TPU

TPU (termoplastický polyuretan, anglicky thermoplastic polyurethane) je termoplastický elastomer, tedy materiál, který se při provozní teplotě chová podobně jako pryž, ale dá se opakovaně tavit a zpracovávat jako běžný termoplast. Jeho řetězce tvoří tvrdé segmenty (diisokyanát s krátkým diolem) a měkké segmenty (polyesterový nebo polyetherový polyol). Tvrdé segmenty vytvářejí fyzikální síťování, které se při zahřátí uvolní, takže na rozdíl od pryže není potřeba vulkanizace.

Tvrdost TPU se podle poměru segmentů pohybuje přibližně od 60 Shore A, což odpovídá měkké pryži, až po typy měřené na stupnici Shore D, které jsou tuhé a jen mírně pružné. Pro 3D tisk se nejčastěji používají typy 85A až 98A. Tažnost do přetržení bývá několik set procent. Hlavní předností TPU je velmi vysoká odolnost proti oděru a dalšímu trhání, v níž překonává většinu pryží, dále dobrá odolnost proti olejům, tukům a palivům a pružnost i v mrazu. Trvale se TPU obvykle používá do zhruba 80 °C.

Polyesterové TPU mají lepší mechanické vlastnosti a odolnost proti oděru a olejům, v teplém a vlhkém prostředí však podléhají hydrolýze. Polyetherové TPU jsou odolnější proti hydrolýze a mikroorganismům a lépe si zachovávají pružnost za nízkých teplot, proto se volí pro díly ve vodě a venku. Aromatické typy na světle žloutnou, alifatické jsou světlostálé a používají se na průhledné fólie a pohledové díly.

TPU se zpracovává vstřikováním, extruzí (hadice, fólie, pláště kabelů, řemeny) a dvoukomponentním vstřikováním, kdy se měkká vrstva nastříkne přímo na tvrdý díl z PC nebo ABS (soft-touch rukojeti, integrovaná těsnění). Ve 3D tisku se používá FDM (tryska obvykle 210 až 240 °C, pomalý tisk a extrudér s krátkou dráhou filamentu, ideálně direct drive) a práškové technologie SLS a MJF, které umožňují tisknout měkké mřížkové struktury s cíleně nastavenou tuhostí. Měkké typy se obrábějí obtížně, tvrdší polyuretany se však soustruží například na těsnění hydrauliky a ploché díly z desek se řežou vodním paprskem nebo vysekávají.

TPU volte pro díly, které mají být pružné, tlumit rázy a vibrace nebo odolávat oděru: nožky a nárazníky, tlumicí podložky, ochranné kryty a návleky, měchy, pojezdová kolečka a kladky, řemeny, hadice, pláště kabelů, podrážky, madla a úchopové prvky chapadel.

Ve vývoji produktu je TPU z 3D tisku rychlou cestou k prototypům pryžových dílů bez výroby formy. Pro vzhledové díly a malé série s přesně danou tvrdostí se nabízí vakuové lití polyuretanových pryskyřic do silikonových forem, pro velké série vstřikování.

TPU není univerzální náhradou pryže. Pod trvalým stlačením, zejména za zvýšené teploty, má větší trvalou deformaci (compression set) než vulkanizované pryže, jako je EPDM nebo NBR, takže statické těsnění z TPU může časem povolit. Pro trvale vyšší teploty, horkou vodu nebo páru zvolte jiný elastomer, například EPDM nebo silikon podle prostředí.

Tvrdost Shore sama o sobě neurčuje tuhost dílu. U 3D tištěného dílu ji výrazně ovlivňuje tloušťka stěn, výplň a geometrie, proto funkci ověřte na vzorku. Měkké filamenty pod 85A se tisknou obtížně a pomalu. TPU je navlhavý, a proto jej před tiskem i vstřikováním sušte. V poptávce uveďte tvrdost, typ (polyesterový nebo polyetherový) a prostředí, ve kterém bude díl pracovat.