Zu den anspruchsvollsten Anwendungen für additiv erstellte Bauteile gehört der Hochtemperaturbereich. Hierfür sind entsprechend hitzebeständige Ausgangsmaterialien nötig. Da es Dutzende von Materialoptionen gibt, sind Anwender häufig verunsichert, welche sie für diese Anforderung wählen sollen. Nachfolgend eine Auflistung geeigneter Materialien für Hochtemperaturanwendungen.
Acrylitril-Butadien-Styrol
Acrylitril-Butadien-Styrol (ABS) hält Temperaturen von bis zu 100 °C stand. Seine Wärmeformbeständigkeit liegt zwischen 88-89 °C, der Schmelzpunkt bei etwa 200 °C. Zudem bietet ABS eine hohe Zähigkeit und Schlagfestigkeit. Dies ermöglicht den Druck von Teilen, die hohen Belastungen ausgesetzt sind. Die Glasübergangstemperatur liegt bei etwa 105 °C und es ist sehr widerstandsfähig gegenüber Wasser-, Phosphor- und Salzsäure.
- Technologie: Fused Deposition Modeling (FDM)
- Eigenschaften: Schlagfestigkeit, Chemikalienbeständigkeit
- Anwendungen: Rohre, Inhalatoren, Gehäuse für elektrische Komponenten
Ultem 1010
Verglichen mit anderen FDM-Thermoplasten zeigt Ultem 1010 die höchste Hitzebeständigkeit, chemische Beständigkeit und Zugfestigkeit. Das Material findet Anwendung bei der Herstellung von Metall- oder Kunststoffteilen, medizinischen Werkzeugen und temperaturbeständigen Formen. Es handelt sich um einen hochleistungsfähigen Polyetherimid-Thermoplast mit einem Schmelzpunkt von 340 °C und einer Glasübergangstemperatur von 216 °C. Das Material hat einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Es ist außerdem für den Kontakt mit Lebensmitteln sowie die Biokompatibilität zertifiziert.
- Technologie: FDM
- Eigenschaften: hohe Wärmebeständigkeit, Zugfestigkeit, niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient
- Anwendungen: medizinische Werkzeuge, temperaturbeständige Formen
CE 221 (Zyanatester)
Dieses Harz ist für hohe Temperaturbeständigkeit und Steifigkeit bekannt. Aufgrund der Wärmeformbeständigkeit kann es sicher in Anwendungen mit hohen thermischen Anforderungen eingesetzt werden. CE 221 besitzt langfristige thermische Stabilität mit einer Glasübergangstemperatur von etwa 225 °C und einer Wärmeformbeständigkeit von 231 °C. Das Material hält hohem Druck stand und erzielt eine hochpräzise Oberfläche.
- Technologie: Carbon DLS (Digital Light Synthesis)
- Eigenschaften: thermische Stabilität, Steifigkeit, hohe Druckbeständigkeit
- Anwendungen: Industrieprodukte, elektronische Bauteile
Ultem 9085
Dieses Material besitzt ein gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, hohe Schlagzähigkeit und Wärmebeständigkeit. Es ist hochgradig flammhemmend. Es wird für die Herstellung von Prototypen und Werkzeugen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie verwendet. Besitzt eine Glasübergangstemperatur von 186 °C und eine Wärmeformbeständigkeit von 153 °C. Ultem 9085 eignet sich aufgrund seiner hohen mechanischen Festigkeit und seines geringen Gewichts auch sehr gut für die Herstellung von Endverbraucherkomponenten.
- Technologie: FDM
- Eigenschaften: flammhemmend, Schlagzähigkeit
- Anwendungen: Schablonen, Vorrichtungen, Verbundwerkstoffformen
Polycarbonat (PC)
Das Material hat einen kristallinen Schmelzpunkt von etwa 230-260 °C und eine Glasübergangstemperatur von 147 °C. Polycarbonat ist ein zähes und amorphes Material mit hoher Schlagfestigkeit, Stabilität und guten elektrischen Eigenschaften. Es hat einen breiteren Temperaturbereich mit einer Wärmeformbeständigkeit von 140 °C. Es wird häufig für die Herstellung von Prototypen und Fertigungswerkzeugen verwendet.
- Technologie: FDM
- Eigenschaften: Lichtdurchlässigkeit, Biegsamkeit
- Anwendungen: Kunststoffgläser in Brillen, Schutzausrüstung, Automobilkomponenten
Polyetheretherketon (PEEK)
Dies ist ein teilkristalliner thermoplastischer Kunststoff mit sehr guten mechanischen Eigenschaften selbst unter thermischer Belastung. Er weist zudem eine hohe Beständigkeit gegenüber aggressiven Chemikalien, mechanische Festigkeit und Dimensionsstabilität auf. Die Schmelztemperatur liegt bei 343 °C, die Glasübergangstemperatur bei 143 °C. PEEK kann seine Steifigkeit bei hohen Temperaturen beibehalten und ist daher für den Dauereinsatz bei Temperaturen bis zu 170 °C geeignet. Es wird in der Luft- und Raumfahrt, in der Öl- und Gasindustrie sowie in der Halbleiterproduktion verwendet.
- Technologie:FDM
- Eigenschaften: chemische Beständigkeit, gute Steifigkeit, Beständigkeit gegen Dampf und Wasser
- Anwendungen: Halbleiterkomponenten, Ventil- und Pumpenteile
PC-Like Heat Resist Translucent/Accura 48HTR
Diese neue Kunststoffvariante ist hitzebeständiger als herkömmliche PC-Kunststoffe. Zudem weist sie eine hohe Schlagzähigkeit auf, weshalb sich das Material ideal für Produkte eignet, die hohen Belastungen oder Vibrationen ausgesetzt sind. Hitzebeständiges PC-Like ist chemikalienbeständig und hat einen niedrigen Reibungskoeffizienten. Dies macht es zum idealen Material für Anwendungen, die großer Hitze ausgesetzt sind, etwa bei elektrischen und elektronischen Bauteilen. Bei einem Prüfdruck von 0,46 MPa weist PC-Like Heat Resist Translucent eine Wärmeformbeständigkeit von 70 bis 85 °C auf. Diese kann durch eine thermische Nachhärtung auf etwa 135 °C erhöht werden.
- Technologie: Stereolithographie (SLA)
- Eigenschaften: Temperaturbeständigkeit, hohe Festigkeit, Steifigkeit
- Anwendungen: Elektronik- und Beleuchtungskomponenten
Aluminum AlSi10Mg
Aluminium AlSi10Mg hat eine besonders hohe Festigkeit bei erhöhten Temperaturen von etwa 200 °C. Es ist korrosionsbeständig und kann einfach poliert werden. Zudem lässt es sich gut verarbeiten und weist eine gute Wärmerissbeständigkeit mit einem Schmelzpunkt von 670 °C auf. Diese Eigenschaften ermöglichen den Druck komplexer Geometrien und finden breite Anwendung in Teilen für Fahrzeuge, Maschinen und Flugzeuge. Es hat eine Zugfestigkeit von 450 MPa.
- Technologie: direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS)
- Eigenschaften: geringes Gewicht, Stressresistenz
- Anwendungen: Motoren
Edelstahl 1.4404
Edelstahl 1.4404 kann im Dauerbetrieb bei Temperaturen von bis zu 550 °C eingesetzt werden. Der Werkstoff hat einen niedrigen Kohlenstoffgehalt und ist ein rostfreier Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl mit einem Schmelzpunkt von 1400 °C. Er weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Stabilität gegenüber chlorhaltigen Medien und nicht oxidierenden Säuren auf. Ideal geeignet für Anwendungen in Industriebereichen wie Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und Automobilindustrie.
- Technologie: DMLS
- Eigenschaften: Korrosionsbeständigkeit, Duktilität
- Anwendungen: Laborgeräte, Wärmetauscher, Schrauben und Muttern
Inconel 718
Inconel 718 ist eine hochfeste Superlegierung auf Nickel-Chrom-Basis. Sie ist korrosionsbeständig und widersteht extremem Druck und hohen Temperaturen von bis zu 700 °C. Dieser Werkstoff schmilzt bei etwa 1400 °C. Er hat eine Zugfestigkeit von 1035 Mpa, ist jedoch spröde und lässt sich mit einem harten Schneidwerkzeug gut bearbeiten. Findet breite Anwendung in der verarbeitenden Industrie, bei militärischer Ausrüstung sowie in der Luft- und Raumfahrtindustrie.
- Technologie: DMLS
- Eigenschaften: Korrosionsbeständigkeit, mechanische Festigkeit
- Anwendungen: Gasturbinentriebwerke, Kompressorgehäuse, Matrizenhalter
Ein Kostenvergleich
Entsprechend ihrer Eigenschaften und der eingesetzten Technologie unterscheiden sich die unterschiedlichen Materialien deutlich im Preis. Für einen Vergleich haben wir ein Referenzteil gewählt und dazu die Losgröße 1. Dies dient lediglich der Veranschaulichung der Relationen. Der jeweilige Stückpreis reduziert sich mit steigender Auftragszahl. Das Referenzteil wurde im November 2021 mit der Sofortpreiskalkulation von Xometry Europe berechnet:
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