Der Hersteller PPprint hat speziell für den extrusionsbasierten 3D-Druck optimierte PP-Granulat ‚P-pellets 310‘ vorgestellt. Das Material ist für das additive Herstellungsverfahren Fused Granular Fabrication (FGF) vorgesehen.
Das auf der Herstellung mit geschmolzenem Granulat basierende FGF-Verfahren etabliert sich laut dem Hersteller aktuell mehr und mehr als eine feste Fertigungsalternative in der additiven Fertigung. Dies beruht hauptsächlich auf den Stärken des Fertigungsverfahrens, die speziell im hohen Materialaustrag und der damit verbundenen Möglichkeit zur schnellen und wirtschaftlichen Produktion von großvolumigen Komponenten liegen. Mittels eines Schneckenextruders wird dabei Granulat aufgeschmolzen und im Schichtenverfahren auf die Bauplattform aufgetragen.
Bei geeigneter Materialauswahl bietet das FGF-Verfahren enorme Potentiale für unterschiedlichste Industriezweige. Der Werkstoff Polypropylen weist durch sein breitgefächertes Eigenschaftsprofil gegenüber anderen Materialien, die im extrusionsbasierten 3D-Druck eingesetzt werden, viele Vorteile auf. So eignet sich das PP-Granulat ‚P-pellets 310‘ zur Herstellung von leichten, robusten, flexiblen, chemikalienbeständigen und somit industrietauglichen Komponenten.
Die von der PPprint GmbH spezifisch für den extrusionsbasierten 3D-Druck optimierten P-pellets 310 zeichnen sich dabei durch hervorragende Schichtenhaftung und geringen Verzug aus. Die P-pellets 310 können in allen gängigen granulatverarbeitenden 3D-Druckern, die aktuell am Markt erhältlich sind, eingesetzt werden. Um seine Kunden von der Qualität seines neusten Produktes zu überzeugen, bietet die PPprint GmbH die P-pellets 310 bereits ab einer Abnahmemenge von 1kg an. In Kombination mit der spezifisch für PP entwickelten und zum Patent angemeldeten Druckunterlage ‚P-surface 141‘, bietet die PPprint GmbH zusätzlich eine bewährte Komponente für den erfolgreichen 3D-Druck mit Polypropylen an.
Das deutsche Unternehmen PPprint ist spezialisiert auf den 3D-Druck mit Polypropylen. Vor allem für die Medizin, wo sehr viele, besonders hohe Anforderungen an Material und Objekt erfüllt sein müssen, ist Polypropylen ein hilfreiches Material. PPprint stellt deshalb aus Polypropylen passgenaue und patientenindividuelle Orthesen mit dem 3D-Drucker her, die leichter, robuster und belastbarer sind als konventionell hergestellte Orthesen.
Wichtig für den Einsatz der additiven Fertigung in der Medizin ist vor allem das richtige Material, das das medizin-spezifische Anforderungsprofil erfüllt. Für das deutsche Unternehmen PPprint aus Bayreuth ist Polypropylen ein solches Material, wie es in einer Pressemitteilung an das 3D-grenzenlos Magazin erklärt.
3D-Druck mit Polypropylen
Polypropylen ist aus dem Spritzguss bekannt und hat in den vergangenen Jahrzehnten bewiesen, dass es den Anforderungen für technische und medizinische Anwendungen entspricht. Auf dem Markt finden sich sehr viele PP-Typen, die mit den herkömmlichen 3D-Druckern genutzt werden können.
Der Werkstoff ist mit seinem ausgewogenen Eigenschaftsprofil für Anwendungen in der Orthopädietechnik geeignet. Er ist bruchfest und flexibel und kann klassischen mechanischen Belastungen für 3D-gedruckte Orthesen aus Polypropylen mühelos standhalten.
Leichter, aber belastbarer und robuster
Orthesen, die mit Polypropylen angefertigt werden, sind aufgrund der geringen Dichte des Materials leichter, aber belastbarer und robuster. Das Material kann sterilisiert werden und ist spülmaschinenfest, womit die Orthesen deutlich einfacher zu reinigen wären. Auch andere medizintechnische Bereiche profitieren von den Eigenschaften des Materials.
Die deutsche PPprint GmbH konzentriert sich in ihrer Arbeit auf den 3D-Druck mit Polypropylen. Das Unternehmen ist eine Ausgründung aus der Universität Bayreuth. Durch die langjährige Erfahrung der Mitgründer entstand ein Produktportfolio, das optimierte PP-Filamente für den Einsatz in der additiven Fertigung umfasst. Außerdem stellt PPprint auf Anfrage 3D-gedruckte PP-Produkte her.
Der 3D-Druck hält aktuell Einzug in den unterschiedlichsten Branchen. Auch in der Medizintechnik bietet die additive Fertigung aufgrund der Individualisierung enorme Potentiale. Orthesen aus Polypropylen (PP), die individuell auf Patienten zugeschnitten sind, können den Tragekomfort erhöhen und den Heilungsverlauf verbessern.
Um 3D-gedruckte Bauteile in diesen Anwendungen einsetzen zu können, muss ein geeignetes Material verwendet werden. Materialen, die den 3D-Druck in den letzten Jahren geprägt haben, weisen noch nicht das perfekte Eigenschaftsprofil auf. Anders gestaltet sich dies bei dem Werkstoff Polypropylen. Der aus dem Spritzguss bekannte Werkstoff ist einer der meist verbreitetsten der Welt und hat seine Tauglichkeit für technische und medizinische Anwendungen in den letzten Jahrzehnten unter Beweis gestellt. Mittlerweile sind unterschiedliche PP-Typen, die mit allen herkömmlichen 3D-Druckern verarbeitet werden können, kommerziell am Markt erhältlich.
Polypropylen eignet sich aufgrund seines ausgewogenen Eigenschaftsprofils hervorragend als Werkstoff für Anwendungen im Bereich der Orthopädietechnik. Die Kombination aus Bruchfestigkeit und Flexibilität führt dazu, dass klassische mechanische Belastungen für 3D-gedruckte Orthesen aus Polypropylen keine Probleme darstellen. Die geringe Dichte von PP führt zu leichteren Orthesen, die gleichzeitig belastbarer und robuster sind. Der Werkstoff ist außerdem sterilisierbar und spülmaschinenfest, woraus eine einfache Reinigbarkeit der Orthesen resultiert. Diese Vorteile von Polypropylen können auch in anderen medizintechnischen Anwendungen genutzt werden.
PPprint GmbH – Der Spezialist für den 3D-Druck mit Polypropylen
Die PPprint GmbH positioniert sich branchenübergreifend als Spezialist für den 3D-Druck von PP in der additiven Fertigung. Ein Einsatzgebiet ist hierbei die Fertigung von 3D-gedruckten Orthesen aus Polypropylen, die auf die Bedürfnisse des Patienten maßgeschneidert werden können. Das Portfolio der angebotenen Produkte umfasst für den 3D-Druck optimierte PP-Filamente, eine innovative Druckplattform für PP und spezielles Zubehör, die den 3D-Druck von Polypropylen einfach und problemlos gestalten. Das Angebotsportfolio wird mit der Fertigung von 3D-gedruckten PP-Produkten im Lohnauftrag abgerundet.
Der Orginalartikel ist auf der Online-Platform der MED engineering erschienen und unter folgendem Link erreichbar:
Die MED engineering ist die Fachzeitschrift für Konstrukteure und Entwickler von Medizingeräten für die patientennahe Diagnose und Therapie für alle medizinischen Fachbereiche, sowie für Labor- und OP-Equipment. Schwerpunktthemen sind die Medizinelektronik, Hard- und Software-Gerätekomponenten, Halbzeuge sowie Werkstoffe, die für die Geräteentwicklung aber auch für die Entwicklung von Endo- und Exoprothesen von Belang sind. Informationen aus der Messtechnik und über Software Tools und Testwerkzeuge unterstützen den Entwickler bei der täglichen Arbeit. (Quelle: med-eng.de)
+++ UPDATE: EXPERIENCE ADDITIVE MANUFACTURING 2020 entfällt +++ Original Text: Leider sind auch für uns im Jahr 2020 einige Messen ausgefallen. Aus diesem Grund freuen wir uns umso mehr, im September Teil der #experienceadditivemanufacturing in Augsburg zu sein.
Wir freuen uns schon jetzt auf deinen Besuch an unserem Messetand. Über Aktionen und weitere Neuigkeiten rund um die #EAM, werden wir euch hier und auf unseren Social Media Kanälen auf dem Laufenden halten. Stay tuned!
BAYREUTH. Polypropylen – noch nie gehört? Dabei handelt es sich um einen der meistverwendeten Kunststoffe, den die Industrie hauptsächlich im Spritzgussverfahren zur Herstellung unterschiedlichster Bauteile nutzt. Für den 3-D-Druck schien das Material aber bislang nahezu ungeeignet – bis Bayreuther Forscher doch einen Weg fanden. Sie haben mit PPprint eine Firma gegründet, die dem mittlerweile marktreifen Verfahren zum Durchbruch verhelfen soll und bereits erste Erfolge verbucht.
Vielseitiges Material
Am Anfang stand eine klassische Zwickmühle: Polypropylen (PP) ist dank seiner Eigenschaften vielseitig einsetzbar. Es ist lebensmittelecht, spülmaschinenfest, hält vergleichsweise hohe Temperaturen aus, ist sehr bruchfest und dabei trotzdem bis zu einem gewissen Grad flexibel, es lässt sich beliebig einfärben, enthält keine Weichmacher und ist vollständig recyclebar. Und trotzdem wurde es im seit einiger Zeit boomenden Segment des 3-D-Drucks bislang kaum eingesetzt – was mit einer weiteren Eigenschaft und damit dem zweiten Teil der Zwickmühle zu tun hat. Denn bei diesem Verfahren wird ein Werkstück aufgebaut, indem Schicht für Schicht aufgetragen wird. Doch die verbinden sich bei PP normalerweise schlecht. Was zudem dazu führt, dass die Bauteile im 3-D-Drucker nur mäßig auf der Druckunterlage haften oder sich das fertige Produkt nur schlecht ablösen lässt und deshalb stets die Gefahr eines Schadens besteht.
Ein Patent wurde angemeldet
Probleme, die am Lehrstuhl Makromolekulare Chemie von Prof. Hans-Werner Schmidt in dreijähriger Forschungsarbeit gelöst wurden. Und zwar in akribischer Kleinarbeit und vor allem im Rahmen einer Doktorarbeit des jungen chinesischen Wissenschaftlers Minde Jin, der 2012 aus der Region Schanghai zum Masterstudium nach Bayreuth kam und dann bei Schmidt promovierte. Natürlich wurde auch ein Patent angemeldet.Schmidt und Minde gehören ebenso zu den Gründern von PPprint wie Schmidts Sohn Sebastian, ein junger Wirtschaftsingenieur der Uni Bayreuth, sowie Christian Neuber und Dominik Walthierer, die auch als Geschäftsführer fungieren. Neuber, akademischer Oberrat am Lehrstuhl von Hans-Werner Schmidt, ist dabei für technische Entwicklung und Produktion zuständig. Walthierer kümmert sich als Betriebswirtschaftler um den Bereich Marketing und Verkaufsmanagement.
Die Uni hilft viel
Ende 2018 wurde PPprint gegründet, wobei Walthierer und Neuber ausdrücklich auf die Unterstützung durch die Uni und den unschätzbaren Vorteil des bei der Neuen Materialien GmbH angesiedelten Gründerzentrums hinweisen. „Uni-Präsident Stefan Leible ist ja sehr für Ausgründungen, die von ihm eingerichtete Stabsstelle Entrepreneurship und Innovation hat uns viel geholfen“, sagt Neuber. Und Walthierer ergänzt: „Bei der Neue Materialien GmbH haben wir nicht nur adäquate Räume gefunden, auch das hiesige Netzwerk ist unbezahlbar. Ohne das wäre ich gar nicht zu PPprint gestoßen.“
Auch die Großindustrie zählt zur Kundschaft
Von ihrem bisherigen Erfolg scheinen die Gründer selber etwas überrascht. Im Februar sind sie in die Produktion eingestiegen und bieten mittlerweile unter anderem ein Starterset für rund 100 Euro an, „mit dem man gleich loslegen kann“, sagt Neuber. Zu den Kunden gehören auch private Bastler, vor allem aber gibt es bereits großes Interesse aus der Industrie – und zwar bis nach Nordamerika oder Indien. So läuft bereits eine Lohnfertigung für den global tätigen Wasserfilterhersteller Brita, der Coburger Autozulieferer Brose und der Motorradhersteller KTM drucken bereits mit ihrem Material. Auf rund 65 ist die Zahl der aktiven Kunden in kürzester Zeit gestiegen, sagt Walthierer. Namhafte Hersteller von 3-D-Druckern, wie das global agierende US-Unternehmen Raise 3D, haben das PPprint-Verfahren bereits für ihre Geräte zugelassen oder sind dabei. Für eine Massenproduktion ist das Verfahren übrigens nicht geeignet, da ist der Spritzguss viel schneller. Es geht eher um Prototypenfertigung oder Kleinserien-Produktion im Bereich von einem bis höchstens 500 Stück. Schuheinlagen oder Prothesen etwa seien wegen der guten Verträglichkeit von PP ein interessantes Anwendungsfeld.
In Ruhe weiter aufbauen
Und welche Entwicklung trauen die Geschäftsführer dem Unternehmen zu? „Da setzen wir uns keine Grenzen“, sagt Neuber lachend, während Walthierer ergänzt: „Wir wollen trotz des großen Interesses alles in Ruhe aufbauen.“ Es sei schon eine Leistung, in kürzester Zeit eine stabile Lieferkette aufgebaut zu haben: „Alles entwickelt in Oberfranken.“ Ein weiterer Schritt werde die Entwicklung weiterer Anwendungen sein, etwa unter Verwendung von Kohlefasern zur Verstärkung.Und nicht zuletzt müsse man auf Sicht auch daran denken, Mitarbeiter einzustellen. Denn momentan machen die Gründer noch alles alleine.
Eine von PPprint entwickelte Kombination aus einem speziellen PP-Filament und einer Druckbettauflage macht extrusionsbasierten 3D-Druck von PP möglich.
Polypropylen (PP) ist einer der meistverwendeten Kunststoffe mit breitem Eigenschaftsspektrum und vielseitigen Anwendungsbereichen. PP ist lebensmittelecht, spülmaschinenfest, recycelbar, gehört zu den leichtesten Materialien und hat hervorragende mechanische und chemische Eigenschaften. Polypropylen wird in vielen Branchen eingesetzt, zum Beispiel in Automobil-, Elektro-, Haushaltsgeräte-, Verpackungs- und Lebensmittel-, Textilindustrie, aber auch in den Bereichen Architektur und Bauwesen, Kunst und Fashion, Sport und Freizeit, sowie im Gesundheitswesen.
Trotz der enormen industriellen Bedeutung von PP und seines breiten Einsatzspektrums, wird aber im extrusionsbasierten 3D-Druck bislang mit weitem Abstand am häufigsten mit Polylactid (PLA) und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) gedruckt.
Nachteile von PLA und ABS vermeiden
PLA ist biobasiert, industriell biologisch abbaubar und weist nur einen geringen Volumenschrumpf auf, so dass sich die gedruckten Bauteile wenig verziehen. Die Brüchigkeit von gedruckten Teilen aus PLA, die aufgrund der Nachkristallisation mit der Zeit noch zunimmt, ist für PPprint allerdings ein großer Nachteil.
Im Vergleich zu PLA besitzt ABS bessere thermische Eigenschaften, eine gute Witterungsbeständigkeit und eine höhere Kratzfestigkeit. Nachteilig sind vor allem die Ausgasungen beim Drucken von ABS. Beide Materialien neigen zur Wasseraufnahme, müssen daher trocken gelagert und idealerweise vor dem Drucken erneut getrocknet werden.
Vorteile von Polypropylen jetzt im 3D-Druck nutzbar
Diese sehr leichten und dünnwandigen Luftkanalsysteme aus Polypropylen wurden aus P-Filament 3D-gedruckt. Foto: PPprint
Polypropylen weist diese Nachteile nicht auf und kombiniert die Vorteile beider Materialien ideal. Trotzdem wird PP im extrusionsbasierten 3D-Druck kaum eingesetzt. Gründe hierfür waren bisher die typischerweise schlechte Verbindung zwischen den einzelnen gedruckten Schichten, die nicht ausreichende Haftung der Bauteile auf dem Druckbett während des Druckens und die nicht zerstörungsfreie Ablösung der gedruckten Bauteile.
Ein Forscherteam an der Universität Bayreuth hat sich das Lösen dieser Nachteile zum Ziel gesetzt. In mehrjährigen wissenschaftlichen und anwendungstechnischen Untersuchungen konnten Sie die genannten Nachteile beseitigen. Mit Hilfe einer kombinatorischen Vorgehensweise wurden kommerzielle PP-Produkte und eigene entwickelte PP-Materialien bezüglich ihrer idealen Druckparameter, mechanischen Festigkeit und Verzug im Bauteil untersucht. Ein besonderes Augenmerk lag dabei auf der Haftung zwischen den einzelnen Schichten. Aus diesen wissenschaftlichen Erkenntnissen konnten materialspezifische Zusammenhänge abgeleitet und die besten PP-Materialien für den extrusionsbasierten 3D-Druck identifiziert werden.
Spezielle Druckunterlage entwickelt
Ein weiterer Schwerpunkt der Forschung lag in der Entwicklung einer auf das Filament abgestimmten Druckunterlage. Mit Hilfe eines angepassten Testverfahrens konnte die Haftung der PP-Materialien unter unterschiedlichen Bedingungen systematisch untersucht werden. Auf diese Weise konnte die Haftung der 3D-gedruckten Bauteile während des Druckens und das zerstörungsfreie Ablösen nach dem Druck entscheidend optimiert werden. Auf Basis dieser technischen Fortschritte wurde ein entsprechendes Patent angemeldet und im Jahr 2018 die PPprint GmbH gegründet.
Das Ziel der PPprint GmbH ist die Etablierung und Weiterentwicklung von Polypropylen für den extrusionsbasierten 3D-Druck. Im Februar 2019 hat das Unternehmen sein erstes Polypropylen-Filament (P-Filament 721) und die innovative Druckbettauflage (P-Surface 141) auf den Markt gebracht. Geschäftsführer Dr. Christian Neuber, der für technische Entwicklung und Produktion verantwortlich ist, merkt dazu an: „Der Durchbruch ist uns gelungen, indem wir drei Herausforderungen gelöst haben. Erstens konnten wir unser P-Filament im Hinblick auf reduzierten Verzug, hohe Schichtenhaftung und sehr gute mechanische Eigenschaften optimieren. Zweitens hatten wir das Glück und das Knowhow eine ideale Druckbettauflage zu entwickeln, auf der PP-Bauteile während des Druckes optimal haften. Drittens können die Bauteile nach Fertigstellung einfach und zerstörungsfrei abgenommen werden. Eine weitere Nachbehandlung ist nicht notwendig.“
3D-Drucken mit PP genauso einfach wie mit PLA oder ABS
Der Starter-Kit von PPprint macht einen einfachen Einstieg in den 3D-Druck mit Polypropylen möglich. Foto: PPprint
Für den erfolgreichen Einstieg in das 3D-Drucken mit PP hat die PPprint GmbH einen Starter-Kit zusammengestellt, der aus einer Spule des P-Filament 721 (Filamentdurchmesser 1.75 mm oder 2.85 mm), sowie der dazu entwickelten Druckbettauflage P-Surface 141 besteht.
Im beheizten Bauraum oder auf einem beheizten Druckbett zeigt das P-Filament nach Erfahrung von PPprint nur geringen Verzug und Schrumpf und kombiniert dies mit einer extrem guten Haftung zwischen den einzelnen Schichten. Das P-Filament haftet während des 3D-Druckes optimal auf der Druckbettauflage und erlaubt so die Herstellung von vielfältigen Geometrien, ohne dass sich das Bauteil während des Drucks ablöst oder verschoben wird.
Mit P-Filament kann daher nach Überzeugung von PPprint jeder Druckerbetreiber sehr stabile, robuste und zugleich leichte und lebensmittelechte 3D gedruckte PP-Objekte und Bauteile anfertigen. Außerdem ist das P-Filament nicht wasserziehend und muss daher nicht vor dem 3D-Drucken extra getrocknet werden.
Nach Fertigstellung können die Teile bei erhöhter Druckbetttemperatur einfach und zerstörungsfrei abgenommen und sofort ohne Reinigung oder Nachbearbeitung verwendet werden. Zudem wird durch die hohe Oberflächengüte keine anschließende Oberflächenveredelung benötigt.
Objekte in beliebigen Farben herstellbar
3D-gedruckte, sehr stabile, leichte und dünnwandige Schraubflaschen aus verschieden farbigen P-Filamenten. Foto: PPprint
PP kann mit einem geringen Farbstoffanteil sehr effizient eingefärbt werden und es tritt kein Farbabrieb auf. Dies ermöglicht die Herstellung von homogen eingefärbten PP-Filamenten, mit denen beliebige farbige Objekte gedruckt werden können.
„Wir gehen damit einen großen Schritt, um PP im Bereich der additiven Fertigung zu etablieren“, sagt Dominik Walthierer, der Geschäftsführer für den Bereich Marketing und Verkaufsmanagement der PPprint GmbH.
PP ist ein bewährter und recycelbarer Werkstoff, der am Ende des Produktlebenszyklus vollständig wiederverwertet werden kann. Neben den genannten Vorzügen ist PP auch besonders bruchfest und semi-flexibel, und dadurch zum Beispiel hervorragend zum 3D-Drucken von Befestigungsclips und Verschlusskappen geeignet. Zusätzlich zeichnet sich PP durch eine gute Temperaturstabilität, einen geringen Reibungswiderstand und gute transluzente Eigenschaften aus. Aufgrund seiner geringen Dichte ist PP auch für den Leichtbau hervorragend geeignet.
Wie PPprint betont ist das P-Filament 721 in Kombination mit der Druckbettauflage P-Surface 141 nicht nur für Privatanwender und Bildungseinrichtungen zur Herstellung individueller Produkte ideal einsetzbar, sondern auch für industrielle Anwendungen im Bereich des Prototyping oder zur Fertigung von Serienprodukten mit Industrie-3D-Druckern hervorragend geeignet.
