Der PEEK 3D-Druck Guide

PEEK (Polyetheretherketon) ist ein farbloses, organisches, thermoplastisches Polymer, das sich im 3D-Druck nur schwer verarbeiten lässt. Seit Jahren nutzen Hersteller von 3D-Druckern PEEK in ihren Marketingkampagnen als Aushängeschild. Dabei bleiben die tatsächlichen Druckergebnisse oft weit hinter den Erwartungen zurück.

PEEK bietet eine einzigartige Kombination aus hoher mechanischer Festigkeit, chemischer Beständigkeit und Temperaturbeständigkeit bis über 250°C. Zudem ist es biokompatibel und inhärent flammwidrig, was es zum idealen Metallersatz macht.

Reines PEEK lässt sich im 3D-Druck nur über das Strangablegeverfahren mittels Filament (FFF/FDM) oder Granulat (FGF) realisieren. Für den Pulverdruck (z.B. SLS) ist es ungeeignet, da der Laser nicht in das Material einkoppeln kann. Für SLS-Maschinen gibt es stark veränderte Materialien, die PEEK im Namen tragen, aber beispielsweise bei der Hitzebeständigkeit mit dem Namensgeber überhaupt nicht zu vergleichen sind.

Moderne Druckverfahren erreichen über 95 % der Festigkeit von Spritzgussteilen, insbesondere bei optimierter Schichthaftung. Die Z-Achse bleibt meist die Schwachstelle, kann aber durch gezieltes Prozessmanagement (Bauraumtemperatur) verbessert werden.

Aufgrund der hohen Schrumpfungsrate beim Abkühlen erfordert PEEK viel Erfahrung in der Druckvorbereitung (Skalierungsfaktoren). Bei optimierten Prozessen sind Toleranzen im Bereich von +/- 0,1 mm realisierbar.

Durch die hohen Verarbeitungstemperaturen gestaltet sich die Formgebung sehr schwierig und dementsprechend kostspielig. So muss aus dem Ausgangsmaterial erst Granulat und im zweiten Schritt Filament (Kunststoffdraht) hergestellt werden. So steigen die Kosten mit jedem Verfahrensschritt an. Hinzu kommt die geringe Weltproduktion im Vergleich zu anderen Kunststoffen, die den Preis enorm vom Bedarf abhängig macht.

Grundsätzlich gelten die gleichen Voraussetzungen wie für andere Kunststoffe im 3D-Druck mit FDM (FFF, mit Filament) oder FGF (mit Granulat). Der Lagenaufbau erzwingt das Abstützen von Hinterschneidungen und steilen Überhängen. Diese lassen sich durch eine clevere Konstruktion (z.B. Überhänge bis 45° Steigung) reduzieren.

Die Verarbeitung erfolgt auf speziell darauf abgestimmten Maschinen. Hohe Temperaturen am Extruder, Druckbett und Druckkammer sowie eine darauf zugeschnittene Software müssen zusammenpassen. Bis dato gibt es keine Turn-Key-Lösungen in diesem Segment.

Man benötigt einen Drucker mit einem High-Temperature-Extruder (bis 500°C), einem beheizten Druckbett (idealerweise 200°C) und vor allem einem aktiv beheizten Bauraum (mind. 90-120°C). Ohne diese konstante Hitze kommt es zu Verzug (Warping) und mangelnder Schichthaftung.

Die Kristallinität bestimmt die mechanischen Eigenschaften; ein zu schnelles Abkühlen führt zu amorphem (durchsichtig-braunem) PEEK, das schwächer ist. Ein kontrollierter Thermo-Prozess sorgt für die typische beige, teilkristalline Struktur mit maximaler Stabilität.

PEEK ist der einzige Thermoplast, der auch bei Temperaturen bis 250 °C formstabil bleibt. Zudem verfügt er über eine hohe Verschleißfestigkeit, weshalb er gerade für Verschleißteile eine gute Alternative zu metallischen Werkstoffen bildet.

Reines PEEK ist ein hervorragender elektrischer Isolator. Es gibt jedoch spezielle Compounds mit Kohlenstofffasern oder Graphit, die für ESD-Schutz oder elektrische Leitfähigkeit modifiziert wurden. Glasfaserverstärktes PEEK ist ebenfalls ein hervorragender elektrischer Isolator und somit eine leichter zu verarbeitende Alternative zum reinen PEEK.

Der Hauptnachteil von PEEK besteht in der Komplexität und den hohen Kosten der Herstellung sowie der mangelnden Thermoformbarkeit .

PEEK kostet als Grundstoff (Granulat) zwischen 50 und 120€/kg. Als Filament (Kunststoffdraht) liegt der Preis bei etwa 500€/kg. Diese Preise sind immer vom Hersteller und dem jeweiligen Materialrezept abhängig.

Gedrucktes PEEK lässt sich hervorragend fräsen, bohren oder drehen, ähnlich wie Hartmetalle oder sehr harter Kunststoff. Es ist deutlich formstabiler bei der Bearbeitung als beispielsweise PA6 oder POM.

Chemische Glättungsverfahren funktionieren bei PEEK aufgrund der extremen Beständigkeit derzeit nicht im industriellen Maßstab. Oberflächenverbesserungen werden meist mechanisch durch Schleifen, Strahlen oder Polieren erreicht.

PEEK lässt sich sowohl mit als auch ohne Faseranteil ohne Probleme kleben. Hierfür kommt ein 2-Komponenten-Gemisch zum Einsatz, dass innerhalb von 24 Stunden durchhärtet.

PEEK ist aufgrund der Eigenschaften der König der Kunststoffe und dementsprechend kostspielig. Wenn ihre Anwendungen technisch andere Kunststoffe nicht ausschließt, ist PEEK nicht konkurrenzfähig. In den Anwendungen, die genau die Belastungsgrenzen

Ja, PEEK weist eine extrem niedrige Ausgasungsrate auf und ist daher ideal für Anwendungen in der Weltraumtechnik oder Halbleiterfertigung geeignet. Das gilt auch für additiv gefertigte PEEK-Bauteile.