Verschleissbeständige Materialien spielen immer dann eine Rolle, wenn Flächen kontinuierlich aufeinander gleiten sollen. igus ist Hersteller solcher tribologischen Materialien, die nun auch als Filamente bei DIM3NSIONS erhältlich sind.
Im 3D-Druck bezieht sich "verschleissbeständig" auf die Eigenschaft eines Materials, Beschädigungen durch wiederholten Kontakt innerhalb der normalen Anwendung zu widerstehen. Wird ein gedrucktes Bauteil durch Abrieb beschädigt, so verliert es allmählich seine Oberflächengüte was wiederum Deformationen und Verzug zur Folge hat.
Warum ist Verschleissfestigkeit wichtig?
Wenn ein Bauteil anfällig für Verschleiss ist, so kann es wirkungslos, inneffizient oder sogar gefährlich werden. Bauteile, welche mit verschleissbeständigem Material gedruckt wurden, sind ausdauernder und können daher während längerer Zeit ohne Austausch benutzt werden. Zusätzlich zur Verschleissbeständigkeit ist es wichtig, den Gleitreibungskoeffizienten des Materials zu berücksichtigen. Dieser beschreibt den mechanischen Widerstand zweier Materialoberflächen, die sich gegeneinander bewegen. Kunststoffe haben typischerweise einen tiefen Gleitreibungskoeffizienten was sie zu bevorzugten Kandidaten für 3D-gedruckte verschleissbeständige Teile macht.
Standard-Anwendungen verschleissbeständiger Materialien
Verschleissbeständige Materialien werden häufig im Maschinenbau, in der Automobilindustrie oder in der Produktion von elektronischen Geräten benutzt. Sie kommen auch in Produkten vor, welche Folgendes beinhalten:
- Bewegliche Anwendungen. Anwendungen und Prozesse, die bewegliche Teile - Getriebe, Gleit- und Kugellager - beinhalten und damit anfällig für Reibungsschäden sind. Bei diesen sind verschleissbeständige Materialien unverzichtbar.
- Werkzeugbau. Wenn verschleissbeständige Werkzeuge, Schablonen und Aufspannvorrichtungen in Montage- oder Produktionsumgebungen benutzt werden, benötigen sie weniger Wartung und müssen seltener ersetzt werden. Das hält die Arbeitsabläufe flüssig und die Kosten so tief wie möglich.
- Teile für Endbenutzer. Werden Teile, die für den direkten Einsatz beim Endbenutzer gedacht sind, aus verschleissbeständigem Material produziert, so halten sie länger, was in tieferen Kosten resultiert.
Was gibt es sonst noch zu wissen?
Machen Sie sich mit der Tribologie vertraut. "Tribologie" bezieht sich auf die Untersuchung von Reibung, Schmierung und Abrieb genauso wie auf die Physik von Oberflächen, welche sich relativ zueinander bewegen. Es ist eine gebräuchliche Bezeichnung, wenn das Thema der Verschleissbeständigkeit diskutiert wird.
Wissen Sie, wann ein Bauteil ersetzt werden muss. In Ultimaker Cura gibt es eine Einstellung, die "Extruder Aussenwand" heisst. Mit Hilfe dieser Einstellung kann die äusserste Wandlinie mit einem verschleissbeständigen Material gedruckt werden während der Rest des Bauteils weiter innen mit einem günstigeren Material wie PLA gefertigt wird. Werden verschiedene Farben für diese beiden Materialien verwendet, kann einfach abgelesen werden wenn das Bauteil abgewetzt ist: die eine Farbe wird zu verschwinden beginnen und so anzeigen, dass es Zeit für den Ersatz des Bauteils ist.
Die Filamente von igus
Das Deutsche Unternehmen igus produziert seit über 50 Jahren verschleissarme Hochleistungspolymere. Lange wurden diese ausschliesslich als konfigurierbare Halbzeuge angeboten, u.a. unter dem Markennamen iglidur®. Doch mit der Erschliessung des 3D-Drucks für die breiten Massenanwendungen anfang der 10er-Jahre des 21. Jahrhunderts ist die additive Herstellung individueller Gleit- und Lagerelemente immer mehr auch in den Fokus von igus gerückt.
Die iglidur®-Familie umfasst inzwischen bereits sieben Typen von Filamenten. Von diesen können drei auf handelsüblichen FFF-Druckern mit Drucktemperaturen bis zu 280°C verarbeitet werden (d.h. es ist keine Bauraumheizung und kein Hochtemperatur-Druckkopf nötig): I150, I180 und I190.
Niklas Eutebach, Entwicklungsingenieur Additive Manufacturing bei der Igus GmbH beschreibt die Materialien so:
Unsere iglidur Materialien wurden ursprünglich als Gleitlager und jegliche Arten von Komponenten entwickelt, welche einen tiefen Verschleiss und eine schmiermittelfreie Bewegegung ermöglichen - darum auch unser Motto 'motion plastics'. Diese Materialien werden typischerweis für Baugruppen benutzt welche in irgendeiner Art Bewegung sehen wie Rotation, Schwenken oder Gleiten.
Die drei Materialien unterscheiden sich einerseits in der maximalen Anwendungstemperatur und andererseits in einigen spezifischen Eigenschaften. So ist z.B. I150 lebensmittelkonform, kann aber nur bis 65°C eingesetzt werden während I190 bis 90°C einsetzbar ist, dafür aber ungeeignet für feuchte oder gar nasse Umgebungen ist. Für iglidur® I150 und I180 gibt es zudem für die Verarbeitung auf Ultimaker Druckern Cura-Standard-Materialprofile; I150 ist sogar mit der S5 Material Station kompatibel. Die nachfolgende Tabelle fasst die Eigenschaften der drei Materialien zusammen.
| Merkmal | iglidur I150 | iglidur I180 | iglidur I190 |
|---|---|---|---|
| Druck auf allen FFF-3D-Druckern | ✔ | ✖ | (✔) |
| Druck auf geschlossenen FFF-3D-Druckern | ✔ | ✔ | ✔ |
| Schwierigkeitsgrad Drucken | sehr einfach | anspruchsvoll | einfach |
| Cura-Profil | ✔ | ✔ | ✖ |
| Feuchte Umgebung / Wasser | ✔ | ✔ | ✖ |
| Lebensmittelkonform nach EU-10/2011 | ✔ | ✖ | ✖ |
| Maximale Einsatztemperatur dauernd | 65°C | 80°C | 90°C |
| Maximale Einsatztemperatur kurzfristig | 75°C | 90°C | 120°C |
| Gleitgeschwindigkeit | niedrig bis mittel | niedrig bis hoch | niedrig bis hoch |
| Farbe | cremeweiss | cremeweiss oder schwarz | beige |
Für die ideale Haftung auf dem Druckbett, z.B. auf einer Glasplatte, gibt es den igus Haftvermittler-Stift. Dieser wurde durch Magigoo entwickelt.
Dieser Artikel besteht aus Auszügen eines übersetzten Ultimaker-Artikels welcher mit Daten zu den igus-Filamenten ergänzt wurde.