3D printen met rubber: kan dat?

Kun je rubber 3D-printen?

De wereld van 3D-printen biedt eindeloze mogelijkheden met een overvloed aan materialen om uit te kiezen. Echter, niet alle materialen zijn geschikt voor het 3D-printproces, en rubber is daar een voorbeeld van. De kernvraag is: kun je rubber 3D-printen? Het antwoord is simpel: nee. Rubber is een gomachtig materiaal dat traditioneel heet in een mal wordt geperst, waar het afkoelt en vulkanisatie ondergaat. Door vulkanisatie verandert rubber in een vaste toestand en behoudt het zijn gevormde vorm. In tegenstelling tot andere materialen die gebruikt worden bij 3D-printen, keert rubber niet terug naar een vloeibare toestand bij het opnieuw opwarmen; in plaats daarvan verbrandt het, waardoor het ongeschikt is voor het proces. Voor succesvol 3D-printen moet het materiaal beheersbaar naar een vloeibare toestand overgaan, een eigenschap die rubber mist. Daarom stuit het proberen om rubber te 3D-printen op een fundamentele beperking van de materiaaleigenschappen en het inherent proces van 3D-printen.

What is possible?

Synthetic materials such as Thermoplastic elastomers (TPE’S) are good substitutes for rubber. TPE’s are suitable for printing. TPU filament is such TPE, it has the same flexibility as rubber but it will melt at 60°C. Rubber is an organic material: the properties of rubber cannot be affected. However, with TPU we’re able to determine for instance the hardness, the heat resistance and abrasion. We’re imitating the organic material, but we make sure to get the desired and most optimal properties.

TPE’s, including TPU, are used for various applications in the industry. You can think of shoe soles, but also industrial applications such as sealing rings are a good example.

Check the video below for an example we made with TPU (flex) filament during the Olympics in 2016:

Materiaalvergelijking

Bij het betreden van de wereld van 3D-printen met het doel om flexibele objecten te maken, is de keuze van het materiaal van groot belang. Hoewel rubber, door zijn inherente eigenschappen, niet geschikt is voor 3D-printen, vullen verschillende synthetische materialen deze leemte op. Onder deze materialen zijn thermoplastische elastomeren (TPE’s) toonaangevend vanwege hun rubberachtige flexibiliteit en 3D-printbaarheid. Een opvallend lid van de TPE-familie is thermoplastisch polyurethaan (TPU), dat de flexibiliteit van rubber combineert met de smeltbaarheid die nodig is voor 3D-printen. In deze sectie belichten we de belangrijkste verschillen tussen rubber en TPU en laten we zien hoe ze presteren in verschillende toepassingen.

• Flexibiliteit en duurzaamheid: Rubber staat bekend om zijn elasticiteit en duurzaamheid. TPU biedt echter ook een indrukwekkende mate van flexibiliteit, die kan worden aangepast door de printparameters te wijzigen, een eigenschap die rubber niet heeft.
• Smeltpunt: De noodzaak voor een materiaal om een beheersbaar smeltpunt te hebben voor 3D-printen plaatst TPU in de schijnwerpers. In tegenstelling tot rubber, dat verbrandt bij opnieuw opwarmen, smelt TPU bij ongeveer 60°C, wat het geschikt maakt voor 3D-printen.
• Hittebestendigheid en slijtvastheid: Hoewel rubber zijn eigenschappen behoudt over een breder temperatuurbereik, kan de hittebestendigheid van TPU worden aangepast aan de toepassing. Bovendien toont TPU goede slijtvastheid, wat nog een gunstige eigenschap van rubber nabootst.
• Organisch versus synthetisch: Rubber, als organisch materiaal, heeft een vaste reeks eigenschappen. TPU, een synthetisch materiaal, biedt daarentegen de mogelijkheid om eigenschappen zoals hardheid en hittebestendigheid aan te passen, waardoor het een veelzijdige keuze is voor verschillende toepassingen.
• Industriële toepassingen: Beide materialen vinden hun plaats in de industrie. Rubber is een klassieke keuze voor afdichtingen, banden en dempingssystemen, terwijl TPU uitblinkt in toepassingen zoals schoenzolen en afdichtringen, waar een balans tussen flexibiliteit en printbaarheid gewenst is.
• Kosten en beschikbaarheid: TPU’s toenemende populariteit in de 3D-printwereld heeft het relatief gemakkelijk verkrijgbaar en kosteneffectief gemaakt, vooral in vergelijking met de traditionele rubberproductieprocessen.

Het begrijpen van de verschillen tussen rubber en TPU, samen met hun respectieve voordelen en beperkingen, kan individuen en industrieën helpen weloverwogen beslissingen te nemen bij de keuze van materialen voor het 3D-printen van flexibele objecten.

Voors en Tegens van TPU voor 3D-printen

Thermoplastisch polyurethaan (TPU) is uitgegroeid tot een populair materiaal voor zowel individuen als industrieën die flexibele objecten willen 3D-printen. De eigenschappen ervan lijken veel op die van rubber, terwijl het ook aanpasbaar is aan het 3D-printproces. Net als elk materiaal heeft TPU echter zijn voordelen en nadelen als het gaat om 3D-printen. Deze sectie belicht de voors en tegens van het gebruik van TPU voor 3D-printtoepassingen.

• Voors:
  • Flexibiliteit: TPU is zeer flexibel en kan de elasticiteit van rubber nabootsen, wat het ideaal maakt voor een breed scala aan toepassingen waar flexibiliteit vereist is.
  • Aanpasbaarheid: De hardheid, hittebestendigheid en slijtvastheid van TPU kunnen worden aangepast om aan specifieke eisen te voldoen, wat een niveau van maatwerk biedt dat moeilijk te bereiken is met traditioneel rubber.
  • Duurzaamheid: TPU staat bekend om zijn duurzaamheid en weerstand tegen slijtage, wat cruciaal is voor industriële toepassingen.
  • Recycleerbaarheid: Als thermoplastisch materiaal kan TPU worden gerecycled, wat voordelig is vanuit een milieuperspectief.
  • Breed Toepassingsgebied: Van consumentenproducten zoals schoenzolen en telefoonhoesjes tot industriële toepassingen zoals afdichtringen en slangen, de veelzijdigheid van TPU is prijzenswaardig.
• Tegens:
  • Printmoeilijkheid: Printen met TPU kan uitdagend zijn, vooral voor beginners. Het vereist een goed gekalibreerde printer en een goed begrip van de printinstellingen.
  • Printsnelheid: TPU vereist een langzamere printsnelheid in vergelijking met meer rigide materialen zoals PLA of ABS om een nauwkeurige afzetting te garanderen en problemen zoals stringing te voorkomen.
  • Printercompatibiliteit: Niet alle 3D-printers zijn uitgerust om de flexibiliteit van TPU te verwerken. Printers met een directe aandrijving van de extruder zijn over het algemeen beter geschikt voor het printen met TPU.
  • Kosten: Hoewel TPU mogelijk kosteneffectiever is in vergelijking met sommige materialen, kan het nog steeds aan de hogere kant van de prijs zitten, vooral in vergelijking met meer gangbare 3D-printmaterialen zoals PLA.

Het begrijpen van de voordelen en uitdagingen van TPU voor 3D-printen kan individuen en bedrijven helpen bij het maken van weloverwogen beslissingen over of het het juiste materiaal is voor hun specifieke projecten. Met de juiste uitrusting en expertise kunnen de obstakels die gepaard gaan met TPU worden overwonnen, waardoor het volledige potentieel van TPU in 3D-printtoepassingen kan worden benut.

Toepassingsvoorbeelden van 3D-geprint TPU

De veelzijdigheid van thermoplastisch polyurethaan (TPU) strekt zich uit tot een scala aan toepassingen, waarbij de rubberachtige flexibiliteit samen met de precisie van 3D-printen innovatieve oplossingen biedt. Hieronder volgen enkele opmerkelijke toepassingsvoorbeelden van 3D-geprint TPU, die zijn potentieel in zowel consumenten- als industriële domeinen aantonen.

• Schoenen:
  • TPU wordt op grote schaal gebruikt in de schoenenindustrie om flexibele maar stevige zolen te creëren. 3D-printen met TPU maakt op maat gemaakte ontwerpen mogelijk die voldoen aan verschillende schoenbehoeften, of het nu gaat om sportschoenen, orthopedische inlegzolen of modieuze schoenen.
• Afdichtringen:
  • De inherente flexibiliteit en duurzaamheid van het materiaal maken het een prima keuze voor het vervaardigen van afdichtringen. 3D-geprinte TPU-afdichtringen kunnen worden aangepast aan specifieke afmetingen en toleranties, wat zorgt voor een stevige pasvorm en effectieve afdichting.
• Beschermhoezen:
  • Van smartphonehoesjes tot beschermkappen voor elektronica, 3D-geprint TPU biedt een combinatie van schokabsorptie en esthetische aantrekkingskracht. Het vermogen om dagelijks gebruik en slijtage te weerstaan, terwijl het een slanke uitstraling behoudt, is zeer gewaardeerd.
• Medische Apparaten:
  • In de medische sector wordt TPU gebruikt voor het creëren van flexibele componenten zoals leidingen, kussens en verschillende draagbare apparaten. De biocompatibele varianten kunnen in direct contact met het lichaam worden gebruikt, waardoor het een haalbaar materiaal is voor medische toepassingen.
• Automobielonderdelen:
  • De slijtvastheid en flexibiliteit van TPU vinden toepassingen in de auto-industrie voor onderdelen zoals lagers, koppelingen en flexibele slangen. 3D-printen maakt snelle prototyping en aanpassing van deze componenten mogelijk om aan specifieke voertuigmodellen te voldoen.
• Pakking- en Connectoronderdelen:
  • De mogelijkheid van TPU om luchtdichte afdichtingen te vormen en mechanische belasting te weerstaan, maakt het een voorkeursmateriaal voor pakkingen en connectoren. 3D-printen van deze onderdelen met TPU kan zorgen voor nauwkeurige afmetingen en verbeterde prestaties.
• Sportartikelen:
  • Items zoals aangepaste grips, flexibele beschermers en prestatiebevorderende sportuitrusting kunnen worden 3D-geprint met TPU om te voldoen aan de individuele behoeften van atleten, wat comfort en functionaliteit vergroot.
• GePersonaliseerde Promotieproducten:
  • De mogelijkheid tot maatwerk met 3D-printen maakt het mogelijk om gepersonaliseerde promotieproducten te creëren. TPU kan worden gebruikt om unieke, gemerkte items te maken die zowel functioneel als visueel aantrekkelijk zijn.

Deze toepassingen benadrukken het nut van TPU in de wereld van 3D-printen, wat innovatie bevordert over een breed scala van industrieën. De mogelijkheid om de materiaaleigenschappen en geometrieën door 3D-printen aan te passen, vergroot de voordelen van TPU, waardoor het een gewaardeerd materiaal is voor het aanpakken van complexe ontwerpproblemen.

Waar moet ik rekening mee houden bij het printen met TPU?

Printen met TPU is moeilijk. Daarom is het noodzakelijk om eerst met PLA te oefenen voordat je met TPU gaat printen. TPU heeft meer tijd nodig om te smelten en te vloeien. Als je te snel print, zal het materiaal instorten. Het is daarom belangrijk om de printsnelheid te verlagen. Ook is het type printer relevant voor het printen van TPU. Als de aandrijfmotor zich aan de achterkant van de printer bevindt, wordt het materiaal door de gehele extruder geduwd om uiteindelijk in de printkop te smelten. Bij printers met een directe aandrijving, waarbij de motor zich in de printkop bevindt, hoeft het filament niet door de gehele extruder te worden geduwd. Het hoeft alleen een kleine afstand te overbruggen totdat het gesmolten is. Stel je voor dat je een elastiek door een buis duwt; het elastiek zal zich ophopen: hoe groter de afstand, hoe moeilijker het wordt. Als de aandrijfmotor zich in de printkop bevindt, hoeft het filament een kleinere afstand te overbruggen. Daarom heb je een printer met een directe aandrijving nodig om goed te printen met TPU-filament.

Hoe de flexibiliteit beïnvloeden?

Er zijn verschillende TPE’s beschikbaar: sommige zijn echt rigide en andere zijn echt elastisch. De elasticiteit van het eindproduct wordt echter niet alleen beïnvloed door het gebruikte filament. De printtechniek heeft ook invloed op de elasticiteit. Hoe dunner je print, hoe elastischer je product wordt. Bijvoorbeeld: het printen van een honingraatstructuur creëert dunne lagen met lucht ertussen. Op deze manier kun je bepalen welk deel flexibeler is dan het andere. Dankzij de printtechniek kun je verschillende niveaus van flexibiliteit bereiken. Wanneer rubber wordt gevulkaniseerd, is het eindproduct altijd vast. Het is dus

Alternative Materials for Flexible 3D Printing

While Thermoplastic Polyurethane (TPU) stands as a popular choice for flexible 3D printing, there are other materials in the market that also offer flexibility alongside other distinct properties. Exploring these alternatives can provide a broader perspective and more options when embarking on projects requiring flexible components. Here are some of the alternative materials for flexible 3D printing:

• Thermoplastic Copolyester (TPC):
  TPCs are known for their elasticity and chemical resistance. They offer a good balance between flexibility and mechanical strength, making them suitable for applications like industrial tubing and flexible connectors.
• Flexible PLA (PolyLactic Acid):
  Flexible PLA is a softer variant of the standard PLA material. It offers a level of flexibility while maintaining the ease of printing that PLA is known for, making it a good starting point for those new to flexible 3D printing.
• Polyether Block Amide (PEBA):
  PEBA is recognized for its high elasticity and strength, resembling rubber-like properties. It’s suitable for applications where excellent mechanical properties and flexibility are required.
• FilaFlex:
  FilaFlex is a proprietary blend that boasts extreme flexibility, making it one of the most flexible 3D printing materials available. It’s ideal for applications where high flexibility is the priority.
• Elastollan (TPU-based):
  Elastollan is a type of TPU material but with variations in its formulation to cater to different application needs. It’s available in different grades to match varying levels of hardness and flexibility.
• FlexSolid:
  FlexSolid is known for its ease of printing and moderate flexibility. It’s a suitable choice for those looking to venture into flexible 3D printing without dealing with the challenges posed by ultra-flexible materials.
• Rubber-like Resins (for SLA/DLP printing):
  For those utilizing SLA or DLP 3D printing technologies, rubber-like resins are available that simulate the properties of rubber. These resins can achieve fine detail along with flexibility, making them a choice for precise, flexible parts.

Each of these materials brings a unique set of properties and advantages to the table. The choice between them would depend on the specific requirements of the project at hand, such as the degree of flexibility, chemical resistance, ease of printing, and the 3D printing technology being used. By understanding the characteristics of these alternative materials, individuals and organizations can make informed decisions to meet their flexible 3D printing needs best.

Can I combine support material with TPU?

When using support material, you should pay attention to the print and bed temperature. These have to be about the same as the temperature of the used filament. PVA requires approximately the same temperature as TPU and therefore PVA is the best option to combine with this filament. Besides support material, is it possible to combine TPU with another material? Yes, but in this case both should also have the same print and bed temperature. ABS requires a higher temperature than TPU. Therefore this wouldn’t be a good combination, because the TPU filament will melt on the print bed. Also, when printing with two materials, we advise to let the parts fit mechanically together. In this way the parts remain attached to each other, even if the print adhesion doesn’t stick together. More about printing with support material you will read here

Would you like to print flexible 3D models?

Our dddrop EVO Twin 3D printer features a direct drive, so it’s suitable for printing TPU. Furthermore, for optimum print quality, we offer our own dddrop TPU filament. In case you have any questions, please feel free to contact us: info@dddrop.com.  We would love to help you.

FAQ