Thermoplastische Polymere

Thermoplaste sind Kunststoffe, die aus Polymerharzen bestehen, die bei Raumtemperatur hart sind, bei Erwärmung weicher werden und beim Abkühlen wieder hart werden. Wenn Thermoplaste erhitzt werden, ändern sich ihre physikalischen Eigenschaften, und sie werden zu einer homogenisierten Flüssigkeit und können in verschiedene Formen gebracht werden. Einige Thermoplaste stammen aus der petrochemischen Industrie und lassen sich nur schwer umweltverträglich entsorgen, während andere aus natürlichen Quellen wie Maisstärke hergestellt werden und daher kompostierbar sind. Einige Thermoplaste, auch solche aus der Petrochemie, sind recycelbar.
Zu den gebräuchlichsten thermoplastischen Materialien für den 3D-Druck gehören Polymilchsäure (PLA), PET/PET-G, Nylon (Polyamid oder PA), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Acrylnitril-Styrol-Acrylat (ASA), Polycarbonat (PC) und Polypropylen (PP). Einige Thermoplaste, darunter ULTEM (Polyetherimidpolyetherimid/PEI), PEEK und PEKK, können sehr hohe Temperatur- und Chemikalienbeständigkeiten aufweisen, die mit denen einiger Metalle vergleichbar sind, und werden oft als Technopolymere oder Hochleistungskunststoffe bezeichnet. Zu den Thermoplasten gehören auch gummiähnliche Materialien, die im 3D-Druck verwendet werden, wie thermoplastisches Polyurethan (TPU) und thermoplastische Elastomere (TPE)PE.
Einige zusätzliche Kategorisierungen definieren diese Materialien in 3D-Druck Thermoplaste, die ihre molekulare Struktur klassifizieren können: einige sind amorph, während andere halbkristallin sind. Thermoplaste können amorph sein, was bedeutet, dass sie eine zufällig geordnete Molekularstruktur haben, die keinen scharfen Schmelzpunkt hat, was bedeutet, dass sie. Dies hat zur Folge, dass amorphe Werkstoffe bei steigender Temperatur allmählich erweichen. Es handelt sich meist um durchscheinende Kunststoffe wie PC, ABS, PMMA/Acryl, Polystyrol (PS), Polysulfon (PSU) und Polyvinylchlorid (PVC). Zu dieser Kategorie gehört auch das Hochleistungs-PEI. Teilkristalline Thermoplaste haben eine Struktur, die teils amorph, teils kristallin ist. Im Gegensatz zu amorphen Thermoplasten haben teilkristalline Polymere eine hoch geordnete Molekularstruktur mit einem scharfen Schmelzpunkt (d. h. in einem Bereich von weniger als 5 °C). Während amorphe Materialien bei einem Temperaturanstieg allmählich erweichen, ist dies bei teilkristallinen Kunststoffen nicht der Fall. Stattdessen bleiben sie fest, bis eine bestimmte Wärmemenge absorbiert wird. Aufgrund ihrer starken zwischenmolekularen Kräfte bilden teilkristalline Polymere zähe Kunststoffe. Zu den gängigen teilkristallinen Thermoplasten für den 3D-Druck gehören Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polyetheretherketon (PEEK) und Polyetherketonketon (PEKK). PEEK und PEKK gehören beide zur Familie der technischen Hochleistungs-Thermoplaste PAEK.
Thermoplastische Materialien, die im 3D-Druck verwendet werden, sind in drei verschiedenen Materialformen erhältlich – als Filamente, Pellets und Pulver –, die sich in erster Linie nach den spezifischen additiven Technologien richten, für die sie verwendet werden. Fast alle thermoplastischen Materialien sind als Pellets (Granulat) erhältlich, da dies die übliche Rohstoffform und auch die Standardmaterialform ist, die in traditionellen Spritzgussverfahren verwendet wird. Viele 3D-druckbare Granulatmaterialien sind in der Regel auch als Filamente erhältlich, die speziell für die 3D-Drucktechnologien der thermoplastischen Filamentextrusion entwickelt wurden. Aufgrund technischer Einschränkungen (Extrusionstemperatur, geschlossene Druckkammer) unterstützen jedoch nicht alle Filament-Extrusionssysteme alle Materialien. Einige Thermoplaste sind auch als Pulver für PBF-Verfahren erhältlich. Dazu gehören heute vor allem verschiedene Arten von Nylon (PA), thermoplastische Elastomere (TPU/TPE), Polypropylen (PP) und PEEK.