{"id":483,"date":"2024-02-01T20:21:00","date_gmt":"2024-02-01T19:21:00","guid":{"rendered":"https:\/\/3ddruckdirekt.de\/?p=483"},"modified":"2025-03-11T20:43:17","modified_gmt":"2025-03-11T19:43:17","slug":"tpu-aus-dem-sls-3d-druck","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/3ddruckdirekt.de\/?p=483","title":{"rendered":"TPU aus dem SLS 3D-Druck"},"content":{"rendered":"\t\t
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TPU aus dem SLS 3D-Druck: flexible Bauteile nach individuellen Bed\u00fcrfnissen<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Ob technische D\u00e4mpfungselemente, Flexschl\u00e4uche, Griffe oder Tastaturfelder, TPU und flexible, gummiartige Materialien k\u00f6nnen f\u00fcr verschiedenste Anwendungen eingesetzt werden. Durch die Verarbeitung dieser Materialien mit der 3D-Drucktechnologie SLS (oder FDM) ergeben sich zahlreiche innovative Perspektiven.<\/i><\/b><\/p>\n

Thermoplastisches Polyurethan, kurz TPU genannt, ist ein elastischer Kunststoff mit hoher Flexibilit\u00e4t und Best\u00e4ndigkeit gegen\u00fcber Fetten und \u00d6len. Im Bereich des additiven Fertigungsverfahrens er\u00f6ffnet TPU vielf\u00e4ltige Anwendungen, von Schuhsohlen und Reifen bis hin zu ma\u00dfgeschneiderten Bauteilen und Handyh\u00fcllen. Besonders geeignet ist es f\u00fcr den 3D-Druck von Endprodukten, funktionalen Prototypen und Designmodellen.<\/i><\/b><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Vorteile von TPU 3D-Druck mit SLS<\/span>
<\/span>Das Selektive Lasersintern (SLS) nutzt einen Hochleistungslaser, um kleine Partikel von Polymerpulver zu sintern, was die schichtweise Erzeugung des gew\u00fcnschten Bauteils in einem Pulverbett erm\u00f6glicht. Diese Methode zeichnet sich in der additiven Fertigung durch eine effiziente Produktion bei niedrigen St\u00fcckkosten aus, insbesondere in den Bereichen Rapid Prototyping, ma\u00dfgeschneiderter Fertigung bereits ab einer St\u00fcckzahl von eins und der Herstellung von Kleinserien. Einige wichtige Vorteile dieses Verfahrens sind:<\/p>

|<\/span> <\/span>Shore-H\u00e4rte
<\/b>TPU hat eine Shore-H\u00e4rte im Bereich von 55 bis 75. Die Shore-H\u00e4rte dient als Ma\u00df f\u00fcr die Festigkeit von Kunststoffen und wird in der 3D-Druckbranche genutzt, um die Eigenschaften verschiedener Materialien miteinander zu vergleichen. Die H\u00e4rte wird auf einer Skala von 0 bis 100 bewertet, wobei h\u00f6here Werte f\u00fcr h\u00e4rtere Materialien stehen. Bei TPUs l\u00e4sst sich die H\u00e4rte pr\u00e4zise und nahtlos anpassen: Eine erh\u00f6hte Energiezufuhr w\u00e4hrend des Schmelzprozesses f\u00fchrt zu einer h\u00e4rteren Materialbeschaffenheit. Demnach bietet TPU eine gro\u00dfe Vielfalt an H\u00e4rtegraden, von fest bis weich.<\/span><\/p>

|<\/span> <\/span>R\u00fcckstellf\u00e4higkeit<\/b><\/span>\u00a0<\/b>
<\/span>TPU weist eine bemerkenswerte R\u00fcckstellf\u00e4higkeit bei gleichzeitig niedrigem Druckverformungsrest auf \u2013 deutlich \u00fcberlegen im Vergleich zu \u00e4hnlichen Kunststoffen. TPU kehrt nahezu zu 100 % in seinen urspr\u00fcnglichen Zustand zur\u00fcck.<\/span><\/p>

|<\/span> <\/span>Thermische Belastung<\/b>
<\/span>Die meisten TPU-Varianten sind f\u00fcr eine thermische Belastung bis zu 80 \u00b0C geeignet, w\u00e4hrend kurzzeitige Expositionen von bis zu 120 \u00b0C m\u00f6glich sind. Spezielle TPUs k\u00f6nnen sogar eine h\u00f6here Hitzebest\u00e4ndigkeit von bis zu 180 \u00b0C aufweisen.<\/span><\/p>

|<\/span> <\/b>UV-best\u00e4ndigkeit<\/b>
<\/span>TPUs sind teilweise UV-best\u00e4ndig. Bei intensiver Sonneneinstrahlung kann eine Verf\u00e4rbung auftreten, jedoch sind keine signifikanten Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften zu erwarten.<\/span><\/p>

|<\/span> <\/span>Bruchdehnung<\/b><\/span>\u00a0
<\/span>TPUs weisen eine extrem hohe Bruchdehnung von bis zu 500 % auf. Die Bruchdehnung beschreibt die maximale Dehnung eines Bauteils, bevor es rei\u00dft. Im SLS-3D-Druck erreicht TPU nahezu die Bruchdehnungswerte von spritzgegossenen TPU-Teilen, die etwa 700 % erreichen.<\/span><\/p>

|<\/span> <\/span>Hydrolyse-Effekt<\/b>
<\/span>Moderne TPUs sind resistent gegen Hydrolyse. Ein sichtbarer Hydrolyse-Effekt tritt erst nach rund 10 Jahren auf. Im kurzfristigen Bereich haben Wasser und Temperaturen keinen Effekt.<\/span><\/p>

|<\/span> <\/span>Farbgestaltung<\/b><\/span>\u00a0
<\/span>Die Farbgestaltung von additiv gefertigten TPU-Bauteilen ist flexibel m\u00f6glich. Schwarzes TPU erweist sich als besonders interessant, da es dem charakteristischen Aussehen von Gummiwerkstoffen nahekommt. Grunds\u00e4tzlich sind nahezu alle Farben umsetzbar, wobei helle Farbt\u00f6ne etwas anspruchsvoller zu realisieren sind.<\/span><\/p>

Erh\u00f6hter Aufwand bei TPU im SLS gegen\u00fcber anderen Materialien<\/b><\/span><\/span>
<\/span><\/span>Die Kombination aus Selektivem Laser Sintern (SLS) und dem 3D-Druck von TPU bietet herausragende M\u00f6glichkeiten, bringt jedoch spezielle Herausforderungen mit sich. Besonders das einzigartige thermische Verhalten von TPU spielt dabei eine entscheidende Rolle. Beim SLS-3D-Druck mit TPU sind angepasste Prozessparameter erforderlich und die Steuerung des Druckprozesses gestaltet sich anspruchsvoll. Es ist notwendig, dass die einzelnen Bauteile im Bauraum einen gr\u00f6\u00dferen Abstand zueinander haben, im Vergleich etwa zum Druck von PA12. Zudem erfordert der Umgang mit den gedruckten TPU-Teilen nach Abschluss des 3D-Drucks besondere Aufmerksamkeit. Die K\u00fchlung des Bauplattenmaterials und das Entfernen des Pulvers gestalten sich aufwendiger, um die Teile sauber und unbesch\u00e4digt zu entnehmen.\u00a0<\/p>

F\u00fcr TPU ist eine mechanische Gl\u00e4ttung der Oberfl\u00e4che nicht realisierbar. Jedoch l\u00e4sst sich durch den Einsatz speziell angepasster L\u00f6sungsmittel und Arbeitsprozesse eine chemische Gl\u00e4ttung erreichen. Besonders interessant ist hierbei die M\u00f6glichkeit, die Oberfl\u00e4che durch eine mediendichte Versiegelung zu sch\u00fctzen. Dies verhindert effektiv das Eindringen von Wasser in das gedruckte Bauteil.<\/p>

Wenn eine Einf\u00e4rbung der Bauteile gew\u00fcnscht ist, erfolgt dies vorzugsweise durch das Tauchf\u00e4rben. Dabei wird die Naturfarbe von TPU \u00fcberdeckt. Eine \u00f6kologisch nachhaltige Eigenschaft von TPU im SLS-3D-Druck ist die vollst\u00e4ndige Wiederverwendbarkeit des Pulvers, da es im thermischen Druckprozess keinen Schaden nimmt. In der Praxis wird jedoch nur eine Beimischung von 10 bis 15 % pro Druckauftrag vorgenommen, um eine konstante Druckqualit\u00e4t zu gew\u00e4hrleisten.<\/span><\/p>

Konstruktionshinweise f\u00fcr den TPU 3D-Druck<\/b>
<\/span><\/span>F\u00fcr den 3D-Druck von TPU gelten \u00e4hnliche Konstruktionsrichtlinien wie f\u00fcr das Material PA12. Abgesehen davon sollten bei der Konstruktion die folgenden Besonderheiten ber\u00fccksichtigt werden:<\/p>

|<\/span> <\/span>St\u00fctzstrukturen<\/b>
<\/span>Beim 3D-Druck von TPU mittels Selektivem Laser Sintering (SLS) sind keine St\u00fctzstrukturen erforderlich.<\/span><\/div>
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|<\/span> <\/span>Dimensionierung von Besonderheiten<\/b><\/span><\/div>
Rohre, Profile und Hinterschnitte sollten gro\u00dfz\u00fcgig dimensioniert werden. Es ist wichtig, bei der Konstruktion darauf zu achten, dass verfestigtes Pulver leicht entfernt werden kann.<\/span><\/div>
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|<\/span> <\/span>Chemische Gl\u00e4ttung<\/b><\/span><\/div>
Wenn eine chemische Gl\u00e4ttung der Bauteile nach dem 3D-Druck erw\u00fcnscht ist, m\u00fcssen „Nicht-Funktionsfl\u00e4chen“ und „Sichtfl\u00e4chen“ pr\u00e4zise definiert werden. Beim chemischen Gl\u00e4tten gibt es stets einen Auflage- oder Befestigungspunkt, vergleichbar mit Angusspunkten bei Spritzgussteilen. Es kann auch im CAD ein Haken angebracht werden, der nach dem Druck entfernt wird (falls erforderlich).<\/span><\/div>
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|<\/span> <\/span>Wandst\u00e4rke<\/b>
<\/span>Die Wandst\u00e4rke sollte mindestens 1 mm betragen. Obwohl der Laserfokus beim SLS deutlich geringer ist, erfordert die Verarbeitung von TPU eine Mindestwandst\u00e4rke von 1 mm im Prozess, um die notwendige Bauteilstabilit\u00e4t zu gew\u00e4hrleisten. Wandst\u00e4rken unter 1 mm sind bei Serienteilen m\u00f6glich, wenn vorab technische M\u00f6glichkeiten ermittelt und an die spezifische Anwendung angepasst wurden.<\/span><\/div>
\u00a0<\/div>
|<\/span> <\/span>Zyklische Belastbarkeit<\/b>
<\/span>Die zyklische Belastbarkeit von TPU-Teilen h\u00e4ngt von der Geometrie und der spezifischen Belastung (Biegen oder Dr\u00fccken) ab. Generell weist TPU jedoch eine hohe Dauerfestigkeit auf.<\/span><\/div>
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|<\/span> <\/span>Wasserdichtigkeit<\/span>\u00a0<\/span><\/b><\/div>
Wasserdichtigkeit und Spritzschutz k\u00f6nnen durch chemische Gl\u00e4ttung erreicht werden. Abh\u00e4ngig von Dichtprofil und Dichtpartner k\u00f6nnen Bauteile jedoch auch direkt wasserfest hergestellt werden.<\/span><\/div>
\u00a0<\/div>
F\u00fcr weniger komplizierte Formen k\u00f6nnte die FDM-Technologie eine kosteng\u00fcnstige Alternative f\u00fcr TPU-Bauteile darstellen. Allerdings sind beim FDM-3D-Druck, abh\u00e4ngig von der Geometrie, oft St\u00fctzstrukturen erforderlich. Im Fall von TPU sind diese in der Regel h\u00e4ufiger notwendig als bei anderen Materialien, was die Machbarkeit von TPU-Bauteilen mit der FDM-Technologie erheblich beeintr\u00e4chtigt.<\/div>
\u00a0<\/div>
Anwendungsbeispiele f\u00fcr 3D-gedrucktes TPU<\/b><\/span><\/span>\u00a0<\/span><\/div><\/div>
Durch die Integration von Lattice-Strukturen er\u00f6ffnen sich spannende Anwendungsm\u00f6glichkeiten f\u00fcr TPU. Die H\u00e4rte der gedruckten Bauteile kann pr\u00e4zise durch die Geometrie angepasst werden. Zum Beispiel f\u00fchrt die schaum\u00e4hnliche Kelvin-Struktur zu weichen Bauteilen mit erh\u00f6hter Biegefestigkeit, w\u00e4hrend die ebenfalls schaum\u00e4hnliche Oktett-Struktur h\u00e4rtere Bauteile erzeugt, die optimalen Zugbelastungen standhalten. Beispiele f\u00fcr typische Anwendungen von TPU aus dem SLS-3D-Druck sind:<\/div>
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|<\/span> <\/span>Griffe oder D\u00e4mpfer-Schutz f\u00fcr Mountainbikes<\/div>
|<\/span> <\/span>Faltenb\u00e4lge in kleinen oder mittelgro\u00dfen St\u00fcckzahlen, die besonders widerstandsf\u00e4hig gegen \u00d6le und Fette sind<\/div>
|<\/span> <\/span>Tastaturen f\u00fcr Bedienfelder im Anlagen- und Maschinenbau<\/div>
|<\/span> <\/span>Maschinenf\u00fc\u00dfe<\/div>
|<\/span> <\/span>Bereifungen f\u00fcr ferngesteuerte RC-Modellautos<\/div>
|<\/span> <\/span>Flexschl\u00e4uche mit versiegelten Oberfl\u00e4chen f\u00fcr Anwendungen im Motorraum<\/div>
| <\/span>Technische D\u00e4mpfungselemente im Anlagenbau \u2013 hier sind kleine St\u00fcckzahlen und Komponenten, die exakt zu der Anwendung passen, gefragt<\/div>
|<\/span> <\/span>Dichtprofile<\/div>
|<\/span> <\/span>Individuelle Orthesen im Bereich der Orthop\u00e4die<\/div>
|<\/span> <\/span>Realisierung von Designideen im Modebereich<\/div>
|<\/span> <\/span>In der Waschmaschine waschbare Schuhsohlen<\/div>
|<\/span> <\/span>Alle Anwendungsgebiete, bei denen es um optimale Haftreibung geht<\/div>
\u00a0<\/div>
Preise und Wirtschaftlichkeit<\/b><\/div>

Die Frage, bis zu welchem St\u00fcckzahlbereich TPU durch 3D-Druck konkurrenzf\u00e4hig ist, l\u00e4sst sich grob mit einer Faustregel beantworten. Dabei spielt die Wirtschaftlichkeit eine entscheidende Rolle, die stark von der Gr\u00f6\u00dfe und Komplexit\u00e4t des gew\u00fcnschten Bauteils abh\u00e4ngt. Im Bereich des SLS liegen typische Serienst\u00fcckzahlen zwischen 5.000 und 15.000 Teilen. Bei TPU k\u00f6nnen die St\u00fcckzahlen f\u00fcr einen wirtschaftlichen 3D-Druck etwas darunter liegen.<\/p>

F\u00fcr sehr gro\u00dfe St\u00fcckzahlen ist der 3D-Druck von TPU m\u00f6glicherweise nicht so kosteneffizient wie der Spritzguss. Die Bedeutung des 3D-Drucks von flexiblen Materialien wie TPU liegt insbesondere in der Bew\u00e4ltigung von Komplexit\u00e4t. Hier bietet er erhebliche Vorteile, wenn herk\u00f6mmliche Fertigungsmethoden nicht anwendbar sind oder wenn kleine St\u00fcckzahlen im Spritzguss nicht wirtschaftlich hergestellt werden k\u00f6nnen.<\/div>
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Falls kleinere Mengen eines TPU-Bauteils mit einfacher Geometrie (ohne Lattice-Strukturen und dergleichen) gefertigt werden sollen, ist die Technologie FDM eine preiswertere Alternative.<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\n\t\t\t\tAnwendungsfall: Kundengeschenk Schmiedebeh\u00e4lter\t\t\t<\/a>\n\t\t<\/h3>\n\t\t\n\t\t\n\t\t\tWeiterlesen \u00bb\t\t<\/a>\n\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t1. M\u00e4rz 2025\t\t<\/span>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/article>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\n\t\t\t\tAnwendungsfall: Rasierhobel\t\t\t<\/a>\n\t\t<\/h3>\n\t\t\n\t\t\n\t\t\tWeiterlesen \u00bb\t\t<\/a>\n\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t1. M\u00e4rz 2025\t\t<\/span>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/article>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\n\t\t\t\tAnwendungsfall: N\u00e4hmaschine\t\t\t<\/a>\n\t\t<\/h3>\n\t\t\n\t\t\n\t\t\tWeiterlesen \u00bb\t\t<\/a>\n\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tZur Blog-\u00dcbersicht<\/span>\n\t\t\t\t\t<\/span>\n\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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