Drucken mit TPU

TPU-Filament, ein thermoplastisches Polyurethan, besticht durch seine Flexibilität und Elastizität und wird häufig in der 3D-Druckbranche eingesetzt. Seine hervorragende Dehnbarkeit, hohe Langlebigkeit und ausgezeichnete Stoßdämpfungseigenschaften machen es ideal für die Herstellung von Objekten, die sowohl biegsam als auch robust sein müssen. Zu solchen Produkten zählen unter anderem Smartphone-Hüllen, Schuhsohlen, medizinische Geräte und diverse Arten von Dichtungen.

Vorteile von TPU Filament

• Weich, flexibel und Schwingungsdämpfend
• Gute Reiß- und Abriebfestigkeit
• Lange Haltbarkeit und sehr widerstandsfähig
• Sehr gute Beständigkeit gegen Fette und Öle
• Gute Druckbetthaftung aufgrund seiner gummiartigkeit
• Wenig Warping“dank seiner angeborenen Flexibilität

Nachteile von TPU Filament

• Neigt zu Stringing (Fäden ziehen)
• Geringe Druckgeschwindigkeit
• Bowden-Extrudern können Probleme mit dem Filamanttransport zu weicher Filamente haben
• Brücken sind schwierig zu drucken
• Teurer als Standardfilamente wie PLA oder PETG
• Filament sehr hygroskopisch, nimmt leicht Feuchtigkeit auf (jedoch weniger als Nylon)
• Kaum Nachbearbeitungsmöglichkeiten
• Geringe Farbauswahl

Warum TPU langsam drucken?

Das flexible TPU-Filament reagiert empfindlich auf hohe Druckgeschwindigkeiten, was zu verstopften Düsen und unsauberen Druckergebnissen führen kann. Um qualitativ hochwertige TPU-Bauteile zu drucken, sollten niedrige Druckgeschwindigkeiten zwischen 20 mm/s und 50 mm/s gewählt werden, je nach den Angaben des Herstellers in den Datenblättern. Die erste Schicht sollte langsam gedruckt werden, um eine optimale Betthaftung zu gewährleisten. Je höher die Druckgeschwindigkeit, desto mehr Wärme wird benötigt, um das Material ausreichend zu schmelzen. Wenn TPU mit zu hoher Geschwindigkeit durch das Bowdenrohr bewegt wird, kann das flexible Filament hängen bleiben und Verstopfungen verursachen. Die empfohlene Druckgeschwindigkeit für Drucker mit Bowden-Extruder liegt bei 25 mm/s. Auch bei Druckern mit Direkt-Extruder kann es bei zu hohen Geschwindigkeiten zu Problemen kommen. Oft verstopft die Druckdüse bei suboptimalen Retraktions-Einstellungen. Es ist ratsam, mit etwa 50 % der für das jeweilige TPU-Filament empfohlenen Durchschnittsgeschwindigkeit zu drucken, um qualitativ hochwertige Ausdrucke zu gewährleisten.

Welche Kühlung beim Druck mit TPU-Filament?

Hersteller von TPU-Filament empfehlen häufig eine Kühlung im Bereich von 0-30%. Während des Druckvorgangs sollte der Lüfter möglichst nicht genutzt werden, oder, um Stringing zu minimieren, nur auf niedriger Stufe betrieben werden. Auch bei Überhängen und Brücken kann eine leichte Kühlung die Druckqualität verbessern.

TPU und die Druckbetttemperatur

Generell ist beim Drucken mit TPU-Filament kein beheiztes Druckbett notwendig. Bei bestimmten Druckplatten kann es jedoch die Haftung auf dem Druckbett verbessern.

Retraktion bei TPU-Filamenten

Der Filament-Rückzug (auch Retraktion genannt) ist ein Mechanismus in 3D-Druckern, der das Filament zurück in den Extruder zieht, um zu verhindern, dass geschmolzenes Filament unkontrolliert austritt. Diese Funktion ist besonders nützlich bei starren Filamenten wie PLA und ABS. Bei TPU-Filamenten kann das Zurückziehen jedoch zu Verstopfungen führen. Daher wird empfohlen, den Rückzug zu deaktivieren, um eine Dehnung und Stauchung des flexiblen Filaments in der Düse und im Bowdenschlauch zu vermeiden.

TPU-Filament neigt dazu, bei schnellen Retraktionsbewegungen Schwierigkeiten zu bereiten, was häufig zu einer Verstopfung der Düse führt. Daher wird empfohlen, die Retraktionsfunktion zu deaktivieren, um das Dehnen und Zusammendrücken des flexiblen Filaments in der Düse zu reduzieren.

Falls nach dem ersten Druckversuch Fadenbildung auftritt, könnte eine Verringerung der Retraktionsgeschwindigkeit auf 10-20 mm/s sowie eine Anpassung des Retraktionsweges auf 0,5 mm bis 1,5 mm helfen, Druckprobleme zu beheben. Eine weitere Möglichkeit, das Nachfließen von geschmolzenem Material zu verhindern, ist die Nutzung der Coasting-Funktion. Diese senkt den Druck in der Düse und verhindert dadurch unerwünschtes Austreten von Material.

Schichthöhe (Layer) beim Drucken mit TPU

Die Schichthöhe ist beim Drucken mit TPU-Filament von entscheidender Bedeutung. Sie beeinflusst sowohl die Druckqualität als auch die Druckgeschwindigkeit erheblich. Eine größere Schichthöhe erfordert eine höhere Drucktemperatur, da mehr Material aufgeschmolzen und extrudiert werden muss. Die empfohlene Schichthöhe liegt zwischen 0,1 mm und 0,2 mm. Höhere Schichthöhen erhöhen das Risiko von Verstopfungen aufgrund von Überdruck in der Düse.

Der Flussfaktor beim Druck mit TPU-Filamenten

Der Extrusionsmultiplikator ist ein entscheidendes Werkzeug, um den Filamentfluss beim 3D-Druck mit TPU-Filamenten zu optimieren. TPU-Filamente sind flexibel, jedoch auch etwas zähflüssiger als andere Filamente. Dies kann zu Problemen führen, da nicht genügend Material extrudiert wird, um die Schichten und Ränder korrekt zu verbinden. Eine wirksame Lösung besteht darin, den Extrusionsmultiplikator im (Cura) Slicer geringfügig um 5 bis 10 Prozent (1,05 bis 1,10) zu erhöhen. Durch diesen erhöhten Filamentfluss wird eine bessere Verbindung der Schichten gewährleistet. Es empfiehlt sich, zunächst mit kleinen Anpassungswerten zu beginnen und diese schrittweise zu erhöhen, bis das optimale Ergebnis erzielt wird.

Flexibilität des TPU beeinflussen – Veränderung der Schichten/ Layer

Üblicherweise wird zur Anpassung der inneren Struktur die Fülldichte herangezogen. Allerdings hat diese Methode ihre Grenzen – eine zu geringe Fülldichte kann die Stabilität des Drucks beeinträchtigen. Eine oft bessere Alternative ist die Modifikation der oberen und unteren Schichten. Vertikale Wände reduzieren die Flexibilität entlang der vertikalen Achse, während Decken- und Bodenwände die Flexibilität entlang der horizontalen Achse einschränken. Entfernt man die Ober- und Unterseite eines Zylinders und setzt die Schichtdicke auf 0,0 mm, erhält man einen Zylinder mit sichtbarem Füllmuster, der sich in der horizontalen Achse deutlich stärker verformen lässt.

Ober- und Unterseite im Slicer entfernen? Setzen Sie die Werte für die oberen und unteren Schichten (Top/Bottom Layer) auf 0,0 mm. Um diese Einstellungen vornehmen zu können, müssen Sie sie im Menü „Einstellungen“ aktivieren.

Falls eine hohe Flexibilität in allen Dimensionen gewünscht wird, sollten sämtliche Wände (sowohl die vertikalen als auch die oberen und unteren) deaktiviert werden. Ein auf diese Weise mit TPU gedrucktes Objekt erhält eine schwammartige Struktur.

Füllmuster ändern

Der Slicer fügt standardmäßig ein zweidimensionales Gittermuster zur Erhöhung der Stabilität ein. Es stehen jedoch verschiedene Füllmuster zur Auswahl. Diese unterscheiden sich in zweidimensionale und dreidimensionale Varianten. Welches Füllmuster Sie wählen sollten, hängt davon ab, in welcher Achse (Ausrichtung) die größte Flexibilität erforderlich ist. Das Gyroid-Füllmuster bietet eine ausgewogene Flexibilität auf allen Achsen.

Druckbetthaftung bei TPU-Filament – Klebehilfen nicht nötig

Die Haftung von TPU-Filament auf dem Druckbett ist ausgezeichnet, manchmal sogar zu gut. Nach dem Abkühlen müssen die gedruckten Teile vorsichtig mit einer scharfen Klinge von der magnetischen PEI-Druckplatte gelöst werden.

TPU-Filament trocken lagern: Warum ist das Trocknen von TPU wichtig?

TPU-Filament zieht aufgrund seiner hygroskopischen Eigenschaften Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft an. Dieser Prozess beginnt bereits unmittelbar nach dem Öffnen der Verpackung und kann beim 3D-Druck zu Problemen führen. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, das TPU-Material vor dem Einsatz im Drucker gründlich zu trocknen.

So einfach trocknest du TPU:

• Stelle deinen Trockner oder Backofen auf 40-45°C ein.
• Lege das Filament in den Trockner, auf ein Backblech oder in den Filamentrockner.
• Lasse TPU für mindestens 5 Stunden trocknen.

Darum ist das Trocknen wichtig:

• Verbesserte Druckqualität: Durch das Entfernen von Feuchtigkeit wird die Druckqualität deutlich gesteigert.
• Das Drucken mit feuchtem TPU kann zu Verstopfungen der Düse und anderen Problemen führen.
• Durch die Trocknung wird das Filament vor dem Verfall geschützt und hält länger.

Mit diesen Tipps sorgst du dafür, dass dein TPU-Filament immer trocken, einsatzbereit ist und möglichst gute Druckergebnisse liefert.

Bei welcher relativen Luftfeuchte TPU Filament lagern?

Je trockener, desto besser. Die eigentliche Frage lautet: „Wie kann ich mein Filament optimal trocken lagern?“.

Wie bekomme ich TPU-Filament trocken?

Um die Feuchtigkeit aus TPU-Filamenten zu entfernen, nutze ich die Filamenttrockner von SUNLU. Diese erleichtern den Prozess und ersparen umständliche Verfahren.

Das getrocknete Filament wird in einer Aufbewahrungsbox von IKEA gelagert. Im Inneren finden zwei normale Filamentrollen Platz. Die Behälter „IKEA 365+“ (Vorratsbehälter mit Deckel, rechteckig, 10,6 l) verfügen über sechs statt nur vier Verschlüsse, was für einen festen und luftdichten Sitz des Deckels sorgt. In die Box wird ein kleines Thermometer mit Hygrometer sowie eine Handvoll Silicagel-Trockenbeutel gelegt. Innerhalb von weniger als 4 Stunden sinkt die relative Luftfeuchtigkeit von 43 Prozent auf 14 Prozent. Die Preise der IKEA 365+ Box inklusive Deckel und zuzüglich Versandkosten liegen bei etwa 10 Euro.

Warum TPU Filament nicht mit kleiner (0.2mm) Düse drucken?

TPU kann sehr weich sein, was dazu führen kann, dass es nicht zuverlässig durch einen engen Schlauch oder eine kleine Düse gezogen oder extrudiert werden kann.

Welche TPU-Filamente eignen sich nicht für einen Bowden-Extruder?

TPU-Filamente mit einer Härte von über 90 Shore können mit einem Bowden-Extruder verarbeitet werden, sofern die entsprechenden Druckeinstellungen gewählt werden. Weichere TPU-Filamente hingegen sollten mit einem Direkt-Drive-Extruder gedruckt werden.

Was ist beim Druck mit TPU-Filament zu beachten?

Optimale Haftung durch hohe Temperaturen: TPU-Filament benötigt beim Drucken Temperaturen im Bereich von 210 bis 250°C. Je höher die Temperatur des Filaments, desto besser ist die Schichtadhäsion, was insbesondere für technische Bauteile von großer Bedeutung ist.

Übermäßige Hitze verursacht Fehler: Achten Sie daher auf die richtige Temperatur. Eine zu hohe Hitze kann Probleme verursachen und unerwünschte Fäden an den Druckteilen hinterlassen.

Tipp: Überwachen Sie den Druck sorgfältig und justieren Sie die Temperatur bei Bedarf, um bestmögliche Ergebnisse zu erreichen.

TPU Filament und die UV-Strahlung

TPU weist eine gute UV-Beständigkeit auf. Es kann aber passieren, dass die Farben mit der Zeit verblassen. Auf mechanischen Eigenschaften haben die UV-Strahlen aber nur bedingt Einfluss.

Nachbearbeitung von gedruckten Bauteilen aus TPU

Mit TPU-Filament gedruckte Bauteile lassen sich aufgrund ihrer gummiartigen Flexibilität nur eingeschränkt nachbearbeiten. Das Schleifen oder Polieren von TPU-Objekten erweist sich als schwierig. Auch spanende Verfahren wie Fräsen und Drehen sind problematisch. Das Bohren ist abhängig von der Shore-Härte jedoch möglich. Das Bemalen und Kleben von Druckerzeugnissen aus TPU-Filament stellt hingegen kein größeres Problem dar.

Entstehen beim Druck mit TPU giftige Dämpfe, Gase?

TPU Filament selbst ist nicht giftig, aber es gibt einige Punkte zu beachten:

• Weichmacher: TPU enthält Weichmacher, die in geringen Mengen verwendet werden und nicht gesundheitsgefährdend sind. Dennoch sollten Sie Vorsicht walten lassen:
• Gut belüfteter Druckraum: Sorgen Sie für ausreichend Frischluft, um die Dämpfe der Weichmacher abzuführen.
• Hautkontakt vermeiden: Tragen Sie Handschuhe, wenn Sie mit TPU Filament arbeiten.
• Kinder und Haustiere fernhalten: Lassen Sie Kinder und Haustiere nicht in den Druckraum, während der Drucker läuft.

Ist TPU-Filament lebensmittelecht?

TPU-Filament ist in der Regel nicht für den Kontakt mit Lebensmitteln zugelassen. Für Anwendungen, die Lebensmittelechtheit erfordern, sollten andere Filamenttypen wie PETG und PLA bevorzugt werden, da diese die entsprechenden Anforderungen besser erfüllen. TPU enthält Weichmacher und andere Additive, die in geringen Mengen aus dem Filament austreten können, was zur Verunreinigung von Lebensmitteln führt. Dies stellt ein Gesundheitsrisiko dar, wenn diese Stoffe in den menschlichen Körper gelangen. Lebensmittelechte Alternativen sind Druckerzeugnisse aus PETG und PLA. PETG-Filament eignet sich besonders gut für den Lebensmittelkontakt und kann beispielsweise für den Druck von Bechern oder Besteck verwendet werden. PLA-Filament ist ebenfalls lebensmittelecht, allerdings aufgrund seiner Temperaturabhängigkeit eher für kalte Speisen und Getränke geeignet.