3D-Druck mit TPE – Vom Experiment zur Praxis

3D-Druck mit TPE

Seit dem Jahr 2018 ist eine stetig wachsende Bedeutung des 3D-Drucks mit Thermoplastischen Elastomeren (TPE) zu beobachten. Was zunächst als punktuelles Interesse begann, hat sich über die Jahre zu einem eigenständigen Anwendungsfeld mit klaren technologischen Anforderungen, neuen Prozesslösungen und einer zunehmenden wissenschaftlichen Durchdringung entwickelt.

Die ersten Anfragen kamen überwiegend von Herstellern von 3D-Druck-Maschinen. Der Tenor war häufig ähnlich: “Wer liefert TPE-Filamente?” Zu diesem Zeitpunkt lag der Fokus insbesondere auf TPU-Werkstoffen mit Härten über 75 Shore A. 

Diese Materialien waren bereits als Filament verfügbar und ließen sich vergleichsweise gut verarbeiten. Entsprechend prägten sie den Start dieses Trends.  

Grenzen filamentbasierter Systeme bei weichen Materialien

Relativ schnell erkannte man, dass sich diese Erfahrungen nicht ohne Weiteres auf weichere TPE-Werkstoffe übertragen lassen. Für alle sechs TPE-Untergruppen (TPS, TPU, TPV, TPO, TPC, TPA) im Härtebereich unterhalb von 70 Shore A traten deutliche verarbeitungstechnische Herausforderungen auf. 

Förderung, Prozessstabilität und Bauteilqualität waren mit filamentbasierten Systemen nur eingeschränkt beherrschbar. In der Branche wurde intensiv nach alternativen Verarbeitungsansätzen gesucht. 

Neuer Lösungsansatz: granulatbasierter 3D-Druck

Verschiedene Maschinenherstellern begannen Projekte gemeinsam mit TPE-Materiallieferanten – das Ergebnis: Granulatbasierte 3D-Drucksysteme für TPE, welche ein breites Härtespektrum bedienen. 

Durch den direkten Einsatz von Granulat lassen sich materialtypische Eigenschaften besser kontrollieren, und auch weichere TPE-Werkstoffe, bis hin zum Supersoftbereich, können stabil verarbeitet werden. 

Diese optimierte Verarbeitungsmethode eröffnete neue Freiheiten in Sachen Materialauswahl als auch Bauteilgestaltung. 

Ein Trend entwickelt sich zum „Daily Business“

Bis heute wurden diese Herstellungssysteme kontinuierlich weiterentwickelt. Verbesserungen wirkten sich unter anderem auf die Bauteilqualität und die Prozessstabilität aus. 

Das Spektrum reicht von sehr kleinen, filigranen Strukturen bis hin zu großen Bauteilgeometrien, die in Drucksystemen mit großen Bauräumen gefertigt werden können. Parallel dazu hat sich das Verständnis für Prozessparameter, Materialverhalten und Bauteilperformance deutlich vertieft.

Anfragen zum Thema 3D-Druck mit TPE gehören mittlerweile zum Alltag. Grundsätzlich lässt sich feststellen, dass ein sehr breites Angebot verfügbar ist und die meisten TPE-Werkstoffe prinzipiell im granulatbasierten 3D-Druck verarbeitet werden können. 

Ergänzend dazu steht heute ein umfangreicher Erfahrungsschatz zu Herstellungsparametern zur Verfügung. Diese Daten und Empfehlungen ersetzen jedoch keine projektspezifischen Vorversuche. Vielmehr dienen sie als belastbare Ausgangsbasis für die gemeinsame Entwicklung mit Maschinenherstellern und TPE-Lieferanten.
 

Fokus im 3D-Druck

Die Anwendungsgebiete für TPE im 3D-Druck liegen aktuell vor allem in der Medizintechnik, im Bereich Sport und Freizeit sowie in der Robotik. Im Vordergrund stehen dabei häufig individuell gefertigte Bauteile, welche auf die nutzende Person zugeschnitten sind, sowie Komponenten mit komplexer Geometrie. Durch die gezielte Kombination von Form und Material lassen sich Funktionen direkt in das Bauteil integrieren, was mit konventionellen Fertigungsverfahren nur eingeschränkt möglich ist.

Wir bei KRAIBURG TPE haben die Erfahrung gemacht, dass spannende Impulse aus dem akademischen Umfeld kommen. Hochschulen und Universitäten weltweit beschäftigen sich intensiv mit dem 3D-Druck elastischer Werkstoffe. 

In Europa und den USA werden verschiedene Themen und Arbeitskreise von Kolleginnen und Kollegen bei KRAIBURG TPE durch Materialmuster und fachliche Beratung unterstützt. Wir arbeiten mit Studierenden, Forscherinnen und Forscher weltweit zusammen, die neue Lösungsansätze und zukünftige Anwendungsmöglichkeiten erschließen. 

Kurze Entwicklungs- und Umsetzungszeiten, vergleichsweise geringe Investitionen und hohe Freiheitsgrade in Materialauswahl und Design führen zu einer Vielzahl wissenschaftlicher Publikationen.

Ein weiterer Entwicklungsschritt zeichnet sich durch den Einsatz KI-gestützter Bilderkennung und Bildverarbeitung ab. Diese Technologien eröffnen perspektivisch neue Möglichkeiten, etwa bei der automatisierten Bauteilbewertung, der Prozessüberwachung oder der individualisierten Anpassung von Geometrien auf Basis digitaler Daten.

Fazit

Die Entwicklung des 3D-Drucks mit TPE ist damit kein kurzfristiger Trend, sondern ein dynamisches Technologiefeld, das weiterhin von interdisziplinärer Zusammenarbeit geprägt sein wird. Der fachliche Austausch zu material- und prozessbezogenen Fragestellungen bleibt ein zentraler Baustein, um das vorhandene Potenzial dieser Fertigungstechnologie weiter zu erschließen.

Welche Erfahrungen haben Sie bereits mit 3D-Druck gemacht? Wir freuen uns auf den Austausch mit Ihnen.