Nanovia PP CF – 3D-Druck bei der Biathlon-Weltmeisterschaft

Der 3D-Druck-Material-Hersteller Nanovia ist auf die Herstellung von Filamenten für die industrielle additive Fertigung spezialisiert und vertreibt zahlreiche Polymere, darunter kohlenstofffaserverstärktes Polypropylen (PP CF). Die einzigartigen Eigenschaften dieses Materials werden von Athletics 3D genutzt, um maßgeschneidertes Zubehör für Gewehre, Schusswaffen und Schützenpistolen für Biathlon zu produzieren.

Polypropylen (PP) ist ein thermoplastisches Polymer, das in den 1950er Jahren entwickelt wurde. Es gibt drei verschiedene Varianten (atatisch, isotaktisch und syndiotaktisch) mit unterschiedlichen mechanischen und thermischen Eigenschaften. PP ist nach Polyethylen (PE) einer der am häufigsten verwendeten Kunststoffe, da es dank seiner Zähigkeit und Leichtigkeit vor allem in der Industrie vielseitig eingesetzt wird.

Ein “flexibles” Polymer

PP weist die meisten Merkmale eines flexiblen Materials auf. Wir kennen es hauptsächlich in seinem amorphen Zustand bei Raumtemperatur. Das bedeutet, dass seine Polymerkette unstrukturiert ist. Die Glasübergangstemperatur von PP ist negativ und liegt je nach Variante zwischen -4 und -18°C.

Mechanische Eigenschaften, die für den industriellen Einsatz geeignet sind

Mit seiner sehr geringen Dichte von 1 g/cm3 ist PP das bevorzugte Material im Automobilsektor, wo es für Kunststoffspritzgussteile, Stoßfänger und Rückspiegel verwendet wird.

PP ist ungiftig und geruchsneutral, weshalb es auch in der Lebensmittelindustrie für Futtermittel und wiederverwendbare Flaschen sowie für verschiedene Verpackungen verwendet wird. Ein typisches Beispiel für die Verwendung von PP waren bis vor kurzem Plastikstrohhalme dank seiner hohen Verschleißfestigkeit bei wiederholten Verformungen.

Wie alle Thermoplaste kann auch PP recycelt werden, was in Frankreich bereits geschieht.

Hohe chemische Beständigkeit

Seine Undurchlässigkeit und Beständigkeit gegenüber den meisten organischen Lösungsmitteln machen es zu einem weit verbreiteten Material in der pharmazeutischen Industrie, vor allem für Rohrleitungen und Behälter für aggressive Chemikalien und Laborzubehör.

PP hat eine sehr niedrige Oberflächenspannung und ist daher gegen die meisten Klebstoffe beständig, was seine Verwendung in der additiven Fertigung schwieriger macht als bei anderen Materialien. Um geklebt” zu werden, muss es heiß geschweißt werden.

Ein Material, das für einen breiten Temperaturbereich geeignet ist

Bei hohen Temperaturen nehmen die mechanischen Eigenschaften von PP langsam ab, im Gegensatz zu anderen Polymeren, die abrupt versagen. Es ist spülmaschinenfest und wird häufig für wiederverwendbare Teller und Besteck verwendet.

PP ist unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit und widersteht niedrigen Temperaturen. Das bedeutet, dass sich bei Minusgraden keine Eiskristalle im Inneren des Materials bilden.

Dank dieser Eigenschaften ist PP in einem Temperaturbereich von -20°C bis 120°C verwendbar.

Die Wasserbeständigkeit von PP macht es zu einem Material, das in feuchten Umgebungen nicht aufquillt und dabei sein Volumen und seine Dichte beibehält, im Gegensatz zu dem in seinen Eigenschaften vergleichbaren Polyamid (PA).

PP ist relativ flexibel und kann um etwa 200 % verformt werden, bevor es reißt.

Warum werden dem Polypropylen Kohlenstofffasern beigefügt?

Beim 3D-Druckverfahren mit Schmelzfilamenten (FFF) wird PP bei 260 °C extrudiert, wobei sich das erhitzte Material ausdehnt und beim Abkühlen wieder auf seine ursprüngliche Größe zurückschrumpft. Dieses Zurückschrumpfen kann dazu führen, dass sich das Material von der Grundplatte des 3D-Druckers löst. Wenn sich das Material von der Grundplatte des Druckers löst, verformt sich das Teil, oder der Druck wird sogar ganz abgebrochen. Dieses Phänomen wird als Warping bezeichnet. Das Hinzufügen von Fasern wirkt diesem Effekt entgegen und hält das Material an seinem Platz.

Durch die Zugabe von Fasern wurde auch die Steifigkeit des Materials erheblich erhöht. Während sich natives PP um bis zu 200 % dehnen kann, dehnt sich Kohlefaser-PP nur um 2 bis 3 %.

Während die Steifigkeit erhöht wird, steigt auch die Endfestigkeit des Materials, d. h. es kann mehr Belastungen standhalten, bevor es nachgibt. Nanovia PETG GF (glasfaserverstärkt) zum Beispiel ist 40 % widerstandsfähiger als natives PETG.

Außerdem ist natives PP empfindlich gegenüber UV-Strahlung, während Kohlenstofffasern diese absorbieren. Das macht Nanovia PP CF ideal für alle Objekte, die im Freien verwendet werden.

Ein für den technischen Druck reservierter Kunststoff

Der 3D-Druck von PP erfordert eine spezielle Einrichtung, was die Arbeit mit dem Material schwierig macht.

• Eine PP-basierte Bauplatte, auf die das Material “geschweißt” wird. Dies kann auch eine Folie sein, die auf eine normale Bauplatte aufgebracht wird.
• Eine Bauplatte mit Mikroperforationen, in denen sich das Material verankern kann.
• Spezialisierte Klebstoffe.

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