TPM3D hat angekündigt, dass sein glasfaserverstärktes Nylon-12-Pulver, Precimid1171 GF30 FR BLK, das beim selektiven Lasersintern (SLS) als additives Fertigungsverfahren eingesetzt wird, hat eine UL94 5VA-Nennleistung, die höchste Klassifizierung nach der UL 94-Norm für Entflammbarkeit von Polymerwerkstoffen.
Das Ergebnis stellt einen technischen Fortschritt für den SLS-3D-Druck in Anwendungen dar, die Flammbeständigkeit, thermische Stabilität und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften erfordern, einschließlich Haushaltsgeräte, Elektrofahrzeuge (EVs) und Automobilelektronik.
SLS-Werkstoffe in sicherheitskritischen Anwendungen
SLS-3D-Druck wird aufgrund seines werkzeuglosen Arbeitsablaufs, der Fähigkeit zur Herstellung komplexer Geometrien und der relativ kurzen Iterationszyklen häufig für die funktionale Prototypenerstellung und die Kleinserienfertigung eingesetzt.
In regulierten Branchen ist die Anwendung additiver Fertigungsverfahren auf Polymerbasis jedoch durch Materialbeschränkungen, insbesondere hinsichtlich der Flammschutzleistung, eingeschränkt.
Die UL94 5VA-Klassifizierung behebt diese Einschränkung, indem sie es ermöglicht, dass additiv gefertigte Polymerteile die höchste in der UL 94-Norm definierte Stufe der Flammwidrigkeit erfüllen.
UL94 5VA: Definition und Testbedingungen
Die Norm UL 94 ist ein weit verbreitetes Prüfverfahren zur Bestimmung der Entflammbarkeit von Polymeren. Sie klassifiziert Materialien von HB über V-2, V-1 und V-0, wobei 5VB und 5VA die strengsten Kategorien darstellen.
Während V-0 selbstlöschendes Verhalten bewertet, 5VA erfordert Beständigkeit gegen Durchbrennen bei einem 500-W-Flammentest an flachen Proben..
Vereinfacht ausgedrückt:
- V-0: Das Material erlischt innerhalb definierter Zeiträume von selbst.
- 5 VA: Das Material brennt auch bei Einwirkung hochenergetischer Flammen nicht durch.
Diese Unterscheidung ist relevant für Anwendungen wie beispielsweise Batteriegehäuse, elektrische Hochspannungskomponenten und unbeaufsichtigte elektrische Systeme, wo die Flammenausbreitung minimiert werden muss.
Allgemeine Testkriterien (HB Horizontaltest | Gilt für alle Bewertungen)
| Testbedingung | Brenngeschwindigkeit | Entflammbarkeitsgrad |
|---|---|---|
| Probendicke: 3–13 mm | ≤40 mm/min | HB |
| Probendicke: <3 mm | ≤75 mm/min | HB |
| Flamme erlischt vor der Referenzmarke (25~100 mm Messlänge) | =0 mm/min | HB |
Kriterien für den Vertikalbrenntest (V‑0 / V‑1 / V‑2 Vertikalflammentest)
| Testbedingung | V‑0 | V‑1 | V‑2 |
|---|---|---|---|
| Nachflammenzeit pro Flammenanwendung (s) | ≤ 10 | ≤ 30 | ≤ 30 |
| Gesamte kumulative Nachflammenzeit über 10 Zündungen (s) | ≤ 50 | ≤ 250 | ≤ 250 |
| Kombinierte Nachflammen- und Nachglühzeit nach der zweiten Flammenanwendung (s) | ≤ 30 | ≤ 60 | ≤ 60 |
| Brennende Tropfen entzünden den Watteindikator | Nein | Nein | Ja |
| Flamme breitet sich auf die Probenklemme aus (vollständiges Durchbrennen der Probe) | Nein | Nein | Nein |
Hochwertige vertikale Prüfkriterien (5VA / 5VB Hochintensitäts-Flammenprüfung)
| Testbedingung | 5VA | 5VB |
|---|---|---|
| Gesamtnachflamme + Nachglühen über 5 Flammenanwendungen pro Probe(n) | ≤ 60 | ≤ 60 |
| Brennende Tropfen entzünden den Watteindikator | Nein | Nein |
| Vollständige Durchdringung des Prüfkörpers (Dicke <3 mm) | Nein | Ja |
Materialübersicht: Precimid1171 GF30 FR BLK
Precimid1171 GF30 FR BLK ist ein 30% glasfaserverstärktes PA12-Pulver Entwickelt für die additive Fertigung mittels SLS.
Das Material kombiniert flammhemmende Eigenschaften mit mechanischer Verstärkung, um ein ausgewogenes Verhältnis zu erreichen:
- Gelenksteife
- Wärmewiderstand
- Dimensionsstabilität
Die wichtigsten Eigenschaften sind:
- UL94 5VA Flammschutz
- Halogenfreie Formulierung, die den Anforderungen von RoHS, REACH und POPs entspricht.
- Wärmeformbeständigkeit bis zu 170°C (0.45 MPa)
- Kompatibilität mit komplexen Geometrien, die mittels SLS ohne Werkzeug hergestellt werden
Das Material ist für funktionale Endprodukte in regulierten industriellen Anwendungen vorgesehen.
Precimid1171 GF30 FR BLK Spezifikationen
| Mechanische Eigenschaften | Testmethode | Metrisch |
| Teilefarbe | visuell | Aschschwarz |
| Signaldichte | DIN 53466 | 1.25 g / cm³ |
| Reißdehnung | ASTM D638 | 2.6% |
| Biegefestigkeit | ASTM D790 | 63 MPa |
| Biegemodul | ASTM D790 | 2,800 MPa |
| Herzauslenkungstemperatur 0.45 MPa | ASTM D648 | 170 ℃ |
| Herzauslenkungstemperatur 1.82 MPa | ASTM D648 | 133 ℃ |
| Zugfestigkeit | ASTM D638 | 40 MPa |
| Zugmodul | ASTM D638 | 3,500 MPa |
| IZOD-Schlagfestigkeit mit Kerbe | ASTM D256 | 18 J/M |
| IZOD-Schlagfestigkeit ohne Kerbe | ASTM D256 | 82 J/M |
Regulatorisches Umfeld
Die Nachfrage nach flammhemmenden technischen Polymeren steigt kontinuierlich, da die regulatorischen Anforderungen immer strenger werden.
In der Europäischen Union umfassen relevante Rahmenwerke Folgendes:
- Beschränkungen der RoHS-Richtlinie für gefährliche Stoffe
- REACH-Verordnung, einschließlich der SVHC-Kandidatenliste mit über 250 Stoffen ab 2026
- Produktsicherheitsanforderungen für elektrische und elektronische Geräte
Diese Vorschriften haben die Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit von Materialien, die Einhaltung chemischer Vorschriften und die langfristige thermische Sicherheit erhöht.
UL 94:2024 Testergebnisse
Precimid1171 GF30 FR BLK wurde von unabhängigen Laboren gemäß den geltenden Bestimmungen getestet. UL 94: 2024, unter Verwendung eines 500-W-Vertikalflammentests an 10 mm dicken Proben.
Die Ergebnisse beinhalten:
- Gesamte Nachflammen- und Nachglühzeit unter 60 Sekunden
- kein Durchbrennen der Proben
- keine Entzündung des Baumwollindikatormaterials
Das Material erfüllt die Anforderungen an UL94 5VA-Klassifizierung.
Anwendungen in Industriesektoren
Die Kombination aus Flammschutz, Glasfaserverstärkung und SLS-Fertigungsfähigkeit ermöglicht den Einsatz in verschiedenen Sektoren:
Haushaltsgeräte
Schalter, Steckverbinder, Motorgehäuse und Strukturbauteile in Heizungs- und Kühlsystemen.
Elektrofahrzeuge (EVs)
Interne Strukturen des Batteriepacks, Hochspannungsrelaisgehäuse, Komponenten der Sammelschienenisolierung und Teile des Ladesystems.
Automobilelektronik
Steuergerätegehäuse, Sensorgehäuse, Sicherungskästen und Steckverbindersysteme sind erhöhten Temperaturen ausgesetzt.
Industrielle Ausrüstung
Gehäuse für Leistungsschalter, Schaltanlagenkomponenten und Isolierteile für die Kleinserienfertigung.
Luft- und Raumfahrt
Leichte Innenausstattungskomponenten und funktionale Prototypen, die Flammbeständigkeit erfordern.
SLS-Fertigungsüberlegungen
Bei Verwendung mit TPM3D SLS-Systemen wie dem P360-PlattformPrecimid1171 GF30 FR BLK unterstützt einen Arbeitsablauf, der den Werkzeugbedarf eliminiert.
Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:
- Direkte digitale Teilefertigung (CAD zu Teil)
- Zusammenführung komplexer Geometrien zu einzelnen Bauteilen
- Wiederverwendbarkeit des Pulvers zur Reduzierung von Materialabfällen in der Kleinserienfertigung
Fazit
Die UL94 5VA-Klassifizierung erweitert die potenziellen Anwendungsbereiche des SLS-3D-Drucks auf Umgebungen mit strengen Anforderungen an die Flammschutzklasse.
Durch die Kombination von Glasfaserverstärkung, erhöhter Wärmeleistung und hoher Flammbeständigkeit ermöglicht Precimid1171 GF30 FR BLK die Herstellung funktionaler Polymerkomponenten für regulierte Branchen, in denen die Sicherheit von entscheidender Bedeutung ist.
TPM3D entwickelt weiterhin SLS-Materialsysteme zur Unterstützung industrieller additiver Fertigungsanwendungen, die eine validierte mechanische und thermische Leistungsfähigkeit erfordern.
