Termoplastyczne elastomery i ich zastosowanie w druku 3D

Rozwój materiałów do druku 3D zwiększa udział produkcji addytywnej w przemyśle. Koncern HP wprowadzając otwartą platformę, umożliwiającą opracowanie nowych materiałów, stale dąży do demokratyzacji druku 3D i rozszerzenia jego obszarów jego zastosowania. Oprócz poliamidów w ofercie HP wraz z premierą nowego urządzenia z serii Jet Fusion 5200 3D, pojawił się nowy materiał Ultrasint TPU 90A-01 z grupy elastomerów, pozwalających na drukowanie części o wysokim poziomie szczegółowości, przy tym elastycznych i wytrzymałych.

Elastomery poliuretanowe mają postać podobną do gumy i posiadają znaczne wskaźniki eksploatacyjne. Ich właściwości można kształtować w bardzo szerokim zakresie, przez co stają się materiałem niezwykle uniwersalnym. Trwałość  poliuretanów koresponduje równocześnie z ich dużą elastycznością. Wypierają one takie tradycyjne materiały jak: guma, metale czy ceramika, co ma związek ze znacznymi właściwościami mechanicznymi oraz odpornością na niektóre chemikalia.

TPU w technologiHP Multi Jet Fusion 3D

Chcąc oferować materiały, które sprawdzą się w najbardziej wymagających zastosowaniach HP sukcesywnie rozszerza swoje portfolio, dedykując wprowadzony w 2018 roku wraz z nową serią urządzeń Jet Fusion 5200 3D, Ultrasint TPU 90A-01 do zastosowań przemysłowych min. w przemyśle maszynowym i transportowym, w branży włókienniczej, medycynie, motoryzacji i wielu innych. We współpracy z wiodącym dostawcą chemii przemysłowej – BASF, którego produkty obejmują szeroki wachlarz konstrukcyjnych tworzyw termoplastycznych, poliuretanów, materiałów akrylanowych (np. fotopolimery), fotoinicjatorów, funkcjonalnych środków pomocniczych, stabilizatorów, pigmentów, a także metali, HP zamierza wprowadzać kolejne materiały do druku 3D, które  idealnie sprawdzą się w prototypowaniu i produkcji.

Obecnie producenci butów tacy  jak Nike czy Adidas, z poliuretanu wytwarzają podeszwy i wkładki, wykorzystując jego antywstrząsowe właściwości. Cechy takie jak dobra amortyzacja i elastyczność, na miarę gumy formowanej w szerokim zakresie temperatur, wpływają na zwiększone zainteresowanie przemysłu wykorzystaniem takiego tworzywa, co dla firm w rodzaju BASF, jest bodźcem do dalszych prac nad  rozwojem kolejnych.

Ultrasint TPU 90A-01 – parametry techniczne

Korzystając z badań Materialise – belgijskiego partnera HP, który jako pierwszy w Europie oferuje za pośrednictwem swoich platform możliwość produkcji na żądanie z wykorzystaniem TPU, przedstawimy poniżej jego parametry techniczne:

Parametr
 Wartość
 Dokładność wymiarowa
 ±0,3%
 Grubość warstwy
0.1 mm
 Minimalna grubość ścianki
 0,8 mm, ale przy grubości 0,6 mm można zastosować zawiasy
z materiału rodzimego
 Możliwość produkcji zatrzasków i zawiasów
Tak
 Struktura powierzchni
 Niewykończone części mają zwykle gładką powierzchnię
w kamienno-szarym kolorze bez widocznych warstw

Według Materialise, które zarówno prototypowało, jak i wytwarzało finalne produkty takie jak obudowy czy pokrywy ochronne z testowanego materiału, Ultrasint TPU 90A-01 charakteryzuje się ponadto:

Parametr
 Wartość XY
Wartość Z 
 Standard
 Gęstość
1,1
1,1
 g/cm3
 Twardość Shore A
 88
 88
 (DIN ISO 7619-1)
 Wytrzymałość na rozciąganie
 9
7
 MPa (DIN 53504, S2)
 Wydłużenie przy zerwaniu
 220
120
 % (DIN 53504, S2)
 Moduł sprężystości
 75
85
 MPa (ISO 527-2, 1 A.)
 Moduł zginania
 75
75
 MPa (DIN EN ISO 178)
 Odporność na zerwanie (Trouser)
 20
16
 kN/m (DIN ISO 34-1, A)
 Odporność na rozdarcie (Graves)
 36
32
 kN/m (DIN ISO 34-1, B)
 Stopień kompresji przy ściskaniu B (23°C, 72 godz.)
 20
20
 % (DIN ISO 815-1)
 Odbicie sprężyste
 63
63
% (DIN 53512)
 Odporność na ścieranie
 140
100
 mm3 (DIN ISO 4649)
 Siła uderzenia Charpy’ego (karbowana, 23°C)
 Częściowe pęknięcie
 Bez pęknięcia
 (DIN EN ISO 179-1)
 Siła uderzenia Charpy’ego (karbowana, -10°C)
 21
 29
 kJ/m2 (DIN EN ISO 179-1)
 Testy Rossflex (100 000 cykli, 23°C)
 Brak pogłębienia rozdarcia
 (ASTM D1052)
 Testy Rossflex (100 000 cykli, -10°C)
 Brak pogłębienia rozdarcia
(ASTM D1052)
 Vicat/A(10N)
 84
 96
 (DIN EN ISO 306)
 Temperatura topnienia
 120-150
 120-150
°C (ISO 11357 20 K/min)

Aplikacje TPU

Obszar zastosowań tworzyw poliuretanowych jest bardzo szeroki. Z TPU wytwarza się uszczelki, podkładki i dętki. Co ważne, tworzywo to jest niezwykle lekkie, odporne na działanie czynników chemicznych, ścieranie czy skrajne temperatury, dlatego idealnie sprawdza się w produkcji  części, które muszą być jednocześnie elastyczne i wytrzymałe. Ze względu na te właściwości poliuretan znajduje szerokie zastosowanie w motoryzacji. Na jego bazie powstają samochodowe fotele, podłokietniki czy zagłówki. Jako dobry amortyzator wstrząsów wykorzystywany jest także w budowie nadwozia. Materiał nie jest ciężki, co z kolei wpływa na mniejszą wagę samochodu, a w efekcie na mniejsze zużycie paliwa.

W ramach druku 3D w technologii HP Multi Jet Fusion do otwartej platformy materiałowej dołączył kolejny gigant chemii przemysłowej – Lubrizol, który wprowadził nowy materiał – ESTANE 3D TPU M95A, umożliwiający produkcję części do różnorodnych zastosowań wymagających elastyczności, zwiększonego wydłużenia przy zerwaniu, odporności na ścieranie i kompresję. Ten elastomer został zaprojektowany specjalnie do wytwarzania przyrostowego w modelu HP Jet Fusion 4200 3D i od początku 2020 roku Re3DTech , dostawca usług druku 3D na żądanie – członek DMN HP, oferuje wydruki w tym materiale.

Wkładka do butów z TPU - wydruk MJF

W sektorze dóbr konsumenckich z TPU wytwarza się obuwie i akcesoria sportowe (kaski, ochraniacze, wkładki), a w przemyśle – komponenty wyposażenia linii produkcyjnej i robotów, kanały powietrzne, złożone rurki, chwytaki i uszczelki, elementy urządzeń elektronicznych etc.

CZYTAJ WIĘCEJ:

Komentarze