TPU Filament im 3D Druck – Verwendung und Eigenschaften im Überblick
TPU Filament der Alleskönner im 3D Druck? Vor- und Nachteile, Eigenschaften, Druckereinstellungen und vieles mehr – hier erhältst du einen Überblick, was TPU alles möglich macht und wo das thermoplastische Elastomer Anwendung findet.
Was ist TPU Filament?
Für den 3D Druck kannst du unterschiedliche Druckmaterialien verwenden, wie TPU Filament. Möchtest du genaue Informationen über diesen zusammengesetzten Kunststoff, schaue gerne beim threedom-Beitrag „Was ist Filament“ vorbei.
Sprechen wir von TPU Filament, meinen wir thermoplastisches Elastomer; ohne chemische Veränderungen verformbares Polyurethan. TPU wird aus dem Englischen übersetzt in Thermoplastisches PolyUrethan. Dieser Kunststoff ist gummiartig und somit elastisch. Das ist ein wichtiger Aspekt, wenn du mit einem Heatbed (beheizbares Druckbett) unter anderem Dichtungen und Smartphone-Hüllen drucken möchtest. Verantwortlich dafür sind die Mehrphasensysteme mit thermoplastischer Hartphase und der elastomeren Weichphase. Um alle Prozesse bis zum Ergebnis genau zu verstehen, wäre ein Physik-Studium angebracht. Aber mit TPU Filament lassen sich natürlich auch ohne Physik-Studium 3D-Objekte herstellen und flexibel verformen.
Vorteile TPU Filament
Dass TPU Filament ein dehnbarer Kunststoff ist, versteht sich aufgrund seiner flexiblen Verarbeitung. TPU lässt sich ohne Probleme zwischen 220° und 250° Drucktemperatur verarbeiten. Dennoch solltest du wissen, dass die Temperatur zwischen den Angeboten unterschiedlicher Hersteller etwas schwankt. Zudem gibt es im 3D Druck gewisse Grenzen, die die TPU-Verarbeitung beeinflussen; dazu gehören: die Druckgeschwindigkeit, die Komplexität des Druckobjektes (umso größer, umso mehr Material für die Stabilität brauchst du) und der Druckertyp. Als wohl wichtigste Basis für ein optimales Druckergebnis gilt das eigentliche TPU-Polymermaterial. Wie bei jedem Produkt gilt auch hier: Qualität sorgt für Langlebigkeit.
Möchtest du TPU Filament für dein Projekt nutzen, profitierst du von dessen guter Witterungsbeständigkeit, hoher UV-Stabilität und hoher Reiß- und Abriebfestigkeit. Auch nach der Verarbeitung ist TPU beständig gegen Fette und Öle sowie einigen Lösungsmitteln. Für welche Farbe du dich auch entscheidest, erfreue dich außerdem an der Farbechtheit des thermoplastischen Polyurethans!
Nachteile – TPU gibt es nicht in Gold, das glänzt
Wie wohl jedes Druckmaterial ist auch TPU Filament von einigen Nachteilen behaftet. Die Nachteile sind aber immer abhängig von der eigentlichen Verarbeitung und vom eigenen Anspruch des Druckenden.
Wie du der Überschrift schon entnehmen kannst, gibt es TPU nicht im glänzenden Gold. Aber dennoch kannst du zwischen den gängigen Farben Schwarz, Weiß, Rot und Blau wählen. Einige Hersteller legen noch eine Schippe drauf und lassen das Filament in RAL-Farben (u. a. Gelb, Grün, Bronze) überzeugen. Wirst du bei der Auswahl nicht fündig, kannst du dir gegen Aufpreis das Druckmaterial in deiner persönlichen Farbe aus der RAL Palette anfertigen lassen.
Auch wenn das TPU Filament für vielseitige 3D-Druckprodukte verarbeitet werden kann, das thermoplastische Polyurethan ist nicht lebensmittelecht.
Ein weiterer Nachteil ist der Preis des TPU Filaments. Im Gegensatz zu PLA, ABS oder PETG Filament musst du für TPU mehr bezahlen. Ausgehend von der Basisfarbe Weiß solltest du zwischen 20 Euro (500 g Spule) und 32 Euro (1000 g Spule) rechnen. Nach oben sind auch preislich nie Grenzen gesetzt.
Was wir nie vergessen dürfen, ist die Umweltverträglichkeit bzw. Nachhaltigkeit unserer 3D-Produkte. Auch wenn die Forschung in den letzten Jahren bereits große Sprünge gemacht hat, kann das TPU Filament damit nicht überzeugen.
Anwendungsbeispiele – Wofür kann TPU verwendet werden?
TPU Filament bietet aufgrund seiner Vorteile vielfältige Einsatzmöglichkeiten im 3D-Druck. So profitieren unterschiedliche Branchen vom flexiblen Druckmaterial, das zudem strapazierfähig und zugfest ist.
Besonders eignet sich TPU:
- für dreidimensionale Dichtungen,
- für flexible Gelenke und Verbindungen,
- als Dämpfungs- und Polsterungselement.
Häufig wird TPU in der Sportbranche verarbeitet. Der Kunststoff ist dermatologisch unbedenklich und eignet sich für die Fertigung von Fitnessarmbändern, Protektoren und Dichtungen an Fitnessgeräten, Trainingshilfen und Wassergeräte. Bist du Sportler? Dann kennst du die hohen Ansprüche an Sportschuhen. TPU eignet sich besonders für dessen Herstellung. Denn der Kunststoff hält unter anderem Wasser und niedrigen Temperaturen stand.
Ingenieure in der Luft- und Raumfahrt haben TPU Filament für ihre Arbeit entdeckt. Sie verarbeiten Instrumententafeln und Sensoren aus dem thermoplastischen Elastomer – eine gute Basis für eine sichere Luft- und Raumfahrt. Die gleichen Bereiche macht sich die Automobilindustrie zunutze. Fahrzeuge werden unter anderem mit Hebeln, Sensoren und Instrumententafeln mit TPU versehen.
Mit welchen Einstellungen wird TPU gedruckt?
Für den 3D-Druck mit TPU sollten einige Einstellungen vorgenommen werden. Diese Einstellungen sind aber nur eine pauschale Angabe, da die Qualität des thermoplastischen Polyurethans eine entscheidende Rolle spielt:
- langsame Druckgeschwindigkeit (zwischen 15 und 20 mm/s)
- ggf. Extrusionsfaktor etwas erhöhen, um eine optimale Verbindung von Schichten und Perimetern zu gewährleisten
- Deaktivieren des Retracts (der Retraktion) am 3D-Drucker, um Dehnungen und Komprimierungen in der Düse zu verhindern
Eine wichtige Voraussetzung für den Druck von TPU ist das geeignete Extrudersystem, das der maximalen Temperatur von 250° standhalten kann.
Worauf muss beim Druck von TPU geachtet werden?
Bevor du mit dem finalen Druck von TPU loslegst, sind Probeprints unabdingbar. Das Druckmaterial variiert von Hersteller zu Hersteller, sodass du die geeignete Temperatureinstellung für dein Projekt ausprobieren solltest. Hilfreich ist es, ab 220° aufsteigend bis 250° die Probeprints zu versuchen. Auch wenn ein beheiztes Druckbett (Heatbed) keine Voraussetzung ist, kann dessen Einsatz bis maximal 60° für ein optimales Druckergebnis sorgen.
Jeder 3D-Druckende profitiert von der Flexibilität des TPU Filaments. Dafür ist die Verwendung eines geringen Infills verantwortlich. Geht es um steifere Objekte, ist die Erhöhung des Infills richtig.
Damit du jederzeit von bester Qualität deines TPU Filaments für den Druck profitieren kannst, solltest du auf die wasser- und feuchtigkeitsdichte Lagerung achten. Dafür eignen sich Vakuumierbeutel oder Behälter mit Deckel.
Ist TPU anfängerfreundlich?
Es ist schwierig, die Frage der Anfängerfreundlichkeit pauschal zu beantworten. Denn es ist doch noch kein Meister vom Himmel gefallen und der 3D-Druck bringt bei einigen Projekten einige Hürden mit. Dennoch lässt sich sagen, dass der Druck von TPU anfängerfreundlich ist, wenn die Voraussetzungen stimmen. So braucht es den geeigneten 3D-Drucker, der TPU Filament optimal verarbeiten kann. Zudem sind die oben genannten Voraussetzungen und Einstellungen maßgebend und das Wissen über die Verarbeitung von TPU. Und last but not least: deine Motivation und etwas Geduld, um dein gewünschtes Projekt zu erzielen.
Kann TPU geklebt werden?
Ja, TPU lässt sich kleben. Der Kunststoff ist resistent gegen Kratzer und Schnitte. Ein kleines Manko hat es trotzdem. Der flexible Kunststoff lässt sich nur schwer spanend bearbeiten, sodass der Einsatz von Kleber für ein Objektergebnis sinnvoll ist. Am besten funktioniert das Kleben mit Cyanacrylat-Kleber; einem transparenten Sekundenkleber.
Für das Kleben sollte die Klebeflächen trocken-, staub- und fettfrei sein. Auch sollten diese passgenau zueinander sein. Der Klebstoff wirkt am besten, wenn dieser dünn aufgetragen wird. Dabei gilt: umso dünner der Klebefilm, umso stärker die Wirkung.
Ist eine Nachbearbeitung von TPU Filament möglich?
Das Objekt ist gedruckt, aber braucht noch den Feinschliff für eine einheitlich aussehende Oberfläche? Mit der richtigen Technik ist das Tuning in wenigen Schritten getan.
Vom Zerspanen der TPU-Oberfläche sind wir weg, dafür nutzen wir unsere manuellen und maschinellen Schleifmöglichkeiten. Das Schleifen kann die Oberflächenrauheit verringern und zu einer angenehmen Haptik beitragen. Dennoch solltest du mit Bedacht schleifen; gehe immer mit „Samthandschuhen“ an das gedruckte Objekt. Denn Schleifprozesse erzeugen durch Reibung Wärme und im Umkehrschluss kommt es zu einer Deformierung des Objektes. Nutze für das Schleifen Schleifpapier, einen Dremel mit Aufsätzen sowie Schutzbekleidung wie Brille und Atemschutzmaske!
Jeder, der mit 3D-Drucker arbeitet, besitzt bereits eine gute Vorstellungskraft. Schließlich sollte schon vor dem Druck das Objekt klar „vor Augen erscheinen“. Dennoch kommt es manchmal anders als gedacht und ein bisschen Farbe kann Wunder bewirken. Ein Objekt mit TPU lässt sich mit Farbe und Lack in Szene setzen. Hierfür sind Acrylfarbe und Sprühlack die besten Varianten. Für das farbige Tuning brauchst du ebenso Schutzkleidung mit Brille und Atemschutzmaske sowie zusätzlich zu Farbe und Lack ein Haftspray für Kunststoffteile.
Was ist der Unterschied zwischen TPU und TPE?
Suchst du nach Informationen über TPU, triffst du fast automatisch auf TPE. TPE ist die Hauptkategorie „thermoplastisches Elastomer“; TPU ist eine dazugehörige Hauptgruppe und steht für das thermoplastische Polyurethan. Nicht nur die Namen unterscheiden sich, auch deren Anwendungsgebiete im 3D-Druck.
TPE wird überwiegend in der Automobil- sowie Medizinindustrie eingesetzt und überzeugt in einer Kombination aus Kautschuk und Kunststoff. Zudem findet man TPE in der Elektronikbranche wie beispielsweise als Kabelmäntel. Die Sportbranche setzt unter anderem auf Yogamatten aus TPE, die frei von PVC und anderen giftigen Weichmachern sind. Das gummiartige Druckmaterial ist in vielen Farben erhältlich, hat eine geringere Härte und besitzt eine moderate Beständigkeit gegen Chemikalien.
TPU hingegen wird unter anderem für Handyhüllen, Schuhsohlen, Sportartikel (Schutzbrillen und Flossen) und Kfz-Instrumententafel eingesetzt. Der gummiartige bis harte Kunststoff kann eine glatte oder raue Oberfläche haben und ist ein besonders flexibles Druckmaterial. Die Farbauswahl von TPU ist eher gering. TPU hat eine hohe Härte und Abriebfestigkeit.
