Wenn Sie schon einmal mit flexiblem Filament gedruckt haben, kennen Sie die Probleme: Fadenbildung, Verwicklung des Filaments, schlechte Überbrückung und Überhänge, hässliche Oberflächen, Verstopfungen und Probleme bei der Extrusion… die Liste geht weiter. Viele dieser Probleme rühren von einer notorisch schwierigen Herausforderung her: einen wirklich gleichmäßigen Durchmesser mit flexiblem Filament zu erreichen.

Wir haben viel Zeit in die Entwicklung von Prusament TPU 95A investiert – vielleicht sogar mehr, als wir erwartet hätten. Aber wir wollten es richtig machen und etwas Neues auf den Markt bringen. Und schließlich haben wir einen Durchbruch erzielt: Wir stellen jetzt ein Filament vor, das auf dem Markt seinesgleichen sucht. Also lassen Sie uns eine richtige Einführung geben! In der ersten Hälfte dieses Artikels sprechen wir über die Spezifikationen von Prusament TPU 95A und in der zweiten Hälfte fassen wir die Eigenschaften von TPU im Allgemeinen zusammen. Und im letzten Kapitel werden wir uns die technischen Spezifikationen genauer ansehen, denn einige davon könnten etwas seltsam klingen, wenn man sie aus dem Zusammenhang reißt.

Präziser und konstanter Durchmesser

Lassen Sie uns mit unserer größten Errungenschaft beginnen. TPU ist (im Allgemeinen) schwer herzustellen und dabei einen präzisen und gleichmäßigen Durchmesser beizubehalten. Die meisten Hersteller berücksichtigen dieses Problem nicht und verkaufen ihre Filamente einfach mit stark variierenden Durchmessern. Und wie üblich gefiel uns das nicht und wir beschlossen, daran zu arbeiten. So haben wir nach langen und mühsamen Tests einen Weg gefunden, das Filament mit der Präzision zu machen, die Sie von anderen Prusamenten kennen. Und so funktioniert es:

Nach der Herstellung des Filaments durchläuft das TPU einen Entspannungsprozess, bei dem sich das Polymer in einen energieeffizienteren Zustand umformt. Während dieses Prozesses, der etwa einen Tag dauert, verändert das Filament leicht seinen Durchmesser, und es ist wirklich schwierig, den Sweet Spot zu finden, an dem das Filament mit einem Durchmesser von 1,75 mm gleichmäßig dick herauskommt.

Auch dieses Problem wird von den meisten Herstellern nicht berücksichtigt. Der Durchmesser liegt zum Zeitpunkt der Herstellung innerhalb der Toleranz, aber es ist nicht offensichtlich, dass sich der Durchmesser zu dem Zeitpunkt, an dem Sie ihn verpacken und an den Kunden versenden, erheblich verändert hat. Das führt zu einem höheren Risiko, dass das Filament verstopft und beim Drucken ungleichmäßig verteilt wird.

Wie sind wir also mit diesem Problem umgegangen? Ohne zu viel von unserer Forschung und Entwicklung preiszugeben, stellen wir das Filament absichtlich mit einem versetzten Durchmesser her, der sich dynamisch verändert, wenn die Spule voller wird. Sobald die Spule hergestellt ist, ändert sich das Filament in die von uns gewünschten Zielmaße. Wir können mit Stolz sagen, dass unser TPU wirklich einen Durchmesser von 1,75 mm hat; aus Gründen der maximalen Transparenz geben wir jedoch 0,06 mm als höchste Toleranz an. Wie immer können Sie jede einzelne Spule auf ihre Herstellungsdaten hin überprüfen und sich selbst davon überzeugen.

Prusa Air Blower

Einfache Druckbarkeit: Kein Nachjustieren des Idlers und fehlerfreies Drucken mit dem Nextruder!

Wir haben an mehreren Faktoren gearbeitet, die das Drucken von Prusament TPU 95A so einfach wie möglich machen: Erstens ist da der präzise Durchmesser. Zweitens gibt es eine chemische Modifikation des Polymers, das im Endzustand schwerer zu verformen ist. Dadurch wird verhindert, dass sich das Filament in den Zahnrädern des Extruders verheddert. Drittens, der Nextruder (MK4/S, Core One, XL) ist so konstruiert, dass das Drucken weicher Filamente leichter denn je ist: Die flexiblen Filamente neigen im Allgemeinen weniger zum Versagen, und in dieser Kombination wird das Prusament TPU 95A zu einem der zuverlässigsten Flex-Filamente, die Sie bekommen können. Und schließlich erzeugt die Filamentführung (Teil des Original Prusa 3D-Drucker-Kits) eine leichte Spannung, die zu einer zuverlässigeren Zuführung zum Nextruder beiträgt.

Verbesserte mechanische Beständigkeit

Die Prusament TPU 95A Polymerstruktur (Etherdiol-Typ) unterscheidet sich leicht von den meisten TPU Filamenten (Esterdiol-Typ). Dieser Unterschied verleiht diesem Material einige Vorteile bei der mechanischen und chemischen Beständigkeit. Prusament TPU 95A bietet eine sehr geringe Feuchtigkeitsaufnahme und hohe Hydrolysebeständigkeit*. Seine hohe Elastizität und Schlagfestigkeit bleiben auch bei niedrigen Temperaturen (bis zu -50 °C) erhalten. Außerdem ist dieses Material resistent gegen mikrobiellen Abbau, verfügt über eine gute Temperaturbeständigkeit (HDT 78,6 °C bei 1,80 MPa) und eine hohe chemische Beständigkeit (vor allem gegen Öle und Fette).

*Der Ether-Typ von TPU (Prusament 95A) ist stabiler und baut sich nicht so stark ab wie der Ester-Typ, wenn er Dampf oder heißem Wasser ausgesetzt wird.

Prusament TPU 95A Spezifikationen

Vorteile
Weich und biegsam in dünnen Schichten, stark und haltbar in dicken Schichten
Hohe Druckzuverlässigkeit mit wenig bis gar keinem Stringing
Präziser Durchmesser
Gut zum Drucken von Brücken und Überhängen (im Vergleich zu anderen TPUs)
Hohe Verschleißfestigkeit
Flexibel und widerstandsfähig bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt
Hohe Widerstandsfähigkeit gegen Hydrolyse und mikrobiellen Abbau
Sehr geringe Feuchtigkeitsaufnahme
Nachteile
Möglicherweise müssen Sie vor dem Drucken einige zusätzliche Anpassungen vornehmen (abhängig von Ihrem Drucker).
Das Drucken mit einem glatten Blech erfordert eine Trennschicht
Bei Lagerung unter hoher Luftfeuchtigkeit kann eine Trocknung erforderlich sein.
Große Drucke neigen dazu, sich zu verziehen

Materialfarbe, Gewicht und Preis

Bislang können Sie das Prusament TPU 95A in einer Farbe erhalten: natur. Dies ist eine warme weiße/cremige Farbe, die Prusament PLA Vanilla White ähnelt . Außerdem bereiten wir weitere Farben vor, also bleiben Sie dran. Zurzeit kostet eine 500g-Spule Prusament TPU 95A Natural 34,99 USD / 38,99 EUR (inkl. MwSt.).

Prusa Pneu (LEGO kompatibel)

Empfohlene Druckereinstellungen

Das Erstaunlichste ist, dass Sie keine besonderen Vorbereitungen treffen müssen, wenn Sie mit dem Nextruder drucken. Kein Einstellen des Idlers, kein Trocknen oder ähnliches. Dennoch können Sie auch mit diesem verbesserten Filament gelegentlich auf kleinere Probleme stoßen, genau wie bei PLA. Für diese Fälle haben wir einen Artikel auf der Prusa Online-Hilfe erstellt, der die gesamte Druckanleitung und Fehlerbehebung von Prusament TPU 95A behandelt. Vergessen Sie nicht, ihn vor dem Drucken zu lesen. Außerdem können Sie in der Materialtabelle nachsehen, wo Sie die wichtigsten Parameter finden, wie z.B. die geeigneten Druckbleche. Hier ist auf jeden Fall der grundlegende Überblick:

Unterstützte PrusaSlicer Profile: Core One, XL, MK4S, MK4, Prusa Pro HT90

Düsentemperatur: 220-240 °C

Heizbetttemperatur: 55-75 °C

Empfohlene Druckbleche: Satin und PA Nylon

Trocknen vor dem Drucken: nicht notwendig (nur wenn Probleme wie Fadenbildung oder Düsenverstopfung auftreten)

EInsatzgebiete

Zum Schluss noch ein paar Tipps für die besten Einsatzgebiete. Der größte Vorteil sind natürlich die gummiartigen Eigenschaften des Materials. Im Allgemeinen neigen die Menschen dazu, weiche und biegsame Objekte mit solchen Filamenten zu drucken. Und warum auch nicht? Wenn sie mit wenig Infill gedruckt werden, können die Modelle sehr weich werden (insbesondere mit gyroidem Infill). Wir möchten Sie jedoch auf die hohe Verschleißfestigkeit von TPU-Materialien hinweisen. Mit 100% Infill und in dicken Schichten wird das Material praktisch unzerstörbar. Die hohe mechanische Widerstandsfähigkeit kann für wirklich anspruchsvolle industrielle Anwendungen durchaus nützlich sein, z.B. beim Drucken von Abstandshaltern für schwere Maschinen usw. Eine besonders coole Sache ist die Verzahnte Infill-Option in PrusaSlicer. Wenn Sie mit der Multitool-Version von XL drucken, wird dieses Infill eine sehr starke Verbindung zwischen den flexiblen und starren Teilen herstellen.

 

Verschiedene Bänder und biegsame Teile Strapazierfähige Griffe (Prusa Bow Grip)
Abdeckungen für scharfe Kanten: Die hohe Verschleißfestigkeit von TPU 95A eignet sich hervorragend zum Verdecken von Skiern, Schlittschuhen, usw. Kabelschutz von Michal Fanta: ein weiterer guter Anwendungsfall, um hohe mechanische Widerstandsfähigkeit zu zeigen
Maßgeschneiderte RC-Auto-Reifen von Prusa3D und Anton Handy-Schutzhüllen von Antony und SHOT
Türstopper von Steve Reinigungsbläser (Prusa Air Blower)
Verschiedene haptische Modelle und Massagewerkzeuge: Soft-Touch-Knöpfe von Rorys3D, Massagewerkzeuge von Anze und a69291954, Fidget Spielzeug von Prusa Polymers Haltbare Ersatzteile: Puntas de sifon de acuario von Fidelio

Was ist TPU?

Möchten Sie mehr über die Besonderheiten des Materials erfahren? Wir haben die Details! TPU, das Basispolymer, aus dem unser neues Prusament hergestellt wird, ist eine der häufigsten Arten von flexiblen Materialien, die im 3D-Druck verwendet werden. Außerdem gehört diese ganze Familie zu einer viel größeren Gruppe von flexiblen Materialien, die TPE (thermoplastische Elastomere) genannt werden. TPU selbst ist ein Blockcopolymer, das sowohl harte (Polyurethan) als auch weiche (Polyol) Segmente enthält. Neben seiner Elastizität ist das Material auch für seine Schlag- und Abriebfestigkeit sowie seine Beständigkeit gegen Öle und Fette bekannt. Aufgrund seiner wünschenswerten Eigenschaften wird es für die Herstellung von Teilen in der Automobilindustrie, von Elektrowerkzeugen, medizinischen Geräten, Außengehäusen von elektronischen Geräten und generell überall dort verwendet, wo eine hohe Verschleiß- und Stoßfestigkeit erforderlich ist.

Schematische Darstellung der a) TPU-Polymerkettenkomponenten und b) ihrer Phasenstruktur. Quelle: Thermoplastische Polyurethane: Synthese, Herstellungstechniken, Blends, Verbundwerkstoffe und Anwendungen – Wissenschaftliche Abbildung auf ResearchGate.

TPU ist recht leicht druckbar, nimmt weniger Feuchtigkeit auf und verzieht sich nicht so stark wie andere TPE-Materialien. Außerdem haftet es sehr gut auf der PEI-Druckoberfläche (zu gut, um ehrlich zu sein): In unserem Materialführer erfahren Sie mehr.

Obwohl die meisten Hobbyanwender TPU wegen seiner flexiblen Eigenschaften verwenden, vergessen einige, dass es eine außergewöhnliche Verschleißfestigkeit aufweist. Wenn es in dicken Schichten gedruckt wird, wird das Material weniger flexibel und praktisch unzerstörbar. Es kann für viele Dinge verwendet werden, die sich sonst irreversibel verformen oder sogar brechen würden.

Shore-Härte

Die Shore-Härte ist ein Wert, den jeder Hersteller von Filamenten angibt, um seine Härte, genauer gesagt, seine Weichheit, zu beschreiben (in unserem Fall ist es 95A). Dieser Parameter wird mit einem Shore-Durometer gemessen. Es gibt an, wie weich (oder hart) das Material ist, indem es die Tiefe des Eindrucks misst, der durch einen Metallstift entsteht, der mit einer bestimmten Kraft gegen das Material gedrückt wird.

Die Shore-Härte kann auf verschiedenen Skalen gemessen werden, aber in diesem Fall verwenden wir die Shore-Härte A. Auf der A-Skala reichen die Werte von 0 bis 100, wobei einige der weichsten Materialien Gummibänder sind (20A) und die härtesten Materialien wie Skateboard-Räder (90-100A).

Die Filamente für den 3D-Druck befinden sich in der Regel auf der härteren Seite des Shore-A-Spektrums (meist irgendwo zwischen 85 und 100), da die härteren Materialien leichter zu drucken sind. Generell gilt: Je weicher das Filament ist, desto leichter kann es sich in den Extruderzahnrädern verheddern.

Shore Härteskala. Quelle: Smooth-On

Auf der gesamten Skala ist unser TPU ein ziemlich hartes Material, aber unter den flexiblen Filamenten liegt es irgendwo in der Mitte. Prusament TPU 95A ist in dünnen Schichten sehr weich und biegsam und in dicken Schichten (mit festem Infill) sehr hart und haltbar.

Mechanische Eigenschaften

Ein letzter Punkt: Wir sind der Meinung, dass es sich lohnt, einige grundlegende technische Parameter zu erläutern, die Sie vielleicht im technischen Datenblatt finden. Schließlich sind einige Parameter nicht messbar (z.B. die Charpy-Schlagzähigkeit bei Raumtemperatur), einige Testmethoden unterscheiden sich von denen für harte Filamente und es gibt nur wenige Werte, die speziell für flexible Materialien gelten.

Charpy-Schlagzähigkeit: Nicht anwendbar, da TPU bei Raumtemperatur nicht bricht.

Zugfestigkeit: Es werden die maximale Zugfestigkeit und die maximale Dehnung gemäß ISO 37 verwendet, die speziell für Gummimaterialien gelten.

Wärmeformbeständigkeitstemperatur: Die Werte von 0,45 MPa wurden nicht verwendet, stattdessen wurde der Vicat-Erweichungspunkt A hinzugefügt (ISO 306).

Shore-Härte: Die gemessene Härte liegt bei etwa 93A, was auf die chemische Modifikation während des Herstellungsprozesses und auf die Lufthohlräume in den 3D gedruckten Testobjekten zurückzuführen ist. Für den Vergleich haben wir auch die Shore D-Härte gemessen.

Druckverformung bei konstanter Durchbiegung [%]: Dieser Wert ist schwer zu verstehen. Es mag so aussehen, als ob das Objekt um Dutzende von % verformt wird. Aber wie funktioniert das wirklich? Das Testobjekt wird unter bestimmten Bedingungen (Zeit und Temperatur) um 10 % gequetscht. Dann lassen wir das Modell entspannen und messen den Unterschied in den Abmessungen. Wenn also auf dem Datenblatt eine Verformung von 33,5 % angegeben ist, kann es sich nicht um 33,5 % des gesamten Testobjekts handeln. Stattdessen werden die 33,5 % aus 10 % des Objekts berechnet. Hier ein Beispiel: Das (hypothetische) Testobjekt hat 10 mm und wird um 10 % auf 9 mm zusammengedrückt. Nach der Entspannung beträgt die Objektgröße 9,665 mm. Die 33,5 % entsprechen 0,335 mm im Verhältnis zu den 10 % (1 mm). So einfach ist das. 😊

Fidget Spielzeug von Prusa Polymers

Das waren eine Menge technischer Details – ich hoffe, Sie fanden sie nützlich! Es ist vielleicht einfach zu sagen: „Was ist schon dabei? Das ist doch nur ein weiteres TPU“, aber wie Sie sehen, können Sie selbst mit etwas so einfachem wie TPU eine Menge anstellen, um es wirklich erstaunlich zu machen. Also, wie gefällt Ihnen unser neues Prusament? Vergessen Sie nicht, es uns in den Kommentaren mitzuteilen.

Viel Spaß beim Drucken!