Verschleiß von additiv gefertigten »weichen« Kunststoffen

16.1.2017

Abriebspur der additiv gefertigten TPU Probe – die senkrecht zur Aufbaurichtung verlaufenden Strukturen in der Reibspur entsprechen den Schichten, aus denen das Bauteil aufgebaut ist.

Additive Fertigungsverfahren sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn Produkte in kleinen Stückzahlen hergestellt werden müssen. Ein typisches Anwendungsfeld dieser Verfahren sind daher individuell angepasste Produkte, im Bereich der Medizintechnik beispielsweise patientenspezifisch angepasste Implantate oder Orthesen. Mit thermoplastischem Polyurethan (TPU) steht seit kurzer Zeit ein »weiches« Polymer für das selektive Lasersintern zur Verfügung, welches für Bauteile verwendet werden kann, die sonst aus Elastomeren gefertigt werden. Eine mögliche Anwendung von additiv gefertigtem TPU sind orthopädische Einlege- und Laufsohlen. Bei Laufsohlen stellt sich die Frage nach tribologischen Kenngrößen des Materials. Der Abrieb von additiv gefertigten Polymerbauteilen ist unseres Wissens bisher noch nicht im Detail untersucht worden – insbesondere, inwieweit der schichtweise Aufbau des Bauteils die Abriebmechanismen prägt, und ob die Schichtstruktur zu richtungsabhängigen Verschleißraten führt. Hierzu wurden Klingenabrasionstests mit unterschiedlichen Orientierungen der Reibrichtung zur Aufbaurichtung der additiv gefertigten TPU Proben durchgeführt. Im Gegensatz zu Klingenabrasionstests an konventionellen Elastomerproben bildet sich keine Riefenstruktur senkrecht zur Gleitrichtung der Klinge aus – in der Reibspur bleibt beim additiv gefertigten TPU die Lagenstruktur deutlich sichtbar, die durch den schichtweisen Aufbau bedingt ist. Abriebpartikel entstehen durch Risse, die zwischen einzelnen Schichten verlaufen. Eine Richtungsabhängigkeit der Abriebrate konnte nicht nachgewiesen werden, wobei das additiv gefertigte TPU eine höhere Abriebresistenz als vergleichbare Laufsohlenmaterialien aufwies.