PEEK vs. ULTEM vs. PPS-GF20

Welches Hochleistungspolymer passt zu meiner Anwendung?

Ein Bauteil aus PPS-GF. Hergestellt mittels FGF (Granulatdruck).

Einleitung: Drei Materialien, eine entscheidende Wahl

Wer hochbelastete Kunststoffbauteile im 3D-Druck fertigen möchte, steht früher oder später vor derselben Frage: PEEK, ULTEM (PEI) oder PPS? Alle drei gelten als Hochleistungsthermoplaste – doch dahinter verbirgt sich ein erheblicher Unterschied in Verarbeitbarkeit, Kosten, thermischer Stabilität und Anwendungsprofil.

Dieser Artikel liefert einen technisch fundierten, praxisnahen Vergleich der drei Materialien, inklusive echter Kennwerte aus Datenblättern und klarer Empfehlungen für typische industrielle Anwendungsszenarien. Malping verarbeitet alle drei Materialien sowohl per FFF als auch per FGF-Pelletdruck auf dem AIM3D ExAM 510.

Die drei Materialien im Profil

1. PEEK – der unbestrittene Hochleistungskönig

Polyetheretherketon (PEEK) ist das leistungsstärkste standardmäßig im 3D-Druck verfügbare Hochleistungspolymer. Es vereint exzellente mechanische Eigenschaften, außergewöhnliche Chemikalienresistenz, biokompatible Sondergüten sowie eine Dauergebrauchstemperatur von bis zu 250 °C und das bei vergleichsweise geringem Gewicht.

Im Malping-Portfolio ist PEEK in drei Varianten verfügbar: naturfarben (unfilled), GF20 (glasfaserverstärkt) und CF30 (kohlefaserverstärkt). Für die Großserienproduktion und voluminöse Bauteile setzt Malping auf den FGF-Pelletdruck, bei dem Granulat statt Filament verwendet wird – was die Materialkosten von 500-700 €/kg (Filament) auf 80–150 €/kg (Granulat) reduziert.

Herausforderung: PEEK erfordert Drucktemperaturen von 380–420 °C sowie eine beheizte Baukammer und stellt höchste Anforderungen an Druckerhardware und Prozessparameter.

2. ULTEM 9085 (PEI) – die starke PEEK-Alternative

Polyetherimid (PEI), in der Variante ULTEM 9085, ist der Standard für den additiven Fertigungseinsatz in der Luft- und Raumfahrt. Das Material erfüllt die FAR 25.853-Norm für Flame, Smoke and Toxicity (FST) – eine Zertifizierung, die im Flugzeugbau praktisch alternativlos macht. Wie alle PEI-Typen ist ULTEM 9085 amorph und hat keinen definierten Schmelzpunkt.

Im Vergleich zu ULTEM 1010 hat 9085 einen niedrigeren Glasübergangspunkt von ~186 °C (vs. ~217 °C) und keine FDA-Zulassung für Lebensmittelkontakt – dafür aber die für den industriellen 3D-Druck entscheidende FST-Zertifizierung und eine höhere Schlagzähigkeit. Es ist das mit Abstand am weitesten verbreitete PEI-Material in der industriellen FFF-Fertigung.

Herausforderung: ULTEM 9085 ist empfindlich gegenüber aggressiven Lösemitteln, halogenierten Verbindungen und konzentrierten Säuren. Die mechanischen Kennwerte – insbesondere Steifigkeit und Zugfestigkeit – liegen deutlich unterhalb von PEEK, was den Einsatz bei strukturell hochbelasteten Bauteilen einschränkt. Die Wasseraufnahme (~1,1 %) ist zudem höher als bei PEEK und PPS-GF20.

3. PPS-GF20 – der unterschätzte Kostensieger

Polyphenylensulfid (PPS) mit 20 % Glasfaserverstärkung ist das am häufigsten unterschätzte Material in diesem Trio. PPS bietet eine inhärente Chemikalienresistenz, die selbst PEEK in bestimmten Medien (z. B. starke Säuren) ebenbürtig ist, und erreicht UL94 V-0 bei bereits 1,5 mm Wanddicke.

Die Drucktemperatur liegt mit 310–350 °C deutlich niedriger als bei PEEK oder ULTEM, was den Prozess zugänglicher macht und Energie spart. Die Wasseraufnahme ist mit 0,11 % (Gleichgewichtswert bei 70 % rF, 23 °C) ausgesprochen niedrig – ein Vorteil in feuchten oder nassen Umgebungen.

Für Automotive- und Elektronikanwendungen, bei denen elektrische Isolation (Oberflächenwiderstand > 10¹² Ω, Durchschlagsfestigkeit 6,05 kV/mm) und Maßhaltigkeit im Vordergrund stehen, ist PPS-GF20 häufig die wirtschaftlichste Wahl.

Herausforderung: PPS-GF20 ist nicht biokompatibel und eignet sich nicht für medizintechnische Anwendungen. Zudem ist die HDT bei 1,8 MPa (125,8 °C nach Glühen bei 130 °C) deutlich niedriger als bei PEEK. Durch Nachglühen bei 230 °C kann die HDT auf bis zu 219,6 °C gesteigert werden. Die Glasfaser erfordert verschleißfeste Düsen (Stahl oder PKD-bestückt).

Kennwert-Vergleich auf einen Blick

Die folgende Tabelle basiert auf Herstellerdatenblättern (Ensinger TECAFIL, 3DXTech FibreX, Fiberon PPS-GF20) sowie Malping-internen Prüfergebnissen. Alle Werte beziehen sich auf 3D-gedruckte Prüfkörper (X-Y-Ebene, geglüht).

Eigenschaft	PEEK (CF30)	ULTEM 9085 (PEI)	PPS-GF20
Dichte	1,30–1,43 g/cm³	1,34 g/cm³	1,36 g/cm³
Glasübergangs-temp. (Tg)	~143 °C	~186 °C	95 °C
Schmelzpunkt	~343 °C	-	279,6 °C
HDT (0,45 MPa)	~250–280 °C	~153 °C	236,3 °C*
HDT (1,8 MPa)	~200–230 °C	~130 °C	125,8 °C*
Zugfestigkeit (X-Y)	~150–200 MPa	~71 MPa	64,1 MPa
Zug-E-Modul (X-Y)	~13.000 MPa	~2.540 MPa	4.552 MPa
Biegefestigkeit (X-Y)	~220–260 MPa	~115 MPa	102,3 MPa
Biege-E-Modul (X-Y)	~12.000 MPa	~2.690 MPa	4.111 MPa
Charpy (X-Y, gekerbt)	~10–15 kJ/m²	~5–8 kJ/m²	7,3 kJ/m²
Wasseraufnahme	<0,1 %	~1,1 %	0,11 %
Flammschutz	UL94 V-0	UL94 V-0 + FAR 25.853	UL94 V-0
Chemikalienresistenz	Ausgezeichnet	Mittel	Sehr gut
Biokompatibilität	Ja	Nein	Nein
Drucktemperatur	380–420 °C	350–390 °C	310–350 °C
Preisniveau Filament	Hoch	Mittel–Hoch	Mittel
FGF-Granulat verfügbar	Ja	Ja	Ja

* PPS-GF20: HDT-Werte nach Glühen bei 130 °C. Nach Glühen bei 230 °C steigen HDT (0,45 MPa / 1,8 MPa) auf 248,9 °C / 219,6 °C.

Anwendungsprofil: Wann welches Material?

Die Materialwahl hängt von drei zentralen Faktoren ab: thermische Dauerbelastung, mechanisches Anforderungsprofil und regulatorische Rahmenbedingungen. Die nachfolgende Entscheidungsmatrix gibt eine erste Orientierung.

Anwendungsszenario	PEEK	ULTEM 9085	PPS-GF20
Dauertemperatur > 200 °C	✅ Erste Wahl	❌ Nicht geeignet	⚠️ Nur geglüht
Hohe mechanische Last (CF-Variante)	✅ Erste Wahl	➖ Mittelmäßig	➖ Mittelmäßig
Medizintechnik / Implantate	✅ Beste Option	❌ Nicht geeignet	❌ Nicht geeignet
Chemische Umgebung / Lösemittel	✅ Ausgezeichnet	⚠️ Eingeschränkt	✅ Sehr gut
Elektrische Isolation (UL94 V-0)	✅ Ja	✅ Ja	✅ Ja
Luft- & Raumfahrt (FAR 25.853 FST)	⚠️ Möglich	✅ Erste Wahl	❌ Nicht zertifiziert
Großvolumige Bauteile (FGF)	✅ Ideal	✅ Gut geeignet	✅ Gut geeignet
Kostensensible Serienteile	❌ Teuer	⚠️ Mittel	✅ Günstigste Option
Automotive / Elektronik	✅ Möglich	✅ Möglich	✅ Erste Wahl

Detailanalyse nach Branchen

Maschinenbau und Anlagenbau

Hochtemperaturanwendungen mit statischen und dynamischen Lasten sind das Kerngebiet von PEEK CF30. Lager, Gleitringe, Führungselemente und Gehäusebauteile, die dauerhaft über 150 °C betrieben werden, lassen sich mit PPS-GF20 nicht abdecken. ULTEM ist hier für Strukturbauteile grenzwertig.

Für voluminöse Maschinenbauteile ab ca. 300 cm³ Bauteilvolumen lohnt sich die FGF-Technologie von Malping wirtschaftlich deutlich: Der Kostenvorteil durch Pelletgranulat summiert sich bei größeren Serien erheblich.

Elektrotechnik und Elektronik

Alle drei Materialien erreichen UL94 V-0. PPS-GF20 ist hier häufig die erste Wahl: niedrige Drucktemperatur, sehr gute elektrische Isolation (Durchschlagsfestigkeit 6,05 kV/mm, Oberflächenwiderstand > 10¹² Ω), geringe Feuchtigkeitsaufnahme und vergleichsweise günstige Materialkosten machen PPS zum Effizienz-Champion in diesem Segment. ULTEM 9085 ist die Pflichtlösung, sobald FAR 25.853 FST-Konformität gefragt ist.

Bei Anwendungen mit extremen Temperaturen oder aggressiven Reinigungsmedien bleibt PEEK alternativlos.

Medizintechnik

PEEK (naturfarben) ist in der Medizintechnik gesetzt: Es ist biokompatibel, sterilisierbar (Dampf, EtO, Gammastrahlung) und in implantatnahen Anwendungen erprobt. ULTEM 9085 ist in diesem Segment nicht geeignet – wer medizinische Zulassungen benötigt, sollte auf ULTEM 1010 (FDA/NSF-Freigabe) oder PEEK-Medizingrades zurückgreifen. PPS-GF20 scheidet für dieses Segment vollständig aus.

Chemische Industrie und Labortechnik

PPS-GF20 zeigt hervorragende Resistenz gegenüber den meisten Säuren, Laugen und organischen Lösemitteln – und steht damit PEEK kaum nach. Für chemisch stark beanspruchte Bauteile, bei denen keine extremen Temperaturen auftreten, ist PPS-GF20 die wirtschaftlichere Wahl. ULTEM ist bei konzentrierten Säuren und halogenierten Lösemitteln deutlich anfälliger – das sollte bei der Materialwahl berücksichtigt werden.

Druckbarkeit und Prozessanforderungen

Die Verarbeitbarkeit unterscheidet sich erheblich und beeinflusst nicht nur die Teilequalität, sondern auch den wirtschaftlichen Aufwand.

PEEK

•       Drucktemperatur: 380–420 °C

•       Beheizte Baukammer erforderlich (> 100 °C)

•       Abrasive CF/GF-Varianten erfordern verschleißfeste Düsen

•       FGF-Druck möglich: AIM3D ExAM 510 (510×510×400 mm Bauvolumen)

•       Trocknung: essenziell (< 0,1 % Feuchte vor dem Druck)

ULTEM 9085 (PEI)

•       Drucktemperatur: 350–390 °C

•       Beheizte Baukammer empfohlen (≥ 70 °C)

•       Amorph – geringer Verzug, aber keine Chemikalienresistenz gegenüber Lösemitteln

•       FAR 25.853 FST-Zertifizierung – Voraussetzung für Aerospace-Einsatz

•       Kein Glühen erforderlich für Standardanwendungen

PPS-GF20

•       Drucktemperatur: 310–350 °C

•       Druckbett: 80–90 °C, Raumtemperatur-Baukammer möglich

•       Verschleißfeste Düse (Stahl/Rubin) zwingend erforderlich

•       Trocknung: 100 °C / 10 h vor dem Druck; < 20 % relativer Luftfeuchte bei Lagerung

•       Glühen bei 130 °C / 10 h empfohlen; bei 230 °C für maximale HDT

•       Schrumpf: X-Y ca. 0,35–0,49 %, Z ca. 0,25–0,28 % (nach Glühen)

Wirtschaftlichkeit: Kosten im Überblick

Die Materialkosten sind nur ein Teil der Gesamtrechnung. Prozessaufwand, Ausschussquote und Nachbearbeitung spielen ebenfalls eine Rolle.

PEEK-Filament: 500-700 €/kg | PEEK-Granulat (FGF): 80–120 €/kg

ULTEM 9085-Filament: 150–280 €/kg | Granulat: 30-100 €/kg, begrenzt verfügbar

PPS-GF20-Filament: 110–150 €/kg | günstiger als ULTEM und deutlich günstiger als PEEK

Für voluminöse Bauteile (> 300 cm³) bietet Malpings FGF-Granulatdruck mit dem AIM3D ExAM 510 den höchsten wirtschaftlichen Hebel. Bei PEEK-Granulat liegen die reinen Materialkosten rund 80 % unter dem Filamentpreis – bei gleichzeitig deutlich größerem Bauvolumen (104 Liter vs. ~27 Liter bei FFF-Systemen).

→ Mehr zur FGF-Wirtschaftlichkeit, können Sie hier nachlesen.

Fazit: Kein Material ist universell

PEEK, ULTEM und PPS-GF20 sind keine austauschbaren Alternativen – sie sind komplementäre Materialien mit klar abgegrenzten Stärken.

•       PEEK ist die erste Wahl, wenn maximale thermische, mechanische und chemische Belastbarkeit gefragt sind – und in der Medizintechnik ohne Alternative.

•       ULTEM 9085 überzeugt als Aerospace-zertifiziertes Material (FAR 25.853 FST) und ist der industrielle FFF-Standard für Luft- und Raumfahrt sowie Transportanwendungen mit Flammschutzanforderungen.

•       PPS-GF20 ist der wirtschaftliche Champion für Automotive, Elektronik und chemisch belastete Umgebungen – mit exzellenter elektrischer Isolation und niedrigster Drucktemperatur im Trio.

Malping verarbeitet alle drei Materialien in Serie – per FFF für präzise Kleinbauteile und per FGF-Pelletdruck für voluminöse Bauteile bis 510×510×400 mm. Wir beraten Sie kostenlos bei der Materialauswahl.

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Mehr Infos zum FGF Granulatdruck: Granulat

FAQ – Häufige Fragen

Kann PPS-GF20 PEEK ersetzen?

Für Anwendungen bis ca. 120 °C Dauertemperatur und ohne Biokompatibilitätsanforderungen ist PPS-GF20 eine wirtschaftlich sinnvolle Alternative. Oberhalb dieser Grenze oder bei extremen mechanischen Anforderungen ist PEEK weiterhin die bessere Wahl.

Ist ULTEM 9085 besser als PEEK?

Nicht generell. ULTEM 9085 hat seinen entscheidenden Vorteil in der FAR 25.853-Zertifizierung für Aerospace und einer einfacheren Verarbeitbarkeit. PEEK ist in nahezu allen mechanischen und thermischen Kennwerten überlegen und bleibt alternativlos bei Hochtemperatur- und Biokompatibilitätsanforderungen. ULTEM 9085 ist keine thermische Alternative zu PEEK. Die Einsatztemperatur liegt mit ~170 °C deutlich unter dem von PEEK (~260 °C).

Welches Material hat die beste Chemikalienresistenz?

PEEK und PPS-GF20 liegen auf vergleichbar hohem Niveau. Bei bestimmten konzentrierten Laugen oder organischen Lösemitteln kann PPS-GF20 sogar im Vorteil sein. ULTEM ist gegenüber halogenierten Lösemitteln und konzentrierten Säuren anfälliger.

Warum brauche ich beim FGF-Druck von PPS-GF20 eine verschleißfeste Düse?

Die Glasfasern in PPS-GF20 sind stark abrasiv. Standardmäßige Messingdüsen werden innerhalb weniger Stunden signifikant abgetragen, was zu Maßabweichungen und Qualitätsproblemen führt. Für alle glasfaser- und kohlefaserverstärkten Materialien empfiehlt Malping ausschließlich gehärtete Stahldüsen oder PKD-bestückte Düsen..