Ultem - König der Lüfte
Was sind die Eigenschaften von Ultem und wofür wird es eingesetzt
Ultem ist ein Alleskönner im FDM 3D-Druck. Besonders häufig wird Ultem in der Fahr- und Flugzeugbau-Industrie verwendet, da das Material flammhemmend ist und eine niedrige Rauchgasentwicklung hat. Aus diesem Grund hat Ultem als erstes 3D-Druckmaterial die Luftfahrtzulassung und UL94V0 erreicht und erfüllt die FST-Sicherheitsstandards.
Ultem für die Luftfahrt
Am häufigsten wird Ultem im Innenbereich von Flugzeugen verwendet. Die Zugfestigkeit und chemische Beständigkeit sind höher als bei allen anderen FDM-Materialien. Die Filamente sind bis zum Rohmaterial zurück verfolgbar und erfüllen somit die Vorgaben für Luftfahrtmaterialien.
Membrane
Dank der hohen mechanischen Belastbarkeit kommt Ultem auch bei der Herstellung von Membranen für Hochtonlautsprecher und als Werkstoff für fortgeschrittenen Werkzeugbau- und Prototypen zum Einsatz.
Medizin- und Verpackungsindustrie
Als einziges FDM-Material besitzt Ultem zudem die NSF51 Lebensmittelkontakt-Zertifizierung.
Es ist biokompatibel nach ISO 10993 / USP Class VI und im Autoklav sterilisierbar, was es für die Anwendung in der Medizin und Verpackungsindustrie perfekt macht.
15 Werktage
Die angegebene Lieferzeit entspricht dem Standard für Einzelteile. Je nach Produktionsauslastung, Stückzahl und Grösse des Bauteils können andere Lieferzeiten gelten. Die aktuellen Lieferzeiten kommunizieren wir Ihnen aber vor Auftragsstart.
Vorgaben für Ultem 3D-Druck
Mindestwandstärke: 1 mm
Kleinstes Detail: 0.4 mm
Maximale Druckgrösse:
330 x 180 x 180 mm
Genauigkeit: 0.2% min ±0.3 mm
Schnelldruck mit Ultem 3D-Druck
Leider bieten wir bei Ultem kein Priority- oder Expressdruck an
Vor- und Nachteile von Ultem 3D-Druck
- Fire Protection of Railway Vehicles compliant with EN45545-2, R2 Certified, H1/H2/H3
- UL94V0 und erfüllt die FST-Sicherheitsstandards
- ISO 10993/USP Class VI und im Autoklav sterilisierbar
- Extrem hitzebeständig
- Höchste Zugfestigkeit im FDM-3D-Druck
- Biokompatibel
- Extrem hohe chemische Beständigkeit
- Niedrige Wärmeausdehnung
- Geringe Auflösung durch FDM Technologie
- Hohe Verarbeitungstemperatur, dadurch Verzugsgefahr
Anwendungsbeispiele für Ultem 3D-Druck
- Leichtbau
- Verkleidungsbauteile
- Vorrichtungen und Hilfswerkzeuge
- Applikationen in der Luft- und Raumfahrt, Automobil- und Rüstungsindustrie
- Herstellung massgefertigter Produktionswerkzeuge für Lebensmittel
- Werkzeuge für die Fertigung von Metall-, Kunststoff- oder Verbundteilen
- Medizinische Geräte und Instrumente wie z.B. Bohrschablonen, die einer Dampfsterilisation standhalten müssen
- Vorrichtungen und Behälter für die Nahrungsmittelproduktion
Beispiel-Bauteile Ultem 3D-Druck
Was ist das FDM 3D-Druck Verfahren?
«Fused Deposition Modeling», abgekürzt FDM bedeutet frei übersetzt: geschmolzener Schichtaufbau. FDM ist eine der ältesten und einfachsten 3D-Druck Technologien. FDM-Bauteile zeichnen sich durch einen ausgeprägten Schichtaufbau (Engl. layer) aus. «Fused Deposition Modeling» ist ein eingetragener Markenname der sich im Markt etabliert hat, ein neutralerer Begriff für dieselbe Technologie ist das FFF «Fused Filament Fabrication».
Zug- und Bruchfestigkeit
Die Schichten des Druckteils sind von Auge sichtbar und die Festigkeit in Aufbaurichtung wird durch die Haftung der Schichten aufeinander bestimmt. Die Festigkeit verringert sich deshalb auch in Aufbaurichtung. Denn die untere Schicht ist bereits vollständig erhärtet, während die nächste gedruckt wird. Darum schmilzt sie nur bedingt an den letzten Layer an. Das führt dazu, dass die Zug- und Bruchfestigkeit des Bauteils in Aufbaurichtung nur etwa 40 % der Zugfestigkeit des Bauteils in x/y- Richtung entspricht. Da Flächen aus nebeneinandergelegten Materialbahnen bestehen, ist ebenso eine Verminderung der Zugfestigkeit gegeben. Deshalb haben FDM-Bauteile nur etwa 70 % der Zugfestigkeit des eigentlichen genutzten Kunststoffmaterials.
Infill mit Wabenstrukturen
Mit FDM 3D-Druck ist es möglich, einen geschlossenen Hohlraum zu fertigen. FDM-Bauteile werden meist nicht als Vollmaterial-Modelle gefertigt, sondern mit einem sogenannten «Infill» von 20-30 % des Volumens. Im Inneren bestehen die Bauteile dann aus wabenförmigen Strukturen.
Echte Materialien beim FDM 3D-Druck Verfahren
Zudem werden alle Materialien «unverfälscht» durch Schmelzen aufgebracht, was die direkte Anwendung bekannter technischer Materialien ermöglicht. Die meisten thermoplastischen Materialien eignen sich zum FDM Druck, somit kann man die grosse Vielzahl der Spritzgussmaterialien ebenfalls für den 3D-Druck verwenden. Andere 3D-Druckverfahren nutzen oft «verwandte» Materialien, die ähnliche oder annähernde Eigenschaften haben, wie das gewünschte Material.
Wie funktioniert der FDM 3D-Druck?
Das 3D-Modell eines Bauteils wird in eine «Slicing Software» geladen. In diesem Programm wird der Maschinencode erzeugt. Dafür wird das Bauteil in Schichten von 0.1-0.3 mm zerlegt. Der Verfahrweg des Druckkopfes wird nun automatisiert geschrieben. Dabei «zeichnet» der Druckkopf die Aussenkontur des Bauteils und füllt die Stellen aus, die solide sein sollen. Die Software erzeugt eine Datei, die den Fahrweg des Druckkopfes sowie weitere Informationen, wie zum Beispiel die benötigte Schmelztemperatur des Materials, beinhaltet. Der fertige Code wird an den 3D-Drucker gesendet.
Filament
Als Druckmaterial wird ein Kunststoffdraht durch einen Vorschub in den Druckkopf gepresst. Der Kunststoffdraht, auch Filament genannt, wird auf die eingestellte Schmelztemperatur erhitzt, damit er zähflüssig wird. Diese genaue Temperatureinstellung sorgt dafür, dass das aufgetragene Material nicht wegfliesst und bereits nach wenigen Sekunden nach dem Auftragen aushärtet. Die zähflüssige Masse wird durch das nachrückende Material aus dem Druckkopf gepresst. Dieser Vorgang ist genau auf die Bewegung des Druckkopfes kalibriert, sodass dieser eine gleichmässige Materiallinie auslegt. Das wird so lange ausgeführt, bis die Schicht fertig ist. Danach fährt der Druckkopf um die eingestellte Schichtstärke nach oben und repetiert den Vorgang mit den Daten der nächsten Schicht. Dadurch entsteht die für den 3D-Druck typische Schichtbauweise.
Schrägen, Treppen und Stützen
Sind Schrägen am Bauteil vorgesehen, sehen sie an der Oberfläche aus, wie Treppenstufen. Je flacher der Winkel von der xy-Ebene abweicht, desto sichtbarer und länger sind die Treppenstufen. Aufgrund der waagrechten Ablegung der Schichten ist ein Überhang von mehr als 45° nur mit Stützmaterial druckbar. Die Stützen werden von der «Slicing Software» gleich mitprogrammiert und gefertigt, sodass ein Untergrund für die Layer entsteht. Komplexe Formen zu drucken ist dank wasserlöslichen Materialien, für den Druck der Stützbauten, möglich. Die Stützen werden nach dem Druck einfach in einem Wasserbad ausgespült.
Verfügbare Farben
- Biege
Verfügbare Nachbearbeitungen
Lackieren
Fast alle Materialien lassen sich lackieren. Dabei bieten wir verschiedene Finishing-Stufen an:
- Spray Paint Farbe direkt auf dem Bauteil ohne Vorbehandlung. Baustufen weiterhin sichtbar
- Grundiert Geschliffen und gespachtelt, glatte Oberfläche mit Grundierung zum Lackieren
- High Gloss (Industriequalität) glatte Hochglanzoberfläche, spiegelnd
- Mattlack (Industriequalität) glatte Mattlackoberfläche
- Softtouch Besonders weiches Gefühl in der Haptik, Bauteil glatt und ohne Baustufen, matt und lichtschluckend
- Abschirmlack (EMV) elektromagnetisch abschirmender Lack, Baustufen nicht sichtbar, glatt
- Strukturlackierung Lack mit eingebrachter Oberflächenstruktur z.B. Hammerlack, Baustufen nicht sichtbar
Ob sich ein Bauteil zur Lackierung eignet, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Wir können auch hochkomplexe Modelle und organische Formen lackieren. Für die hochqualitative Lackierungen müssen die Bauteile vorher geschliffen werden. Das heisst, das Bauteil muss von Hand schleifbar sein.
Tipp: Alle Öffnungen, in die man nicht mindestens einen Daumen hineinbekommt, können wir nicht schleifen und nicht lackieren.
Gerade bei 3D Druck Bauteilen ist die Vorbereitung der Oberfläche für die Lackierung besonders wichtig. Die stark sichtbaren Stufen müssen für Hochglanzlackierungen und andere glatte «finishes» zuerst geschliffen, dann mit Spachtelmasse und Flüssigfüller geglättet und zuletzt mit mehreren Farbschichten auf die Endoberfläche und Farbe veredelt werden. Bei Hochglanzlackierungen wird am Ende eine Klarlackschicht aufgetragen und poliert. Um eine abriebfeste und dauerhafte Lackierung zu gewährleisten, ist die Bindung der Lackschichten an das Material ausschlaggebend.
Fügen und Kleben
Modelle, die für unsere Baugrössen zu gross sind, fügen und kleben wir für Sie gerne zusammen. Das Bauteil wird dazu puzzleartig geschnitten und mit Zweikomponenten-Kleber dauerhaft und zuverlässig zusammengeklebt. Grosse Bauteile oder montierte Baugruppen können auf diese Weise mit kleinem Aufwand hergestellt werden.
Die Klebestellen bleiben dabei deutlich sichtbar. Wir empfehlen daher, falls die Optik eine Rolle spielt, dies mit einer Lackierung zu kombinieren um die Klebestellen zu überdecken.
Polieren (Gleitschleifen)
Das Bauteil wird in eine Trommel mit kleinen Steinen gegeben, diese verdichten die Oberfläche durch die Vibration der Trommel, bis das Bauteil glatt ist. Die Oberfläche bleibt dabei optisch bis zu einem gewissen Grad erhalten (granular bei SLS, Baustufen bei FDM), fühlt sich aber glatt an.
Was bei polierten Modellen zu beachten ist:
- Bauteile benötigen ein Mindestabmass von 9 x 9 x 9 mm
- Nur Aussenseite des Models kann poliert werden
- Polieren (Gleitschleifen) trägt ca. 0,1 mm des Materials vom Bauteil ab, was bei der Auslegung des Bauteils beachtet werden sollte
- Kanten runden durch diese Art der Politur leicht ab
- Kleine Details können bei der Politur verschwinden
- Dieser benötigt zwei extra Werktage zur angezeigten Lieferzeit
- Nach dem Polieren werden weisse Teile etwas dunkler
Mechanische Nachbearbeitung
Das Material ist das richtige aber die Toleranzen reichen nicht? Benötigen Sie eingeschnittene Gewinde oder eingesetzte Gewindebuchsen? Wir bearbeiten Ihr Bauteil mechanisch auf Fertigmass und fügen für Sie Gewindebuchsen und Einsätze nach Ihren Vorgaben ein. Die mechanische Nacharbeit kann nicht automatisiert berechnet werden.
Richten Sie Ihre Preisanfrage via Kontaktformular an uns.
Schleifen und Sandstrahlen
Gesandstrahlte Bauteile weisen eine leicht raue aber sehr ebenmässige Oberfläche auf. Alle Teile werden dabei von Hand geschliffen, um die Baustufen zu entfernen. Anschliessend werden sie gesandstrahlt.
Was zu beachten ist:
- Mindestabmasse von 10 x 10 x 10 mm
- Nur von Hand zugängliche Bereiche können geschliffen werden
- Die Nachbearbeitung wird an allen Flächen etwa 0,2 mm Material wegnehmen – extra Wandstärke einplanen
- Kleine Details können während dieses Prozesses verschwinden
- Der Service benötigt zwei extra Werktage zur Lieferzeit
Allgemeine Eigenschaften
| Eigenschaft | Testmethode | Wert |
| Dichte | ASTM D792 | 1.34 |
| Schmelzpunkt | N/A | N/A |
| Lichtübertragung | N/A | N/A |
| Flammhemmung | Vertical Burn (12 sec) | Passed |
| Feuchtigkeitsaufnahme | 70%RH – 23°C | 0.05% |
Mechanische Eigenschaften des gedruckten Models
| Eigenschaft | Testmethode | Wert |
| Elastizitätsmodul (X-Y) | ASTM D638 | 2,150 MPa |
| Elastizitätsmodul (Z) | ASTM D638 | 2,270 MPa |
| Zugfestigkeit (X-Y) | ASTM D638 | 69 MPa |
| Zugfestigkeit (Z) | ASTM D638 | 42 MPa |
| Bruchdehnung (X-Y) | ASTM D638 | 5.8% |
| Bruchdehnung (Z) | ASTM D638 | 2.2% |
| Biegemodul (X-Y) | ASTM D790 | 2,300 MPa |
| Biegemodul (Z) | ASTM D790 | 2,050 MPa |
| Biegefestigkeit (X-Y) | ASTM D790 | 112 MPa |
| Biegefestigkeit (Z) | ASTM D790 | 68 MPa |
| Schlagzähigkeit (Charpy X-Y) | ASTM D256 | 781 J/m |
| Schlagzähigkeit (Charpy Z) | ASTM D256 | 172 J/m |