TPU Druckbett Temperatur | Beste Einstellungen

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TPU kann zwar theoretisch auch auf einer unbeheizten Bauplatte gedruckt werden. Das ist aber nicht ratsam – bessere Ergebnisse erzielst du, wenn du die Bauplatte aufheizt.

50 ± 10 °C und darunter ist optimal, wärmer sollte es nicht werden. Aber warum ist das so? Was verändert sich im Bereich zwischen 50 °C und 60 °C?

TPU oder thermoplastisches Polymer ist flexibel, aber gleichzeitig ist das Material beständig. Das macht es für manche Anwendungen perfekt, stellt aber auch höhere Anforderungen an den Druck. Hast du mit PLA schon etwas Erfahrung, wirst du dich bei TPU an anderen Grundsätzen orientieren müssen.

Auch bei TPU gilt es, die Druckeinstellungen aufeinander abzustimmen, um Probleme zu verhindern. Die Temperatur des Druckbetts ist nur einer der verschiedenen Parameter. TPU ist allerdings nicht ein einziges Material, sondern eine ganze Gruppe meist nicht näher gekennzeichneter Polymere.

Diese haben alle unterschiedliche Eigenschaften. Wie genau du deinen 3D-Drucker einstellst, wie das Material beim Druck und in der Abkühlphase reagiert, hängt von der Materialmischung ab. Du kommst also nicht darum herum, ein bisschen auszuprobieren. Nur so findest du letztendlich heraus, bei welcher Heizplatten-Temperatur die Druckergebnisse bestmöglich ausfallen.

TPU kann ohne beheiztes Druckbett gedruckt werden – die Haftung ist dann aber sehr schlecht. Die ideale Druckbett Temperatur für TPU ist 50 ± 10 °C. Die Druckbett Haftung kann durch Blue Tape, PEI Folien oder Klebestiften weiter erhöht werden.

Warum TPU?

TPU ist als Material irgendwo zwischen Gummi und Kunststoff anzusiedeln. Es ist flexibel, aber gleichzeitig beständig. Du stellst aus TPU also elastische Teile her, die trotzdem einer hohen Belastung standhalten.

TPU-Druckteile lassen sich leicht biegen und komprimieren. Deshalb ist das Material zum Beispiel für Smartphone-Schutzhüllen beliebt. Aber vielleicht willst du ja auch andere technische Geräte wie beispielsweise MP3-Player, Kamera oder den Tablet-PC deines Nachwuchses mit einer flexiblen Hülle aus TPU ausstatten?

Das bessere TPE

Thermoplastisches Polyurethan (TPU) ist ein Elastomer und steht in seinen Eigenschaften dem TPE, kurz für thermoplastisches Elastomer, nahe. TPE ist anspruchsvoller als TPU. 

Deshalb solltest du insbesondere dann, wenn du dich noch nicht so tiefgehend mit dem 3D-Druck und den verschiedenen Filamenten befasst hast, eher mit TPU abgeben als mit TPE.

Betrachten wir die Entwicklungsgeschichte des 3D-Drucks, ist TPU das neuere Material. Es handelt sich um eine Weiterentwicklung von TPE. Und das sind die Eigenschaften, die für die Verwendung von TPU sprechen:

• TPU ist so elastisch, dass es an Gummi erinnert.
• Die Reiß- und Abriebfestigkeit des Materials ist sehr hoch, das Material ist also haltbar.
• TPU lässt sich gut einfärben und kann auch transparent gedruckt werden.
• TPU hat eine hohe Reißdehnung. Das bedeutet: Du kannst daran zerren und es dehnen, es zerreisst nicht.
• TPU ist thermisch stabil, zersetzt sich also bei Hitze nicht. Es ist witterungsbeständig.
• Wie andere thermoplastische Elastomere ist TPU UV-beständig.
• Das Material ist chemisch beständig: Öle, Fette und viele Lösungsmittel können ihm nichts anhaben.
• TPU ist fester als TPE und damit leichter zu drucken.

TPU ist die Kurzform für „thermoplastische Polyurethan-Elastomere“. Dieses Material ist bei Raumtemperatur elastisch und verhält sich wie ein klassisches Elastomere, also Gummi. Erwärmst du das Material, kannst du es plastisch (nachhaltig) verformen.

Auf Ebene der Moleküle handelt es sich bei TPU um Mehrphasensysteme. Sie bestehen aus einer thermoplastischen Hartphase und einer elastomeren Weichphase, die sich als Molekül Segmente abwechseln. Allerdings gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Hartphasen und Weichphasen zusammenzusetzen. Und das genaue Mischverhältnis ist für die Eigenschaften des Materials wichtig.

Denn bei Gebrauchstemperatur liegen die weichen Segmente oberhalb und die harten Segmente unterhalb der Glas- oder Schmelztemperatur. Abhängig von diesem Verhältnis kann TPU auch immer wieder aufschmelzbar und damit wiederholt verarbeitbar sein. Transparenz, Flexibilität, Haftung und Weisheit des Materials werden mit dem Mischungsverhältnis festgelegt.

Einsatzmöglichkeiten

Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich TPU sehr gut für weiche Zwischen- oder Einlegesohlen in Schuhen. Auch orthopädische Modelle werden aus TPU erstellt. 

Dichtungen, Stopfen und Rohre in Fahrzeugen werden aufgrund der Beständigkeit gegenüber Ölen und Fetten gerne aus TPU gefertigt. Dir ist gerade ein Dichtungsring kaputt gegangen? Druck dir doch einfach selbst Ersatz!

Beheiztes oder unbeheiztes Druckbett?

TPU hat von Anfang an hervorragende haftende Eigenschaften. Die Schichten haften erstens sehr gut aneinander, und TPU haftet zweitens auch sehr gut am Druckbett. Beides hat Nachteile:

• Stimmen die Einstellungen nicht, neigt TPU zu Stringing, Warping und anderen Druckfehlern.
• Druckmodelle lösen sich manchmal nur sehr schlecht von der Bauplatte.
• Die einzelnen Schichten bleiben nach dem Druck sichtbar, denn TPU ist abriebfest und lässt sich nicht so einfach glätten. Lösen werden sie sich trotzdem nicht.
• Stützstrukturen lassen sich nur extrem schwer entfernen.

TPU kann auf ein unbeheiztes Druckbett aufgebracht werden – das Material haftet in der Regel trotzdem sehr gut. Wer mit TPU druckt, hat eher Probleme, das Objekt nach dem Druck von der Platte zu lösen.

Solltest Du aber Probleme haben, kannst Du das Druckbett auch beheizen. Es darf allerdings nicht zu warm sein, sonst wird das Material nicht richtig fest, schmiert, und das führt zu Druckfehlern.

Beheizt Du das Druckbett, sind 50 °C ein guter Ausgangspunkt. Wie bei allen Detailfragen im 3D-Druck: Du musst ein bisschen ausprobieren. Sollte die Temperatur noch zu niedrig sein, gehst du in kleinen Schritten höher und probierst immer weiter aus. Höher als 60 °C sollte die Temperatur aber definitiv nicht sein.

Damit sich das TPU auf dem Druckbett vernünftig verhält und nicht wie Sahne in der Sonne zerfließt, solltest du den Bauraum kühlen. Ein Teillüfter darf bei mittlerer und hoher Einstellung laufen.

Andere Lösungen bei Problemen mit der Haftung

Sehr gute haftende Eigenschaften sind toll, denn dann wird die berühmte erste Schicht auf jeden Fall korrekt aufgebaut. Für einen gelungenen Druck ist das die wichtigste Voraussetzung. Allerdings kann eine zu gute Haftung zu einem anderen Problem führen: Das Druckmodell lässt sich nicht mehr von der Platte lösen, ohne Schaden zu nehmen.

Das ist bei TPU auch ein wichtiges Thema: Die erste Schicht muss zwar gut haften, ohne zu schmieren. Aber nach dem Auskühlen muss sich das Modell trotzdem lösen lassen. Wie erreichst du das?

Eine Möglichkeit haben wir schon erwähnt: Du druckst mit einem beheizten Druckbett. Kühlt das Druckmodell aus, zieht sich das TPU zusammen. Weil sich das Druckbett nicht so viel zusammenzieht, springt das Modell von der Platte. Willst du trotzdem mit einem unbeheizten Druckbett arbeiten oder hast mit dem beheizten Druckbett keinen Erfolg gehabt, solltest du die folgenden Möglichkeiten ausprobieren.

Druckunterlage aus PEI

PEI ist eine Beschichtung, die in der Regel auf Aluminium-Dauerdruckplatten aufgetragen wird und eine ziemlich gute Haftung garantieren soll. Der Vorteil: Die Aluminiumplatte ist dünn und etwas flexibel.

Für TPU eignet sich diese PEI Folie* sehr gut.

Will sich dein Modell aus TPU nicht lösen, biegst du die Platte einfach ein bisschen in die eine oder andere Richtung. Dann sollte das Bauteil von alleine runter springen.

Alternativ gibt es PEI als Haftfolie. Diese Folie kannst du auf deine eigene Bauplatte aufkleben, wenn du diese Methode bevorzugst. Allerdings ist das keine Lösung, die lange oder gar sehr lange hält. PEI-Druckplatten reinigst du einfach mit Aceton*, wenn sie stärker verschmutzt sind.

Blue Tape

Blue Tape wird immer wieder als Tipp genannt, wenn die erste Schicht einfach nicht gut halten will. Gemeint sich Klebebänder mit einer etwas rauen Oberfläche.

Mit Abstand am beliebtesten ist das Scotch Blue Tape von 3M*.

Auf der rauen Oberfläche wird die berühmte erste Schicht in der Regel ganz sauber aufgetragen, so dass die Gefahr von Druckfehlern minimiert ist. Aber bei TPU besteht das Problem eher darin, dass du das ausgekühlte Druckmodell nicht so einfach von der Bauplatte lösen kannst.

Blue Tape kann mehrfach als Unterlage verwendet werden. Sobald die Haftwirkung nachlässt (nach ca. 25 Verwendungen, wenn keine Schäden entstanden sind), ziehst du es nach der Verwendung einfach ab. Will sich das Bauteil nicht lösen, ziehst du einfach das Klebeband von der Druckplatte. Durch die Bewegung und die dabei entstehende leichte Dehnung des Klebebands löst sich das Modell auch vom Band.

Klebestift

Fährst du mit einem Klebestift* über deine Druckplatte, hinterlässt der Stift eine leicht schmierige, klebrige Schicht. Auf dieser Schicht halten auch Filamente mit einer geringeren Eigenhaftung als TPU recht gut, so dass die wichtige erste Druckschicht sicherlich gelingt.

Die schmierige Masse auf der Bauplatte lässt dein Druckmodell schwimmen. Das TPU hat keinen Kontakt zur eigentlichen Bauplatte, sondern nur zu der klebrigen Masse. Dementsprechend leicht lässt es sich nach dem Auskühlen auch lösen, denn die Klebemasse hält nicht wirklich zuverlässig.

Der Nachteil dieser Methode liegt auf der Hand: Der Klebestift muss nach dem Ablösen des Modells von der Druckplatte entfernt werden. Auf dem Druckmodell sollte der Klebstoff auch nicht verbleiben.

Das Ganze kann also in eine ziemliche Schweinerei ausarten, denn Klebestift lässt sich nicht einfach mit einem Küchenpapier abwischen (das würde festkleben). Und mit einem feuchten Tuch ist es auch nicht getan. Deshalb sollte der Klebestift immer nur der allerletzte, verzweifelte Versuch kurz vor dem Aufgeben sein.

Druckeinstellungen für TPU in der Übersicht

Teillüfter auf mittlere oder hohe Einstellung, vielleicht das Druckbett beheizen, mit der Temperatur experimentieren: Du merkst es schon, bei TPU „kommt es darauf an“. TPU ist nicht gleich TPU. Abhängig von Hersteller, Lagerung, Druckeinstellungen und weiteren Parametern kann das Beheizen des Druckbetts zielführend sein oder auch nicht.

Verschiedene Parameter beeinflussen die Einstellungen

Generell wird TPU besser mit einem Direct Drive Extruder gedruckt, weil sich das flexible Material im Bowden-Extruder ansammeln kann und zu Verstopfung führen könnte. Wenn du allerdings alle Geschwindigkeiten im Slicer auf ca. 20 mm/s einstellt, kannst du auch mit einem Bowden sehr gut TPU drucken.

Der Extruder sollte das TPU bei 220 °C bis maximal 250 °C ausgeben.

Allerdings hängt die Temperatur wiederum stark davon ab, wie genau dein Modell aussehen soll. Je höher die Temperatur ist, desto weicher oder schmieriger wird das TPU. Ganz flüssig darf es nicht sein, weil sich so keine vernünftigen Schichten aufbauen lassen. Du musst also die beste Temperatur durch Ausprobieren finden.

Wie hoch genau die Temperatur an der Nozzle ist, unterscheidet sich bei den verschiedenen 3D-Druckern ebenfalls. Was du im Slicer einstellst, ist selten exakt das, was du am Gerät bekommst. Damit lassen sich die Diskrepanzen in den Empfehlungen ganz gut erklären.

Bei TPU fließt das flüssige Material schnell aus der Düse und tropft. Deshalb probierst du idealerweise erst einmal 225 °C aus und tastest dich in Schritten von jeweils 5 °C höher, bis du die ideale Temperatur gefunden hast.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Druckgeschwindigkeit. TPU wird nur bei niedrigen Geschwindigkeiten qualitativ hochwertig gedruckt. Üblich sind Einstellungen von 15 Millimeter pro Sekunde bis Maximal 20 Millimeter pro Sekunde.

TPU-Filamente können während des Druckens nicht so extrahieren, wie das idealerweise sein sollte. Deshalb verbinden sich Schichten ungünstig, es entstehen Perimeter. Erhöhst du den Extrusionsfaktor, kannst du das verhindern.

Retraction solltest du bei TPU auf jeden Fall deaktivieren, denn das flexible Material würde nur im Extruder gedehnt und komprimiert werden. Die Folge wäre im schlimmsten Fall eine komplette Verstopfung. Und daran lässt sich auch nichts ändern, wenn du die Temperaturen verstellst: TPU ist einfach flexibel.

Auf das oft übliche Raft solltest du ebenfalls verzichten. Denn das führt aufgrund der üblichen höheren Druckgeschwindigkeiten (bei den meisten Slicern einfach so festgelegt) zu Druckproblemen. Ein Raft lässt sich aufgrund der spezifischen Eigenschaften von TPU auch nur schwer vom fertigen Bauteil lösen – und das gilt so für alle anderen Support-Strukturen auch.

Fazit

TPU benötigt keinen beheizten Bauraum. Du brauchst auch keinen geschlossenen Bauraum. Druckst du TPU bei niedrigen Temperaturen, kommt es aufgrund der nicht ganz hohen Schrumpfung des Materials beim Auskühlen auch nicht so leicht zu Warping.

Die Druckqualität kannst du erhöhen, indem du eine beheizte Bauplatte verwendest. Meist werden Temperaturen von 50 ± 10 °C empfohlen. Über 60 °C sollte die Temperatur der Heizplatte nicht liegen, denn das würde das Druckergebnis eher negativ beeinflussen.

TPU ist allerdings nicht gleich TPU. Woraus genau die thermoplastischen Urethanelastomere bestehen, geben die Hersteller der Filamente in der Regel nicht an. Deshalb solltest du einfach ausprobieren, bei welcher Temperatur das Ergebnis auf der Bauplatte stimmt beziehungsweise am besten ausfällt.

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