TPU im 3D-Druck: Shore-Härte, Parameter und echte Anwendungen

TPU ist ein thermoplastisches Polyurethan-Elastomer. Im FDM deckt es einen Bereich ab, den kein steifer Werkstoff abdecken kann: Dichtungen, Dämpfer, Schutzkappen, Faltenbälge, Kabelzugentlastungen und Griffe. Die Bauteile dehnen sich, werden komprimiert und kehren in ihre Form zurück. Der Preis dafür: TPU druckt langsamer, ist maßlich empfindlicher und deutlich feuchteanfälliger als PETG oder PLA.

Shore-Härte ist die entscheidende Kennzahl

TPU-Typen werden über die Shore-A-Härte beschrieben. Shore 85A ist beim druckbaren Filament verbreitet, Shore 95A ist steifer und prozesssicherer, Shore 60A bis 70A ist wirklich weich und lässt sich in vielen Extrudern kaum fördern. Ein Bauteil in 95A fühlt sich wie eine Schuhsohle an, in 85A wie ein Fahrradschlauch. Die Type wählt man über die benötigte Verformung, nicht über das Wort flexibel.

Steifigkeit entsteht über Wandzahl und Füllung, nicht nur über den Werkstoff

Dieselbe TPU-Type ergibt ein Bauteil, das kaum nachgibt, oder eines, das flach zusammendrückt, je nach Wandzahl und Füllung. Eine Dichtung mit drei Wänden und 100 Prozent Füllung ist ein massiver Gummiquerschnitt. Dieselbe Geometrie mit zwei Wänden und 15 Prozent Gyroid-Füllung wirkt als Feder. Das ist in der Fertigung praktisch: wir stellen das Kompressionsverhalten über die innere Struktur ein, statt einen weiteren Werkstoff einzukaufen.

Warum TPU langsam gedruckt wird

• Das Filament ist elastisch und wird im Antrieb zusammengedrückt, statt sauber gefördert zu werden. Dadurch folgt der Materialfluss der Werkzeugbahn immer etwas verzögert.
• Der Rückzug arbeitet unzuverlässig. Fäden lassen sich deshalb nur über Bahnplanung und Temperatur kontrollieren, nicht über große Rückzugswege.
• Scharfe Ecken und kleine, dicht stehende Details müssen langsamer gedruckt werden, damit die Maße im Rahmen bleiben.
• Die Produktionsgeschwindigkeit liegt bei einem Bruchteil dessen, was wir bei PETG fahren. Das ist der Hauptgrund für die höheren Stückkosten.

Feuchte zerstört TPU schneller als jedes andere Filament

TPU ist stark hygroskopisch. Eine Spule, die ein Wochenende offen in der Werkstatt liegt, druckt mit Knacken, raün Oberflächen und geringerer Weiterreißfestigkeit, weil Wasser in der Düse verdampft und den Materialstrang unterbricht. Wir trocknen TPU vor jedem Fertigungslauf und drucken aus der Trockenbox. Wenn Ihre TPU-Teile entlang der Schichten reißen, prüfen Sie zuerst die Feuchte, bevor Sie am Slicer etwas ändern.

Wo TPU die richtige Wahl ist

• Dichtungen und Dichtlippen für Gehäuse, wo eine gefräste oder gegossene Dichtung ein Werkzeug erfordern würde
• Schwingungsdämpfer und Maschinenfüße
• Schutzkappen, Kantenschutz und Anschlagpuffer an Handlingtechnik
• Kabelzugentlastungen und flexible Führungen
• Griffe, Auflagen und weiche Kontaktflächen an Vorrichtungen, die fertige Teile berühren

Wo TPU die falsche Wahl ist

TPU ist kein Strukturwerkstoff. Es kriecht unter Dauerlast, sollte also keine Schraubverbindung tragen und kein Maß unter permanentem Druck halten. Es erweicht deutlich unter 100 °C und gehört damit nicht in die Nähe einer Wärmequelle. Für ein zähes, aber steifes Bauteil nimmt man PETG, für Verschleiß und wiederholte Verformung PA12, für einen steifen Halter PA12-CF. TPU wählt man wegen der Elastizität, nicht wegen sonstiger Eigenschaften.

Konstruktionshinweise vor der TPU-Anfrage

• Dichtflächen mit einer definierten Pressung auslegen, meist 10 bis 25 Prozent des Querschnitts, statt auf eine Presspassung zu setzen
• Freitragende Bereiche unter etwa 1 mm vermeiden, denn sie verformen sich beim Drucken
• Eine etwas größere Maßstreuung als bei PETG einplanen und enge Bohrungen vermeiden, die ohne Nacharbeit passen müssen
• Die geforderte Shore-Härte angeben oder besser beschreiben, wie weit sich das Bauteil unter welcher Kraft verformen soll

Wenn die passende Type unklar ist, senden Sie das Bauteil und beschreiben den Lastfall. Wir drucken TPU wöchentlich in der Serie und sagen Ihnen, ob ein Elastomer für Ihre Geometrie überhaupt die richtige Antwort ist.