TPU (Thermoplastisches Polyurethan) ist ein flexibles, gummiähnliches Filament für den 3D-Druck. Das Material kombiniert hohe Elastizität mit guter Abriebfestigkeit und eignet sich besonders für Bauteile, die sich biegen, dämpfen oder abdichten sollen.
Im Gegensatz zu starren Kunststoffen wie PLA oder PETG bleiben TPU-Bauteile auch unter Belastung flexibel und kehren anschließend in ihre ursprüngliche Form zurück.
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Eigenschaften von TPU
TPU gehört zu den elastischen Thermoplasten und besitzt eine Reihe technischer Eigenschaften, die es für funktionale Bauteile interessant machen:
- sehr flexibel und elastisch
- hohe Abrieb- und Verschleißfestigkeit
- gute Stoß- und Vibrationsdämpfung
- relativ hohe Reißfestigkeit
- beständig gegen viele Öle und Fette
Je nach Mischung liegt die Shore-Härte typischerweise zwischen 85A und 98A.
Shore-Härte Vergleich (Elastomere)
| Shore A | Vergleich | Gefühl | Typische Anwendungen |
|---|---|---|---|
| 60A | Gummiband | sehr weich, stark elastisch | weiche Dichtungen, Schutzpolster |
| 70A | Radiergummi | sehr flexibel | flexible Kupplungen, Dämpfer |
| 80A | Schuhsohle | weich aber stabil | Stoßdämpfer, flexible Griffe |
| 85A | Gummilager | elastisch, formstabil | Vibrationsdämpfer |
| 90A | Autoreifen (Sommer) | flexibel aber robust | technische TPU-Bauteile |
| 95A | Einkaufswagenrolle | Standard TPU im 3D-Druck | Halter, Schutzkappen, Gerätefüße |
| 98A | Smartphonehülle | nur leicht flexibel | stabile flexible Bauteile |
Die angegebene Shore-Härte bezieht sich immer auf massives Material. Bei 3D-gedruckten Bauteilen haben jedoch Innenfüllung, Wandstärke und Bauteilgeometrie großen Einfluss auf das mechanische Verhalten. Dadurch kann sich ein TPU-Bauteil aus dem 3D-Druck deutlich weicher oder nachgiebiger anfühlen als ein massives Spritzgussteil mit derselben Shore-Härte.
Einordnung der Shore-Härte für 3D-Druck mit TPU
Die meisten TPU-Filamente im FDM-Druck liegen bei:
TPU 95A
Eigenschaften:
- flexibel, aber noch gut formstabil
- zuverlässig druckbar
- gute Abriebfestigkeit
Typische Anwendungen:
- Gerätefüße
- Kabelhalter
- Stoßdämpfer
- Schutzkappen
- Gehäuse mit Stoßschutz
Die Härte flexibler Materialien wird über die Shore-A-Skala angegeben. Je niedriger der Wert, desto weicher und elastischer ist das Material.
Typische Einsatzbereiche von TPU
Durch seine gummiähnlichen Eigenschaften wird TPU häufig für funktionale und belastete Bauteile eingesetzt.
Typische Anwendungen sind:
- Dichtungen und Dämpfungselemente
- Schutzkappen und flexible Halter
- Stoßfänger und Puffer
- Schutzhüllen und flexible Gehäuse
- Rutschfeste Füße
- Schlauch- und Kabelhalter
Gerade dort, wo starre Materialien brechen würden, kann TPU seine Stärke ausspielen.
Vorteile und Grundvoraussetzungen für TPU im 3D-Druck
TPU eignet sich sehr gut für den FDM-3D-Druck, wenn Drucker und Einstellungen darauf abgestimmt sind.
Vorteile:
- flexible Bauteile ohne zusätzliche Montage
- hohe Lebensdauer bei mechanischer Belastung
- gute Haftung zwischen den Schichten
- relativ robuste Bauteile trotz Elastizität
Eine wichtige Voraussetzung für den zuverlässigen Druck von TPU ist ein FDM-3D-Drucker mit Direct-Extruder, bei dem die Fördereinheit unmittelbar vor dem Hotend sitzt.
Doch selbst mit einem Direct-Extruder lässt sich TPU nicht mit jeder Fördereinheit problemlos drucken. Entscheidend ist eine möglichst geschlossene und eng geführte Filamentstrecke zwischen Förderrädern und Düse. Ist dieser Bereich nicht ausreichend gekapselt, kann das weiche Filament seitlich ausweichen, sich aufstauen oder sich um die Antriebsräder wickeln. In diesem Fall erreicht das Filament die Düse nicht zuverlässig und der Druck bricht ab.
Eine präzise Filamentführung ist daher eine der wichtigsten Voraussetzungen, um TPU im FDM-3D-Druck stabil und reproduzierbar verarbeiten zu können.
Einschränkungen beim Einsatz von TPU
TPU ist nicht für jedes Bauteil ideal.
Zu beachten:
- geringere Formstabilität bei sehr dünnen Strukturen
- nicht so maßhaltig wie starre Materialien
- deutlich langsamerer Druckprozess
Für starre Bauteile sind Materialien wie PLA, PETG oder ASA meist besser geeignet.
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