eigens dafür vorgesehenen Konstruktionskammer und dem Fuse Depowdering Kit für die Teileentnahme kann in weniger als einer Stunde zu einem neuen Material für das Fuse-Ecosystem gewechselt werden.
Polypropylene Powder wird im Fuse 1+ 30W in Umgebungsluft gedruckt, womit die Fertigung hochgradig biegsamer Teile mittels SLS-3D-Druck leichter wird als je zuvor.
Das SLS-Ecosystem der Fuse-Serie, bestehend aus Fuse 1+ 30W, Fuse Sift und Fuse Blast, ermöglicht einfache Materialwechsel für Unternehmen, die ein neues SLS-Pulver testen möchten – ein Alleinstellungsmerkmal unter den 3D-Druckern für Pulverbettfusion.
Durch seine niedrige Dichte lassen sich mit diesem Material mehr Teile pro Kilogramm produzieren, in einem effizienten Arbeitsprozess für kosteneffiziente, biegsame Druckteile. Die Optik der Teile kann durch Nachbearbeitung im Fuse Blast, Formlabs' automatisierter Strahlanlage, weiter aufgewertet werden – dadurch liefern Sie fühlbar reine Teile mit einem professionellen Oberflächenfinish. Zusammen bieten der Fuse 1+ 30W, der Fuse Sift und der Fuse Blast einen vollständigen SLS-Workflow zum erschwinglichen Preis.
Ein vertrautes Material in einem bewährten SLS-Prozess
Polypropylene Powder macht einen der meistverwendeten Kunststoffe der Welt für Ihre betriebsinternen Prozesse verfügbar, sodass Sie sich von langen Lieferzeiten, hohen Werkzeugkosten und der Notwendigkeit vorhersehbarer Produktionsmengen verabschieden können.
Angefangen von Prototypen, die unter den vorgesehenen Einsatzbedingungen getestet werden können, bis hin zu Produkten für die Endverwendung, die auch in kleinen Mengen kosteneffizient hergestellt werden können: Das Ecosystem der Fuse-Serie und dieses neue Pulvermaterial verhelfen Design-, Entwicklungs- und Fertigungsteams dazu, Kontrolle über ihre Entwicklungs- und Produktionszyklen zu übernehmen.
Sehen Sie sich unser Webinar an, um mehr über den 3D-Druck mit Polypropylen (PP) zu erfahren. Wenn Sie die chemische Beständigkeit, Bruchdehnung und niedrige Dichte des Materials selbst testen oder unser Polypropylen mit eigenen Augen begutachten möchten, fordern Sie ein kostenloses 3D-gedrucktes Probeteil an.
