TPU

TPU (thermoplastisches Polyurethan, englisch thermoplastic polyurethane) ist ein thermoplastisches Elastomer, also ein Werkstoff, der sich bei Gebrauchstemperatur wie Gummi verhält, aber wiederholt aufgeschmolzen und wie ein üblicher Thermoplast verarbeitet werden kann. Seine Ketten bestehen aus Hartsegmenten (Diisocyanat mit kurzkettigem Diol) und Weichsegmenten (Polyester- oder Polyetherpolyol). Die Hartsegmente bilden eine physikalische Vernetzung, die sich beim Erwärmen löst, sodass anders als bei Gummi keine Vulkanisation nötig ist.

Je nach Segmentverhältnis reicht die Härte von etwa 60 Shore A (weicher Gummi) bis zu steifen, nur leicht elastischen Typen, die in Shore D gemessen werden. Im 3D-Druck sind Typen von 85A bis 98A am häufigsten. Die Reißdehnung beträgt meist mehrere hundert Prozent. Die Hauptstärke ist die sehr hohe Abrieb- und Weiterreißfestigkeit, in der TPU die meisten Gummisorten übertrifft, dazu kommen eine gute Beständigkeit gegen Öle, Fette und Kraftstoffe und Elastizität auch bei Frost. Dauerhaft wird TPU meist bis etwa 80 °C eingesetzt.

Polyester-TPU hat bessere mechanische Eigenschaften und eine höhere Abrieb- und Ölbeständigkeit, unterliegt in warmer, feuchter Umgebung jedoch der Hydrolyse. Polyether-TPU ist hydrolyse- und mikrobenbeständiger und bleibt bei Kälte besser elastisch, daher wird es für Teile im Wasser und im Freien gewählt. Aromatische Typen vergilben unter Licht, aliphatische sind lichtbeständig und werden für transparente Folien und Sichtteile verwendet.

TPU wird im Spritzguss, in der Extrusion (Schläuche, Folien, Kabelmäntel, Riemen) und im Zweikomponenten-Spritzguss verarbeitet, bei dem die weiche Komponente direkt auf ein hartes PC- oder ABS-Teil gespritzt wird (Soft-Touch-Griffe, integrierte Dichtungen). Im 3D-Druck kommen der FDM-Druck (Düse meist 210 bis 240 °C, langsamer Druck, Extruder mit kurzem Filamentweg, idealerweise Direct Drive) und die Pulververfahren SLS und MJF zum Einsatz, mit denen sich weiche Gitterstrukturen mit gezielt eingestellter Steifigkeit drucken lassen. Weiche Typen sind schwer zu zerspanen, härtere Polyurethane werden aber etwa zu Hydraulikdichtungen gedreht, und flache Teile aus Platten werden per Wasserstrahlschneiden zugeschnitten oder gestanzt.

Setzen Sie TPU für Teile ein, die elastisch sein, Stöße und Schwingungen dämpfen oder Abrieb widerstehen sollen: Gerätefüße und Puffer, Dämpfungsunterlagen, Schutzkappen und Schutzhüllen, Faltenbälge, Lauf- und Umlenkrollen, Riemen, Schläuche, Kabelmäntel, Schuhsohlen, Handgriffe und Greiferbacken.

In der Produktentwicklung ist TPU aus dem 3D-Druck ein schneller Weg zu Prototypen von Gummiteilen ohne Werkzeugbau. Für Sichtteile und Kleinserien mit genau definierter Härte bietet sich der Vakuumguss von Polyurethanharzen in Silikonformen an, für Großserien der Spritzguss.

TPU ist kein universeller Ersatz für Gummi. Unter dauerhafter Kompression, vor allem bei erhöhter Temperatur, hat es einen größeren Druckverformungsrest (Compression Set) als vulkanisierte Elastomere wie EPDM oder NBR, und eine statische TPU-Dichtung kann mit der Zeit nachlassen. Für dauerhaft höhere Temperaturen, Heißwasser oder Dampf wählen Sie je nach Umgebung ein anderes Elastomer, etwa EPDM oder Silikon.

Die Shore-Härte allein bestimmt nicht die Steifigkeit des Bauteils. Bei 3D-gedruckten Teilen hängt diese stark von Wandstärke, Füllung und Geometrie ab, prüfen Sie die Funktion deshalb am Muster. Filamente unter 85A lassen sich nur schwer und langsam drucken. TPU ist hygroskopisch und muss vor dem Druck wie vor dem Spritzgießen getrocknet werden. Nennen Sie in der Anfrage die Härte, den Typ (Polyester oder Polyether) und die Einsatzumgebung des Teils.