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Physikalische Eigenschaften von PTFE aus dem 3D-Drucker

Physikalische Eigenschaften von PTFE aus dem 3D-Drucker

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  • Eigenschaften der fertigen Bauteile

    Die physikalischen Eigenschaften von PTFE-Bauteilen aus dem 3D-Drucker sind vergleichbar mit denen von konventionell gefertigten Teilen. Unsere Materialformulierung und Nachbearbeitungsschritte sind optimiert, um Bauteile zu fertigen, die Ihre strengsten Anforderungen erfüllen. Lesen Sie weiter, um mehr über die Eigenschaften von 3D-gedruckten PTFE-Bauteilen im Vergleich zu CNC-bearbeiteten Komponenten zu erfahren.

    Dichte

    Die Dichte ist eine wichtige Eigenschaft von PTFE. Dichtewerte lassen Rückschlüsse auf die Verarbeitungsbedingungen wie die Abkühlgeschwindigkeit nach dem Sintern zu. Auch bestimmte Eigenschaften wie die Biegewechselfestigkeit oder die Permeabilität können bewertet werden. All dies trägt zur Qualität eines PTFE-Bauteils bei.

    3M hat verschiedene PTFE-Bauteile mit einer Dicke von bis zu 1,4 mm gedruckt, um zu ermitteln, wie sich der 3D-Druck auf die Dichte der Bauteile auswirkt.  Die Testergebnisse für die gefertigten Musterteile zeigten Dichtewerte von 2,12 bis 2,17 g/cm³, was innerhalb des typischen Bereichs für konventionell bearbeitetes Material liegt.  Die Teile wurden auch mithilfe eines Rasterelektronenmikroskops bewertet und mit ähnlichen maschinell bearbeiteten Teilen verglichen. Wie Sie an den Querschnitten erkennen, sind die Ergebnisse für gedruckte und maschinell bearbeitete Teile ähnlich.

  • Dichtebereich von PTFE-Bauteilen von 2,12 bis 2,19 g/cm³

    Dichtebereich von mit herkömmlichen Technologien gefertigten PTFE-Bauteilen

    * Die Dichtemessungen wurden mit dem Verdrängungsverfahren gemäß ASTM D792-13 durchgeführt.


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  • Querschnitt eines 3D-gedruckten PTFE-Bauteils (kryo-gebrochen).

    Querschnitt eines 3D-gedruckten PTFE-Bauteils (kryo-gebrochen).

  • Querschnitt eines maschinell gefertigten PTFE-Bauteils (kryo-gebrochen).

    Querschnitt eines maschinell gefertigten PTFE-Bauteils (kryo-gebrochen).

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  • Messungen bei den Dehnungsversuchen basieren auf der Probe eines Hundeknochens
    Messungen bei den Dehnungsversuchen basieren auf der Probe eines Hundeknochens.
    * Gestanzt aus einer horizontalen 3D-gedruckten PTFE-Platte (ASTM D1708).

    Mechanische Festigkeit

    • Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften ist PTFE nicht schmelzformbar. Daher wird es nicht spritzgegossen oder extrudiert. Ein wichtiger Schritt, um mechanische Festigkeit im fertigen Teil zu erzielen, ist die Verschmelzung der PTFE-Partikel. Dies wird bei herkömmlichen Verarbeitungsverfahren durch Formpressen oder Sintern erreicht.
    • Obwohl unser 3D-Druckverfahren nicht dazu gedacht ist, die bestehende PTFE-Verarbeitungstechnologie exakt nachzubilden, erreicht es doch eine ähnliche Verschmelzung der PTFE-Partikel. Die Testergebnisse zeigen, dass dieses Verfahren Teile mit mechanischer Festigkeit erzeugt, die sich für zahlreiche Anwendungen eignen. Zugfestigkeit und Bruchdehnung sind die beiden Eigenschaften, die für die mechanische Festigkeit eines Materials ausschlaggebend sind. Sie werden oft bei einer ersten Prüfung für bestimmte Anwendungen ermittelt. Zum Testen dieser Werte wurde ein PTFE-Bauteil mit 3D-Druck gefertigt, um eine gesinterte, gestanzte Probe nachzubilden. Das Teil wurde auf seinen Flächenaufbau untersucht (parallel zu den gedruckten Schichten). Die ermittelten Durchschnittswerte ergaben 23 MPa Zugfestigkeit und 240 % Bruchdehnung. *
    • Für einige Materialien, wie z. B. PTFE, lässt sich die Dehngrenze nicht so leicht definieren, da keine eindeutige Dehngrenze im Verlauf der Spannungs-Dehnungs-Kurve zu sehen ist. In diesen Fällen wird ein Näherungswert, die so genannte „Streckgrenze“, bestimmt. Bei PTFE wird oft die Dehnung herangezogen, bei der 10 % bleibende Verformung auftritt.
    • Die Abbildung unten zeigt einen Vergleich zwischen der durchschnittlichen Streckgrenze von 3D-gedruckten PTFE-Probekörpern und einem PTFE-Probekörper, der mit herkömmlichen Verarbeitungsverfahren gefertigt wurde. Das Bauteil aus dem 3D-Drucker wurde auf seinen Flächenaufbau untersucht (Richtung parallel zu den gedruckten Schichten).
    • Die Tests ergaben, dass die Proben aus dem 3D-Drucker eine ähnliche Leistung in Richtung parallel zu den gedruckten Schichten zeigten wie die herkömmlich gefertigten Proben. Dies deutet darauf hin, dass der 3D-Druck von PTFE-Bauteilen eine tragfähige Option für viele spezialisierte Anwendungen ist.
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Die Kurve zeigt, dass bei 10 % Offset die Dehngrenze gedruckter PTFE-Teile 8 bis 12 MPa beträgt und die von PTFE-Schälfolien 10 bis 12 MPa
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  • Zugprobe gemäß ASTM D1708 (Dicke: 1,5 mm) getestet bei einer Dehnung von 12,7 mm pro Minute bei Raumtemperatur.

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  • Auflösung der Bauteile

    Das einzigartige 3D-Druckverfahren von 3M für PTFE basiert auf der Bad-Polymerisationstechnologie, die eine hohe dimensionale Auflösung bietet. Dies ermöglicht die Herausbildung feiner Strukturen (z. B. Wandstärken von 0,2 mm) in der Auflösung der Bauteile für einfache, symmetrische Geometrien. Wenn Ihr Bauteil einen hohen Detaillierungsgrad oder miniaturisierte Strukturen erfordert, eignet es sich möglicherweise hervorragend für den 3D-Druck.

    Laden Sie unsere Design-Richtlinien (engl., PDF, 271 KB) herunter.

  • Zahnrad
    Sicht auf ein kleines gedrucktes PTFE-Zahnrad, das in den Laboren von 3M hergestellt wurde.

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