Polyamide im 3D Druck
Allround-Kunststoffe mit hervorragenden Eigenschaften
Polyamide sind den meisten vermutlich unter den Markennamen Nylon (PA6.6) oder Perlon (PA6) als Bestandteile von Kleidung bekannt. Doch nicht nur in der Textilindustrie finden Polyamide Anwendung. Sie zählen allgemein zu den bekanntesten und am weitesten verbreiteten Kunststoffen. Auch im 3D Druck haben Polyamide eine herausragende Bedeutung. Mit diesem Artikel wollen wir Ihnen einen Überblick darüber geben, was Polyamide sind, wo sie zum Einsatz kommen und wie sie speziell in der additiven Fertigung Verwendung finden.
Was sind Polyamide?
Polyamide, auch unter der Abkürzung PA bekannt, wurden erstmals in den 1930er Jahren in den USA von Chemiker Wallace Hume Carothers als „Nylon“ entwickelt und gehören damit zu den ältesten Thermoplasten. Thermoplasten sind Kunststoffe, die sich durch Wärmezufuhr einfach verformen lassen. Dieser Vorgang ist dabei reversibel, d.h. durch Abkühlen und Wiedererwärmung bis in den schmelzflüssigen Zustand, kann das Material beliebig oft plastisch verformt werden.
Chemisch gesehen sind Polyamide sehr lange Molekülketten, welche aus sich wiederholenden Bausteinen, den sogenannten Monomeren, zusammengesetzt sind. Kennzeichnend für Polyamide sind die im Molekül periodisch wiederkehrenden Amidbindungen (-CO-NH-), welche die Monomere miteinander verketten. Als Monomere finden vor allem Aminocarbonsäuren, Lactame, Diamine oder Dicarbonsäuren Verwendung. Die jeweiligen Monomere bestimmen auch die Eigenschaften des einzelnen Polyamids. In den Ausgangsmonomeren liegt bei den verschiedenen Polyamiden außerdem jeweils eine unterschiedliche Anzahl an Kohlenstoffatomen vor. Die jeweilige Zahl ist neben dem Kürzel PA dabei namensgebend für die einzelnen Materialien.
Wo kommen Polyamide zum Einsatz?
Polyamide zeichnen sich allgemein durch gute mechanische, chemische und thermische Belastbarkeit aus. Zudem sind sie einfach maschinell zu bearbeiten und besitzen eine geringe Dichte. Dadurch vereinen sie wichtige Eigenschaften in sich, die in Industrie und Gewerbe immer wieder gefordert werden und haben deshalb in den letzten Jahren eine große Verbreitung in diesen Bereichen erfahren.
Ein Haupteinsatzgebiet von Polyamiden stellt die Automobilindustrie dar. Hier sind sie vor allem durch ihre Elastizität und Reißfestigkeit, die hohe Festigkeit und Steifigkeit sowie ihre Beständigkeit gegenüber vieler Chemikalien, Ölen und Kraftstoffen interessant. Durch ihr geringes Gewicht ersetzen Bauteile aus Polyamiden heute außerdem bereits viele Metallbauteile. Im Motorraum kommen zudem häufig Bauteile aus glasfaserverstärkten Polyamiden zum Einsatz, da diese sich durch eine noch höhere Steifigkeit sowie bessere Chemikalienbeständigkeit als unverstärkte Kunststoffe auszeichnen.
Ein weiterer Einsatzbereich für Polyamide ist die Elektronikindustrie. Dort werden die Kunststoffe vor allem für Gehäuse und zur Isolation von elektronischen Bauelementen verwendet, da sie eine hohe elektrische Isolations- und Kriechstromfestigkeit besitzen. Da Polyamide durch den Zusatz von Graphit oder Metall auch elektrisch leitfähig gemacht werden können, ergeben sich in diesem Bereich zusätzlich noch weitere Anwendungsgebiete.
Darüber hinaus finden Polyamide auch in der Feinmechanik bei der Herstellung von Zahnrädern, Rollen oder Schrauben Verwendung. Und auch als Werkstoff für Filtergewebe, wie es beispielsweise in der Labor- und Analysetechnik benötigt werden, kommen sie zum Einsatz.
Unsere Polyamide für den 3D Druck
Im 3D Druck werden Polyamide sowohl als Filamente für das FDM Verfahren als auch als Pulver bei pulverbettbasierten Verfahren wie dem HP Multi Jet Fusion (HP MJF) oder dem Selektiven Lasersintern (SLS) verwendet.
Für das HP MJF und das SLS Verfahren kommt in erster Linie PA12 zum Einsatz. Dieses Material gilt durch sein ausgeglichenes Eigenschaftenprofil, gepaart mit einer sehr guten Maßhaltigkeit als ein echter „Allrounder“ in der additiven Fertigung. Durch die hohe Stabilität und Stoßfestigkeit ist das Material bestens für funktionale Bauteile und Prototypen geeignet. Außerdem zeichnet es sich durch eine gute UV-, Chemie- und Temperaturbeständigkeit aus.
Für das HP MJF Verfahren haben Sie bei uns auch die Möglichkeit, neben PA12 entweder PA12 GB oder PA11 für Ihre Bauteile zu wählen. Bei PA12 GB handelt es sich dabei um PA12, das zu 40% aus Glasperlen besteht. Dadurch bietet das Material eine hohe Steifigkeit und Formstabilität und eignet sich beispielsweise bestens für Abdeckungen, Gehäuse, Befestigungen und Werkzeuge.
PA11 basiert zu 100% auf nachwachsenden Rohstoffen und besitzt eine höhere Zähigkeit als PA12. Das Material zeichnet sich außerdem dadurch aus, dass es bei Krafteinwirkung nicht splittert, sondern reißt, was vor allem in der Automobilindustrie einen entscheidenden Sicherheitsfaktor darstellt. Eine detailliertere Übersicht über die Unterschiede zwischen PA11 und PA12 haben wir in einem separaten Artikel für Sie zusammengefasst.
Für das FDM Verfahren stehen Ihnen bei uns verschiedene entweder mit Carbon- oder Glasfasern verstärkte PA6 Filamente zur Verfügung. Diese Filamente wurden speziell für den 3D Druck konzipiert und besitzen dadurch sehr gute mechanische Eigenschaften, die sonst nur im Spritzguss erreicht werden.
Der zusätzliche Füllanteil an Fasern sorgt beispielsweise dafür, dass die Schwindung minimiert wird, was einen Verzug weitgehend reduziert. Die Materialien weisen zudem gute Hitze- und Medienbeständigkeit sowie sehr hohe Festigkeit und Steifigkeit auf. Letztere erhöht sich bei höherem Füllanteil der Fasern. Jedoch sollte beachtet werden, dass dies bei dünnen Wandstärken schnell zum Bruch führen kann. Bezüglich der Oberflächen können die Filamente durch eine gleichmäßige Struktur überzeugen.
Einen Überblick über unsere Polyamid-Materialien sowie alle unsere weiteren Materialien und die dazugehörigen Datenblätter finden Sie auf unserer Materialseite.