Flammhemmende Materialien spielen eine entscheidende Rolle in verschiedenen Industriezweigen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilbranche und dem Schienenverkehr. Sie sorgen dafür, dass Bauteile nicht oder nur schwer entflammbar sind und strengen Sicherheitsanforderungen gerecht werden. Auch im Bereich des 3D-Drucks gewinnen solche Materialien zunehmend an Bedeutung unter anderem auch bei den Verfahren Selektives Lasersintern (SLS) und Fused Deposition Modeling (FDM).
Dieser Artikel stellt die wichtigsten flammhemmenden Materialien für beide Verfahren vor, erläutert ihre Eigenschaften und erklärt relevante Zertifizierungen.
Was bedeutet „flammhemmend“?
Flammhemmende Materialien enthalten entweder spezielle Additive oder weisen eine chemische Zusammensetzung auf, die ihre Entflammbarkeit reduziert. Sie müssen bestimmte Normen erfüllen, die das Brandverhalten regeln.
Wichtige Sicherheitsstandards sind unter anderem:
- UL94 V-0: Diese Einstufung ist Teil der UL 94 Norm, die von Underwriters Laboratories (UL) entwickelt wurde und die Entflammbarkeit von Kunststoffen bewertet. Sie ist besonders relevant für elektrische und elektronische Anwendungen. Die UL 94 V-0 Einstufung bedeutet, dass das Material nach Entfernen einer Flamme innerhalb von 10 Sekunden selbst verlöschen muss und keine brennenden Tropfen oder Partikel abgibt, die andere Materialien entzünden könnten. Im Vergleich zu anderen UL 94 Klassifizierungen ist V-0 die höchste Schutzstufe für vertikal getestete Proben.
- FAR 25.853: Vorschrift für Luftfahrtmaterialien zur Minimierung der Entflammbarkeit.
- EN 45545-2: Europäische Norm für Brandschutz in Schienenfahrzeugen.
- NFPA 130: Brandschutzbestimmungen für den öffentlichen Transport
Flammhemmende Materialien im FDM-Druck
Beim Fused Deposition Modeling (FDM) wird ein thermoplastisches Filament schichtweise durch eine beheizte Düse extrudiert. Dieses Verfahren zeichnet sich durch eine breite Materialvielfalt, kostengünstige Produktion und hohe Stabilität der Bauteile aus.
Flammhemmende Materialien für FDM
ULTEM™ 9085
- Eigenschaften: Hochleistungsthermoplast mit ausgezeichneter mechanischer Festigkeit, hoher Schlagzähigkeit und integrierter Flammhemmung.
- Zertifizierungen: UL94 V-0, FAR 25.853, EN 45545-2
- Anwendungen: Luftfahrt, Automobilindustrie, Bahntechnik – ideal für Flugzeugkabinen und sicherheitskritische Bauteile.
ULTEM™ 1010
- Eigenschaften: Noch höhere Temperaturbeständigkeit als ULTEM™ 9085, ausgezeichnete chemische Beständigkeit, hohe mechanische Stabilität.
- Zertifizierungen: UL94 V-0, FAR 25.853, biokompatibel (ISO 10993).
- Anwendungen: Medizinische Geräte, Lebensmittelkontakt, Hochleistungsbauteile – optimal für Hochtemperaturanwendungen.
Vergleich ULTEM™ 9085 vs. 1010
- ULTEM™ 9085 ist flexibler und eignet sich besser für Bauteile mit Stoßbelastung.
- ULTEM™ 1010 bietet eine höhere Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit.
Flammhemmende Materialien für das SLS-Verfahren
Beim SLS-Verfahren wird ein Polymerpulver mit einem Laser selektiv verschmolzen, um komplexe Geometrien und hochbelastbare Bauteile zu erzeugen. SLS eignet sich besonders für industrielle Anwendungen.
Flammhemmende Materialien für SLS
PA 2210 FR
- Eigenschaften: Hochleistungs-Polyamid mit integriertem Flammschutzmittel, hohe mechanische Stabilität, gute chemische Beständigkeit.
- Zertifizierungen: UL94 V-0, FAR 25.853
- Anwendungen: Luftfahrt, Elektronik, Automobilbranche – ideal für sicherheitskritische Komponenten.
PA 2241 FR
- Eigenschaften: Optimiert für industrielle Anwendungen, robust und leicht.
- Zertifizierungen: FAR 25.853 (keine UL94 V-0-Zertifizierung).
- Anwendungen: Luftfahrt, Bahntechnik, Automobilbau – geeignet für Anwendungen, bei denen ein gewisser Brandschutz notwendig ist, aber keine UL94 V-0-Zertifizierung erforderlich ist.
Fazit & Ausblick
Flammhemmende Materialien im 3D-Druck sind unverzichtbar für sicherheitskritische Anwendungen. Während ULTEM™ 9085 und 1010 im FDM-Bereich höchste Leistung und Zertifizierungen bieten, sind PA 2210 FR und PA 2241 FR die besten Optionen für das SLS-Verfahren.
Zukünftige Entwicklunge
- Fortschritte in der Materialforschung werden leistungsfähigere Hochleistungspolymere hervorbringen, die noch bessere mechanische, thermische und brandschutztechnische Eigenschaften besitzen.
- Nachhaltige flammhemmende Additive gewinnen an Bedeutung, um den CO₂-Fußabdruck von 3D-gedruckten Bauteilen zu reduzieren.
Unternehmen und Ingenieure sollten ihre Materialwahl immer auf die spezifischen Anforderungen ihrer Branche abstimmen und die entsprechenden Zertifizierungsstandards sorgfältig prüfen, um eine optimale Balance zwischen Sicherheit, Leistung und Wirtschaftlichkeit zu erreichen.