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DE102023104249A1 - Expandable 3D printing filament and method for its production - Google Patents

Expandable 3D printing filament and method for its production Download PDF

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DE102023104249A1
DE102023104249A1 DE102023104249.1A DE102023104249A DE102023104249A1 DE 102023104249 A1 DE102023104249 A1 DE 102023104249A1 DE 102023104249 A DE102023104249 A DE 102023104249A DE 102023104249 A1 DE102023104249 A1 DE 102023104249A1
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DE
Germany
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printing
expandable
polymer
pla
Prior art date
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Pending
Application number
DE102023104249.1A
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German (de)
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Benedikt Bitzer
Moritz Becker
Christoph Mack
Aaron Basler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
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Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von expandierbaren 3D-Druckfilamenten vorgeschlagen, indem ein 3D-Druckfilament aus einem thermoplastischen Polymer oder Polymer-Blend bereitgestellt und unterhalb seiner Schmelztemperatur bei gegenüber Umgebungsdruck erhöhtem Druck mit wenigstens einem Treibmittel imprägniert wird. Die Erfindung sieht vor, dass das wenigstens eine Treibmittel aus der Gruppe der wenigstens eine funktionelle Gruppe aufweisenden und/oder zumindest teilweise mit Fluor substituierten Kohlenwasserstoffe mit bis zu sechs Kohlenstoffatomen gewählt wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein mittels eines solchen Verfahrens erhältliches expandierbares 3D-Druckfilament aus einem mit wenigstens einem Treibmittel imprägnierten thermoplastischen Polymer oder Polymer-Blend sowie auf ein geschäumtes Polymer-Formteil, welches aus wenigstens einem expandierbaren 3D-Druckfilament der vorgenannten Art mittels 3D-Druckens hergestellt ist.A method for producing expandable 3D printing filaments is proposed by providing a 3D printing filament made of a thermoplastic polymer or polymer blend and impregnating it with at least one blowing agent below its melting temperature at a pressure higher than ambient pressure. The invention provides that the at least one blowing agent is selected from the group of hydrocarbons having at least one functional group and/or at least partially substituted with fluorine and having up to six carbon atoms. The invention further relates to an expandable 3D printing filament obtainable by means of such a method made of a thermoplastic polymer or polymer blend impregnated with at least one blowing agent, as well as to a foamed polymer molding which is produced from at least one expandable 3D printing filament of the aforementioned type by means of 3D printing.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von expandierbaren 3D-Druckfilamenten, indem ein 3D-Druckfilament aus wenigstens einem thermoplastischen Polymer bereitgestellt und unterhalb seiner Schmelztemperatur bei gegenüber Umgebungsdruck erhöhtem Druck mit wenigstens einem Treibmittel imprägniert wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein insbesondere mittels eines solchen Verfahrens hergestelltes expandierbares 3D-Druckfilament aus wenigstens einem thermoplastischen Polymer, welches mit wenigstens einem Treibmittel imprägniert ist, sowie auf ein geschäumtes Polymer-Formteil, welches aus wenigstens einem expandierbaren 3D-Druckfilament der vorgenannten Art mittels 3D-Druckens hergestellt ist.The invention relates to a method for producing expandable 3D printing filaments by providing a 3D printing filament made of at least one thermoplastic polymer and impregnating it with at least one blowing agent below its melting temperature at a pressure higher than ambient pressure. The invention further relates to an expandable 3D printing filament made of at least one thermoplastic polymer, which is impregnated with at least one blowing agent, produced in particular by means of such a method, and to a foamed polymer molded part which is produced from at least one expandable 3D printing filament of the aforementioned type by means of 3D printing.

Zur Herstellung von Polymer-Formteilen ist das auch als „fused deposition modeling“ (FDM) oder „fused filament fabrication“ (FFF) bezeichnete Schmelzschichtverfahren bekannt, welches in 3D-Druckern Anwendung findet und ein Fertigungsverfahren darstellt, bei welchem ein 3D-Druckfilament aus einem thermoplastischen Polymer oder aus einem Polymer-Blend aus mehreren thermoplastischen Polymeren plastifiziert und mittels einer üblicherweise im Druckkopf des 3D-Druckers vorgesehenen Düse schichtweise abgeschieden wird, um das letztlich aus einer Vielzahl an solchen Schichten gebildete Polymer-Formteil zu erzeugen. Dies ermöglicht einerseits eine auch zum Prototyping oder für Kleinserien geeignete, schichtweise Herstellung von relativ komplexen und beispielsweise durch herkömmliche thermoplastische Verarbeitungsverfahren, wie Spritzgießen, Extrudieren etc., nicht oder nur schwer herstellbaren Formteilen mit mehr oder minder komplexen Strukturen, wobei das Schmelzschichtverfahren andererseits zunehmend auch für die Serienfertigung von Polymer-Formteilen, insbesondere mit relativ komplexen Strukturen, eingesetzt wird.The melt layer process, also known as "fused deposition modeling" (FDM) or "fused filament fabrication" (FFF), is used in 3D printers and is a manufacturing process in which a 3D printing filament made of a thermoplastic polymer or a polymer blend of several thermoplastic polymers is plasticized and deposited layer by layer using a nozzle usually provided in the print head of the 3D printer in order to produce the polymer molded part ultimately made up of a large number of such layers. On the one hand, this enables layer-by-layer production of relatively complex molded parts with more or less complex structures that are not or only difficult to produce using conventional thermoplastic processing methods such as injection molding, extrusion, etc., and on the other hand, the melt layer process is increasingly being used for the series production of polymer molded parts, especially with relatively complex structures.

Bei dem Schmelzschichtverfahren mittels auch als „additive manufacturing“ bezeichneten 3D-Druckens wird üblicherweise ein dreidimensionales Modell des zu erzeugenden Formteils digital erstellt, was insbesondere mittels der bekannten Methoden des Computer Aided Designs (CAD) geschehen kann. Darüber hinaus wird mittels einer geeigneten Software, wie beispielsweise eines sogenannten Slicer-Programms (z.B. Cura™ oder dergleichen), das dreidimensionale Modell des zu erzeugenden Formteils in eine Mehrzahl an dünnen Schichten zerlegt, woraufhin das plastifizierte Polymer des 3D-Druckfilamentes mittels der Düse des entsprechend bewegten Druckkopfes schichtweise abgeschieden wird, um das Polymer-Formteil Schicht für Schicht aufzubauen. Unmittelbar nach dem Ausbringen des mehr oder minder strang- oder tropfenförmig aus der Düse des Druckkopfes ausgetragenen Polymerplastifikates beginnt der Erstarrungsprozess, wobei das abgeschiedene Plastifikat beispielsweise bei Umgebungstemperatur oder auch unter aktiver Abkühlung erstarrt.In the melt layer process using 3D printing, also known as “additive manufacturing”, a three-dimensional model of the molded part to be produced is usually created digitally, which can be done in particular using the well-known methods of computer-aided design (CAD). In addition, using suitable software, such as a so-called slicer program (e.g. Cura™ or the like), the three-dimensional model of the molded part to be produced is broken down into a number of thin layers, whereupon the plasticized polymer of the 3D printing filament is deposited layer by layer using the nozzle of the correspondingly moving print head in order to build up the polymer molded part layer by layer. Immediately after the polymer plasticized material is discharged from the nozzle of the print head in more or less strand or droplet form, the solidification process begins, with the deposited plasticized material solidifying, for example, at ambient temperature or with active cooling.

Ein dem Schmelzschichtverfahren mittels 3D-Druckern immanenter Nachteil besteht darin, dass sich einerseits die Dichte des gedruckten Polymer-Formteils bislang nur in geringem Maße beeinflussen lässt, andererseits die Druckzeiten für großvolumige Polymer-Formteile relativ lang sind, da nur sehr dünne Plastifikatstränge schichtweise abgeschieden werden können. Um die Dichte des gedruckten Polymer-Formteils zu verringern und zugleich Polymermaterial einzusparen, wird gegenwärtig üblicherweise der sogenannten Infill reduziert, womit die von außen nicht sichtbare innere Füllung bzw. die innere Stützstruktur des gedruckten Polymer-Formteils gemeint ist, wobei der Infill zwischen 100% (im Falle eines massiven bzw. gänzlich kompakten Polymer-Formteils) bis nahezu 0% (im Falle eines gänzlich hohlen Polymer-Formteils) betragen kann. Allerdings verschlechtern sich die mechanischen Eigenschaften des Polymer-Formteils mit abnehmendem Infill deutlich und stellen Kerbwirkungen, welche sich an den Übergängen von abgelegten bzw. aus den gedruckten 3D-Druckfilamenten erzeugten Strängen bilden, einen weiteren Schwachpunkt dar. Alternativ oder zusätzlich wird in jüngerer Zeit versucht, die Dichte des gedruckten Polymer-Formteils dadurch zu vermindern, indem mit Treibmitteln beladene 3D-Druckfilamente zum Einsatz gelangen, so dass der Plastifikatstrang während des 3D-Druckens aufgeschäumt werden kann und ein geschäumtes Polymer-Formteil erhalten wird. Die hierdurch mögliche Verringerung der Dichte ist gegenwärtig jedoch beschränkt und es lassen sich auf diese Weise minimale Dichten des Polymer-Formteils von bis zu etwa 400 kg/m3 erzielen.An inherent disadvantage of the melt layer process using 3D printers is that, on the one hand, the density of the printed polymer molding can only be influenced to a small extent, and, on the other hand, the printing times for large-volume polymer moldings are relatively long, since only very thin plastic strands can be deposited layer by layer. In order to reduce the density of the printed polymer molding and at the same time save polymer material, the so-called infill is currently usually reduced, which means the inner filling or the inner support structure of the printed polymer molding that is not visible from the outside, whereby the infill can be between 100% (in the case of a solid or completely compact polymer molding) to almost 0% (in the case of a completely hollow polymer molding). However, the mechanical properties of the polymer molded part deteriorate significantly as the infill decreases, and notch effects that form at the transitions between strands deposited or produced from the printed 3D printing filaments represent another weak point. Alternatively or additionally, attempts have recently been made to reduce the density of the printed polymer molded part by using 3D printing filaments loaded with blowing agents, so that the plasticized strand can be foamed during 3D printing and a foamed polymer molded part is obtained. However, the reduction in density that can be achieved in this way is currently limited, and minimum densities of the polymer molded part of up to around 400 kg/m 3 can be achieved in this way.

Die WO 2020/043669 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von expandierbaren 3D-Druckfilamenten sowie ein Verfahren zum 3D-Drucken von geschäumten Polymer-Formteilen aus solchen expandierbaren 3D-Druckfilamenten, wobei 3D-Druckfilamente aus thermoplastischen Polymeren unterhalb deren Schmelztemperatur unter erhöhtem Druck mit einem Treibmittel imprägniert werden. Dabei kommen als Treibmittel einerseits Inertgase, wie Kohlenstoffdioxid (CO2), Stickstoff (N2) oder auch Wasser (H2O), andererseits kurzkettige Alkane, wie iso-Butan, Pentan und cyclo-Pentan zum Einsatz. Von Nachteil ist insbesondere die praktisch nicht vorhandene Lagerfähigkeit der mit dem Treibmittel imprägnierten 3D-Druckfilamente, da das Treibmittel mehr oder minder spontan ausgast, sobald der anlässlich der Imprägnierung eingestellte Überdruck expandiert wird. Die 3D-Druckfilamente müssen daher unmittelbar nach ihrer Imprägnierung verdruckt werden, wobei sie in dem 3D-Drucker zunächst gekühlt werden müssen, bevor sie auf ihre Schmelztemperatur erwärmt werden, um das Plastifikat aufzuschäumen und schichtweise zu dem geschäumten Polymer-Formteil abzuscheiden. Darüber hinaus ist die maximal mögliche Dichtereduktion des geschäumten Polymer-Formteils auch hier begrenzt und beträgt bis zu etwa 45% bezogen auf ein entsprechendes kompaktes (ungeschäumtes) Formteil.The WO 2020/043669 A1 describes a process for producing expandable 3D printing filaments and a process for 3D printing foamed polymer moldings from such expandable 3D printing filaments, whereby 3D printing filaments made of thermoplastic polymers are impregnated with a blowing agent below their melting temperature under increased pressure. Inert gases such as carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen (N 2 ) or water (H 2 O) are used as blowing agents on the one hand, and short-chain alkanes such as isobutane, pentane and cyclopentane on the other. A particular disadvantage is the practically non-existent storage capacity of the 3D printing filaments impregnated with the blowing agent, since the blowing agent more or less spontaneously outgasses as soon as the temperature set during the impregnation is reached. Overpressure is used to expand the filaments. The 3D printing filaments must therefore be printed immediately after they have been impregnated. They must first be cooled in the 3D printer before they are heated to their melting temperature in order to foam the plastic and deposit it layer by layer to form the foamed polymer molded part. In addition, the maximum possible density reduction of the foamed polymer molded part is also limited here and amounts to up to around 45% compared to a corresponding compact (unfoamed) molded part.

Entsprechendes gilt weitestgehend für ein weiteres Verfahren zur Herstellung von expandierbaren 3D-Druckfilamenten im unmittelbaren Vorfeld zum 3D-Drucken von geschäumten Polymer-Formteilen hieraus gemäß der EP 3 403 806 A1 , indem die 3D-Druckfilamente unterhalb ihrer Schmelztemperatur mit Treibmitteln in Form von überkritischen Inertgasen, wie insbesondere Kohlendioxid, imprägniert werden.The same applies to a large extent to another process for producing expandable 3D printing filaments in the immediate run-up to 3D printing of foamed polymer moldings from them in accordance with the EP 3 403 806 A1 by impregnating the 3D printing filaments below their melting temperature with blowing agents in the form of supercritical inert gases, such as carbon dioxide in particular.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von expandierbaren 3D-Druckfilamenten der eingangs genannten Art sowie ein solchermaßen herstellbares 3D-Druckfilament und ein hieraus mittels 3D-Druckens erzeugtes geschäumtes Polymer-Formteil unter zumindest weitestgehender Vermeidung der vorgenannten Nachteile auf einfache und kostengünstige Weise dahingehend weiterzubilden, dass das expandierbare 3D-Druckfilament eine gegenüber dem Stand der Technik längere Lagerfähigkeit aufweist und mittels 3D-Druckens zu geschäumten Polymer-Formteilen mit geringerer Dichte verarbeitet werden kann, wobei das expandierbare 3D-Druckfilament insbesondere mittels herkömmlicher, kommerziell verfügbarer 3D-Drucker verdruckt werden können sollte.The invention is based on the object of developing a method for producing expandable 3D printing filaments of the type mentioned at the outset, as well as a 3D printing filament that can be produced in this way and a foamed polymer molded part produced therefrom by means of 3D printing, while at least largely avoiding the aforementioned disadvantages in a simple and cost-effective manner, such that the expandable 3D printing filament has a longer shelf life than the prior art and can be processed by means of 3D printing to form foamed polymer molded parts with a lower density, wherein the expandable 3D printing filament should be able to be printed in particular by means of conventional, commercially available 3D printers.

In verfahrenstechnischer Hinsicht wird diese Aufgabe erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das wenigstens eine Treibmittel aus der Gruppe der wenigstens eine funktionelle Gruppe aufweisenden und/oder zumindest teilweise mit Fluor substituierten Kohlenwasserstoffe mit bis zu sechs Kohlenstoffatomen gewählt wird.From a process engineering point of view, this object is achieved according to the invention in a process of the type mentioned at the outset in that the at least one blowing agent is selected from the group of hydrocarbons having at least one functional group and/or at least partially substituted with fluorine and having up to six carbon atoms.

In erzeugnistechnischer Hinsicht sieht die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe ferner ein mittels eines solchen Verfahrens herstellbares 3D-Druckfilament aus wenigstens einem thermoplastischen Polymer vor, welches mit wenigstens einem Treibmittel imprägniert ist, wobei das wenigstens eine Treibmittel aus der Gruppe der wenigstens eine funktionelle Gruppe aufweisenden und/oder zumindest teilweise mit Fluor substituierten Kohlenwasserstoffe mit bis zu sechs Kohlenstoffatomen gewählt ist.In terms of product technology, the invention further provides for solving this problem by means of such a process, a 3D printing filament made of at least one thermoplastic polymer which is impregnated with at least one blowing agent, wherein the at least one blowing agent is selected from the group of hydrocarbons having at least one functional group and/or at least partially substituted with fluorine and having up to six carbon atoms.

Darüber hinaus sieht die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe in erzeugnistechnischer Hinsicht ein geschäumtes Polymer-Formteil vor, welches aus wenigstens einem expandierbaren 3D-Druckfilament der vorgenannten Art hergestellt ist.Furthermore, in order to solve this problem, the invention provides, in terms of product technology, a foamed polymer molded part which is made from at least one expandable 3D printing filament of the aforementioned type.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass die erfindungsgemäßen Treibmittel dem expandierbaren 3D-Druckfilament eine gegenüber dem Stand der Technik erheblich längere Lagerfähigkeit von bis zu mehreren Wochen verleihen, so dass die imprägnierten 3D-Druckfilamente einerseits nicht unmittelbar nach der Imprägnierung verarbeitet werden müssen, andererseits mittels herkömmlichen 3D-Druckern zu geschäumten Polymer-Formteilen verarbeitet werden können. Das geschäumte Plastifikat erweist sich hierbei als sehr stabil und weist eine sehr homogene Porenstruktur auf, welche während des Erstarrens der Plastifikatstränge nicht kollabiert. Die Dichte eines auf diese Weise gedruckten geschäumten Polymer-Formteils lässt sich hierbei insbesondere durch Variation der Düsentemperatur und der Extrusionsgeschwindigkeit des 3D-Druckers in weiten Grenzen bis hin zu sehr geringen Dichten des Polymer-Formteils von weniger als 5% der Dichte eines entsprechenden kompakten (ungeschäumten) Polymer-Formteils bzw. bis hin zu Dichten in einer Größenordnung von etwa 30 kg/m3 bis etwa 40 kg/m3 steuern. Hierbei wird vermutet, dass insbesondere die im Vergleich mit den bislang bekannten Treibmitteln von expandierbaren 3D-Druckfilamenten relativ hohe Molmasse und die relativ hohen Dampfdrücke der erfindungsgemäßen Treibmittel bei einer gleichwohl hinreichend geringen Siede- bzw. Verdampfungstemperatur eine Rolle spielen. Wie bereits erwähnt, können die erfindungsgemäßen expandierbaren 3D-Druckfilamente dabei unter Verwendung von praktisch beliebigen bekannten 3D-Druckern mittels Schmelzschichten zu geschäumten Polymer-Formteilen mit einer vorgegebenen Geometrie verarbeitet werden.Surprisingly, it was found that the blowing agents according to the invention give the expandable 3D printing filament a considerably longer shelf life of up to several weeks compared to the prior art, so that the impregnated 3D printing filaments do not have to be processed immediately after impregnation, and can be processed into foamed polymer moldings using conventional 3D printers. The foamed plastic proves to be very stable and has a very homogeneous pore structure that does not collapse during the solidification of the plastic strands. The density of a foamed polymer molded part printed in this way can be controlled within wide limits, in particular by varying the nozzle temperature and the extrusion speed of the 3D printer, down to very low densities of the polymer molded part of less than 5% of the density of a corresponding compact (unfoamed) polymer molded part or up to densities in the order of about 30 kg/m 3 to about 40 kg/m 3. It is assumed that the relatively high molecular weight compared to the previously known blowing agents of expandable 3D printing filaments and the relatively high vapor pressures of the blowing agents according to the invention, with a nevertheless sufficiently low boiling or evaporation temperature, play a role. As already mentioned, the expandable 3D printing filaments according to the invention can be processed into foamed polymer molded parts with a predetermined geometry using virtually any known 3D printer by means of melt layers.

Bei der wenigstens einen, z.B. genau einen, funktionellen Gruppe der Kohlenwasserstoffe mit bis zu sechs Kohlenstoffatomen, wie sie erfindungsgemäß als Treibmittel der expandierbaren 3D-Druckfilamente eingesetzt werden, kann es sich vorzugsweise um Hydroxygruppen (-OH), Ethergruppen (-O-), Carboxylgruppen (-COOH) oder Estergruppen (-CO-O-) handeln. So kann in vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Treibmittel aus der Gruppe

  • - der Alkohole mit einer Hydroxygruppe, insbesondere aus der Gruppe der acyclischen und cyclischen Alkanole, z.B. Methanol, Ethanol, n-Propanol (Propan-1-ol), iso-Propanol (Propan-2-ol), n-Butanol (Butan-1-ol), isoButanol (2-Methyl-1-butanol), sec-Butanol (2-Butanol), tert-Butanol (2-Methyl-2-butanol), n-Pentanol (Pentan-1-ol), 2-Pentanol, 3-Pentanol, 2-Methyl-1-butanol, 3-Methyl-1-butanol etc.,
  • - der Ether, insbesondere aus der Gruppe der acyclischen und cyclischen Alkylether, z.B. Dimethylether (DME), Ethylmethylether, Diethylether, Methyl-n-propylether, Methyl-iso-propylether, Methyl-tert-butylether (MTBE), n-Butylmethylether, Ethyl-n-propylether, Ethyl-iso-propylether, Di-n-propylether, Ethylbutylether, Tetrahydrofuran (Oxacyclopentan), Tetrahydropyran (Oxacyclohexan) etc.,
  • - der Carbonsäuren mit einer Carboxylgruppe, insbesondere aus der Gruppe der acyclischen gesättigten Carbonsäuren, z.B. Ameisensäure (Methansäure), Essigsäure (Ethansäure), Propionsäure (Propansäure) etc., und
  • - der Ester, insbesondere aus der Gruppe der Carbonsäureester, z.B. Ameisensäuremethylester (Methylformiat), Ameisensäureethylester (Ethylformiat), Ameisensäurepropylester (Propylformiat), Ameisensäure-n- (Butylformiat), -sec- (sec-Butylformiat), oder -tert-butylester (tert-Butylformiat), Ameisensäurepentylester (Pentylformiat), Essigsäuremethylester (Methylacetat), Essigsäuremethylester (Ethylformiat), Essigsäurepropylester (Propylacetat), Essigsäure-n- (Butylacetat), -sec- (sec-Butylacetat), oder -tert-butylester (tert-Butylacetat), Proprionsäuremethylester (Methylpropionat), Propiosäureethylester (Ethylpropionat), Propionsäurepropylester Propylpropionat), Buttersäuremethylester (Methylbutyrat), Buttersäureethylester (Ethylbutyrat), Valeriansäuremethylester (Methylpentanoat) etc.,
gewählt wird. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei den zumindest teilweise mit Fluor substituierten Kohlenwasserstoffe mit bis zu sechs Kohlenstoffatomen, wie sie erfindungsgemäß als Treibmittel der expandierbaren 3D-Druckfilamente eingesetzt werden, vorzugsweise um Hydrofluoralkane (gesättigte Fluorkohlenwasserstoffe, „HFA“) und/oder Hydrofluoralkene (ungesättigte Fluorkohlenwasserstoffe, sogenannte Hydrofluorolefine, „HFO“) handeln, wie z.B. 1,3,3,3-Tetrafluorpropen, 2,3,3,3-Tetrafluorpropen etc.The at least one, eg exactly one, functional group of the hydrocarbons with up to six carbon atoms, as used according to the invention as blowing agents for the expandable 3D printing filaments, can preferably be hydroxy groups (-OH), ether groups (-O-), carboxyl groups (-COOH) or ester groups (-CO-O-). In an advantageous embodiment, it can be provided that the at least one blowing agent from the group
  • - alcohols with a hydroxy group, in particular from the group of acyclic and cyclic alkanols, e.g. methanol, ethanol, n-propanol (propan-1-ol), iso-propanol (propan-2-ol), n-butanol (butan-1-ol), isobutanol (2-methyl-1-butanol), sec-butanol (2-butanol), tert-butanol (2-methyl-2-butanol), n-pentanol (pentan-1-ol), 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol etc.,
  • - ethers, in particular from the group of acyclic and cyclic alkyl ethers, e.g. dimethyl ether (DME), ethyl methyl ether, diethyl ether, methyl n-propyl ether, methyl isopropyl ether, methyl tert-butyl ether (MTBE), n-butyl methyl ether, ethyl n-propyl ether, ethyl isopropyl ether, di-n-propyl ether, ethyl butyl ether, tetrahydrofuran (oxacyclopentane), tetrahydropyran (oxacyclohexane) etc.,
  • - carboxylic acids with a carboxyl group, in particular from the group of acyclic saturated carboxylic acids, e.g. formic acid (methanoic acid), acetic acid (ethanoic acid), propionic acid (propanoic acid) etc., and
  • - the esters, in particular from the group of carboxylic acid esters, e.g. methyl formate (methyl formate), ethyl formate (ethyl formate), propyl formate (propyl formate), n-formate (butyl formate), sec-formate (sec-butyl formate), or tert-butyl formate (tert-butyl formate), pentyl formate (pentyl formate), methyl acetate (methyl acetate), methyl acetate (ethyl formate), propyl acetate (propyl acetate), n-formate (butyl acetate), sec-formate (sec-butyl acetate), or tert-butyl acetate (tert-butyl acetate), methyl propionate (methyl propionate), ethyl propionate (ethyl propionate), propyl propionate (propyl propionate), methyl butyrate (methyl butyrate), ethyl butyrate (ethyl butyrate), methyl valerate (methyl pentanoate) etc.,
is selected. Alternatively or additionally, the hydrocarbons with up to six carbon atoms that are at least partially substituted with fluorine, as used according to the invention as blowing agents for the expandable 3D printing filaments, can preferably be hydrofluoroalkanes (saturated fluorocarbons, “HFA”) and/or hydrofluoroalkenes (unsaturated fluorocarbons, so-called hydrofluoroolefins, “HFO”), such as 1,3,3,3-tetrafluoropropene, 2,3,3,3-tetrafluoropropene, etc.

Bei einem erfindungsgemäßen expandierbaren 3D-Druckfilament kann demnach vorzugsweise vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Treibmittel aus der Gruppe

  • - der Alkohole mit einer Hydroxygruppe, insbesondere aus der Gruppe der acyclischen und cyclischen Alkanole, z.B. Methanol, Ethanol, n-Propanol (Propan-1-ol), iso-Propanol (Propan-2-ol), n-Butanol (Butan-1-ol), isoButanol (2-Methyl-1-butanol), sec-Butanol (2-Butanol), tert-Butanol (2-Methyl-2-butanol), n-Pentanol (Pentan-1-ol), 2-Pentanol, 3-Pentanol, 2-Methyl-1-butanol, 3-Methyl-1-butanol etc.,
  • - der Ether, insbesondere aus der Gruppe der acyclischen und cyclischen Alkylether, z.B. Dimethylether (DME), Ethylmethylether, Diethylether, Methyl-n-propylether, Methyl-iso-propylether, Methyl-tert-butylether (MTBE), n-Butylmethylether, Ethyl-n-propylether, Ethyl-iso-propylether, Di-n-propylether, Ethylbutylether, Tetrahydrofuran (Oxacyclopentan), Tetrahydropyran (Oxacyclohexan) etc.,
  • - der Carbonsäuren mit einer Carboxylgruppe, insbesondere aus der Gruppe der acyclischen gesättigten Carbonsäuren, z.B. Ameisensäure (Methansäure), Essigsäure (Ethansäure), Propionsäure (Propansäure) etc.,
  • - der Ester, insbesondere aus der Gruppe der Carbonsäureester, z.B. Ameisensäuremethylester (Methylformiat), Ameisensäureethylester (Ethylformiat), Ameisensäurepropylester (Propylformiat), Ameisensäure-n- (Butylformiat), -sec- (sec-Butylformiat), oder -tert-butylester (tert-Butylformiat), Ameisensäurepentylester (Pentylformiat), Essigsäuremethylester (Methylacetat), Essigsäuremethylester (Ethylformiat), Essigsäurepropylester (Propylacetat), Essigsäure-n- (Butylacetat), -sec- (sec-Butylacetat), oder -tert-butylester (tert-Butylacetat), Proprionsäuremethylester (Methylpropionat), Propiosäureethylester (Ethylpropionat), Propionsäurepropylester Propylpropionat), Buttersäuremethylester (Methylbutyrat), Buttersäureethylester (Ethylbutyrat), Valeriansäuremethylester (Methylpentanoat) etc., und
  • - Hydrofluoralkane (HFA) und/oder Hydrofluoralkene (HFO), z.B. 1,3,3,3-Tetrafluorpropen, 2,3,3,3-Tetrafluorpropen etc.,
gewählt ist.In an expandable 3D printing filament according to the invention, it can therefore preferably be provided that the at least one blowing agent is selected from the group
  • - alcohols with a hydroxy group, in particular from the group of acyclic and cyclic alkanols, e.g. methanol, ethanol, n-propanol (propan-1-ol), iso-propanol (propan-2-ol), n-butanol (butan-1-ol), isobutanol (2-methyl-1-butanol), sec-butanol (2-butanol), tert-butanol (2-methyl-2-butanol), n-pentanol (pentan-1-ol), 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol etc.,
  • - ethers, in particular from the group of acyclic and cyclic alkyl ethers, e.g. dimethyl ether (DME), ethyl methyl ether, diethyl ether, methyl n-propyl ether, methyl isopropyl ether, methyl tert-butyl ether (MTBE), n-butyl methyl ether, ethyl n-propyl ether, ethyl isopropyl ether, di-n-propyl ether, ethyl butyl ether, tetrahydrofuran (oxacyclopentane), tetrahydropyran (oxacyclohexane) etc.,
  • - carboxylic acids with a carboxyl group, in particular from the group of acyclic saturated carboxylic acids, e.g. formic acid (methanoic acid), acetic acid (ethanoic acid), propionic acid (propanoic acid) etc.,
  • - the esters, in particular from the group of carboxylic acid esters, e.g. methyl formate (methyl formate), ethyl formate (ethyl formate), propyl formate (propyl formate), n-formate (butyl formate), sec-formate (sec-butyl formate), or tert-butyl formate (tert-butyl formate), pentyl formate (pentyl formate), methyl acetate (methyl acetate), methyl acetate (ethyl formate), propyl acetate (propyl acetate), n-formate (butyl acetate), sec-formate (sec-butyl acetate), or tert-butyl acetate (tert-butyl acetate), methyl propionate (methyl propionate), ethyl propionate (ethyl propionate), propyl propionate (propyl propionate), methyl butyrate (methyl butyrate), ethyl butyrate (ethyl butyrate), methyl valerate (methyl pentanoate) etc., and
  • - Hydrofluoroalkanes (HFA) and/or hydrofluoroalkenes (HFO), e.g. 1,3,3,3-tetrafluoropropene, 2,3,3,3-tetrafluoropropene etc.,
is selected.

Die Imprägnierung der 3D-Druckfilamente aus wenigstens einem thermoplastischen Polymer unterhalb dessen Schmelztemperatur bei gegenüber Umgebungsdruck erhöhtem Druck mit dem wenigstens einen Treibmittel kann in als solcher bekannter Weise geschehen, indem die 3D-Druckfilamente z.B. einem Druckbehälter, wie einem Autoklaven oder dergleichen, aufgegeben werden, wonach der Druckbehälter mit dem jeweiligen Treibmittel oder einem Gemisch aus mehreren Treibmitteln beaufschlagt und gegebenenfalls temperiert wird. Hierfür hat es sich beispielsweise als zweckmäßig erwiesen, wenn das 3D-Druckfilament

  • - bei einem Druck zwischen größer etwa 1 bar und etwa 300 bar, insbesondere zwischen etwa 1,5 bar und etwa 200 bar, vorzugsweise zwischen etwa 2 bar und etwa 100 bar, z.B. zwischen etwa 5 bar und etwa 60 bar, und/oder
  • - bei einer Temperatur zwischen etwa 0°C und etwa 200°C, insbesondere zwischen etwa 0°C und etwa 100°C, vorzugsweise zwischen etwa 0°C und etwa 80°C, z.B. zwischen etwa 20°C und etwa 80°C, und/oder
  • - über einen Zeitraum zwischen etwa 1 min und etwa 30 h, insbesondere zwischen etwa 5 min und etwa 25 h, vorzugsweise zwischen etwa 10 min und etwa 20 h, z.B. zwischen etwa 30°min und etwa 20 h oder zwischen etwa 1 h und etwa 20 h,
mit dem wenigstens einen Treibmittel imprägniert wird. Dabei kann das Treibmittel während des Imprägniervorgangs durch entsprechende Steuerung von Druck und/oder Temperatur auch verflüssigt werden, oder das 3D-Druckfilament wird über einen entsprechenden Zeitraum dem im gasförmigen Zustand gehaltenen Treibmittel exponiert.The impregnation of the 3D printing filaments made of at least one thermoplastic polymer below its melting temperature at a pressure higher than ambient pressure with the at least one propellant can be carried out in a manner known per se by feeding the 3D printing filaments, for example, into a pressure vessel, such as an autoclave or the like, after which the pressure vessel is filled with the respective propellant or a mixture of several propellants and, if necessary, tempered. For this purpose, it has proven to be useful, for example, if the 3D printing filament
  • - at a pressure between greater than about 1 bar and about 300 bar, in particular between about 1.5 bar and about 200 bar, preferably between about 2 bar and about 100 bar, e.g. between about 5 bar and about 60 bar, and/or
  • - at a temperature between about 0°C and about 200°C, in particular between about 0°C and about 100°C, preferably between about 0°C and about 80°C, e.g. between about 20°C and about 80°C, and/or
  • - over a period of between about 1 minute and about 30 hours, in particular between about 5 minutes and about 25 hours, preferably between about 10 minutes and about 20 hours, e.g. between about 30 minutes and about 20 hours or between about 1 hour and about 20 hours,
with which at least one blowing agent is impregnated. The blowing agent can also be liquefied during the impregnation process by appropriate control of pressure and/or temperature, or the 3D printing filament is exposed to the blowing agent kept in the gaseous state for a corresponding period of time.

Je nach gewähltem Treibmittel und je nach dem bzw. den thermoplastischen Polymer(en) des 3D-Druckfilamentes kann letzteres beispielsweise bei einer Temperatur im Bereich der Umgebungstemperatur, unterhalb der Umgebungstemperatur oder auch oberhalb derselben mit dem wenigstens einen Treibmittel imprägniert werden, wobei es im letztgenannten Fall vorzugsweise nach der Imprägnierung unter Aufrechterhaltung des Druckes auf eine Temperatur abgekühlt wird, welche höchstens der Umgebungstemperatur entspricht. Auf diese Weise kann ein etwaiges ungewolltes Aufschäumen des 3D-Druckfilamentes am Ende der Imprägnierung verhindert werden, wobei der in dem Druckbehälter eingestellte Imprägnierdruck sodann vorzugsweise schlagartig entspannt wird, woraufhin der Druckbehälter geöffnet und das fertig imprägnierte expandierbare 3D-Druckfilament dem Druckbehälter entnommen werden kann.Depending on the selected propellant and the thermoplastic polymer(s) of the 3D printing filament, the latter can be impregnated with the at least one propellant, for example, at a temperature in the range of ambient temperature, below ambient temperature or even above it, wherein in the latter case it is preferably cooled after impregnation while maintaining the pressure to a temperature which corresponds at most to ambient temperature. In this way, any unwanted foaming of the 3D printing filament at the end of the impregnation can be prevented, wherein the impregnation pressure set in the pressure vessel is then preferably suddenly released, whereupon the pressure vessel is opened and the fully impregnated expandable 3D printing filament can be removed from the pressure vessel.

Die erfindungsgemäßen Treibmittel bieten sich grundsätzlich für beliebige bekannte thermoplastische Polymere an, wie sie in 3D-Druckfilamenten zum Einsatz gelangen können, um das 3D-Druckfilament während des 3D-Druckens aufzuschäumen und ein geschäumtes Polymer-Formteil mittels Schmelzschichten zu erzeugen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das wenigstens eine thermoplastische Polymer des expandierbaren 3D-Druckfilamentes aus der Gruppe

  • - der Polyolefine, insbesondere aus der Gruppe Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und Polybutylen (PB), einschließlich deren Copolymeren, insbesondere der Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren (EVA) und der Ethylen-Butylacetat-Copolymeren (EBA),
  • - der Polyoxymethylene (POM),
  • - der Polyalkylenterephthalate, insbesondere aus der Gruppe Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polybutylenadipatterephthalat (PBAT), Bis(2-ethylhexyl)terephthalat und Bis(hydroxyethyl)terephthalat,
  • - Polystyrol (PS) einschließlich dessen Copolymeren, insbesondere der Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS),
  • - der Polycarbonate (PC),
  • - der Polyamide (PA),
  • - der Polyimide (PI) einschließlich der Polyetherimide (PEI) und der Polyamidimide (PAI),
  • - der Polyhydroxyalkanoate (PHA),
  • - der Polysulfone, insbesondere aus der Gruppe Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES) und Polyphenylensulfon (PPSU),
  • - der Polyetheretherketone (PEEK),
  • - der Polyphenylensulfide (PPS),
  • - der thermoplastischen Polyurethane (TPU),
  • - Cellulose einschließlich deren Derivaten, insbesondere aus der Gruppe der Celluloseacetate und -propionate, und
  • - der Polylactide (PLA)
einschließlich deren Polymer-Blends gewählt wird bzw. ist.The blowing agents according to the invention are basically suitable for any known thermoplastic polymers, such as those that can be used in 3D printing filaments, in order to foam the 3D printing filament during 3D printing and to produce a foamed polymer molding by means of melt layers. For example, it can be provided that the at least one thermoplastic polymer of the expandable 3D printing filament is selected from the group
  • - polyolefins, in particular from the group polyethylene (PE), polypropylene (PP) and polybutylene (PB), including their copolymers, in particular ethylene-vinyl acetate copolymers (EVA) and ethylene-butyl acetate copolymers (EBA),
  • - polyoxymethylenes (POM),
  • - polyalkylene terephthalates, in particular from the group polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polybutylene adipate terephthalate (PBAT), bis(2-ethylhexyl) terephthalate and bis(hydroxyethyl) terephthalate,
  • - Polystyrene (PS) including its copolymers, in particular acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS),
  • - polycarbonates (PC),
  • - polyamides (PA),
  • - polyimides (PI), including polyetherimides (PEI) and polyamideimides (PAI),
  • - the polyhydroxyalkanoates (PHA),
  • - polysulfones, in particular from the group polysulfone (PSU), polyethersulfone (PES) and polyphenylenesulfone (PPSU),
  • - the polyetheretherketone (PEEK),
  • - polyphenylene sulfide (PPS),
  • - thermoplastic polyurethanes (TPU),
  • - Cellulose including its derivatives, in particular from the group of cellulose acetates and propionates, and
  • - polylactide (PLA)
including their polymer blends is or is selected.

In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass ein 3D-Druckfilament aus einem wenigstens zwei thermoplastische Polymere unterschiedlicher Kristallinität enthaltenden Polymer-Blend verwendet wird. In diesem Zusammenhang wurde gefunden, dass ein Polymer-Blend mit wenigstens einem vornehmlich amorphen thermoplastischen Polymer sowie wenigstens einem teilkristallinen thermoplastischen Polymer sowohl sehr hohe Beladungsgrade mit den erfindungsgemäßen Treibmitteln sowie hierdurch bedingte sehr geringe Dichten eines aus einem solchen expandierbaren 3D-Druckfilament gedruckten geschäumten Polymer-Formteil als auch eine sehr zuverlässige Handhabung des 3D-Druckvorgangs gewährleistet, wobei ein unkontrolliertes bzw. vorzeitiges Aufschäumen des 3D-Druckfilamentes verhindert wird. Es wird vermutet, dass hierbei die teilkristalline Phase des thermoplastischen Polymer-Blends das mit den erfindungsgemäßen Treibmitteln imprägnierte expandierbare 3D-Druckfilament stabilisiert, während die amorphe Phase des Polymer-Blends ein im Hinblick auf eine geringe Dichte sowie auf eine homogene Zellmorphologie eines stabilen Polymerschaumes gutes Aufschäum- und Schweißverhalten sicherstellt.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, it can be provided that a 3D printing filament made of a polymer blend containing at least two thermoplastic polymers of different crystallinity is used. In this context, it was found that a polymer blend with at least one predominantly amorphous thermoplastic polymer and at least one partially crystalline thermoplastic polymer ensures both very high loading levels with the blowing agents according to the invention and the resulting very low densities of a foamed polymer molded part printed from such an expandable 3D printing filament as well as very reliable handling of the 3D printing process, whereby uncontrolled or premature foaming of the 3D printing filament is prevented. It is assumed that the semi-crystalline phase of the thermoplastic polymer blend stabilizes the expandable 3D printing filament impregnated with the blowing agents according to the invention, while the amorphous phase of the polymer blend ensures good foaming and welding behavior with regard to a low density and a homogeneous cell morphology of a stable polymer foam.

Während hierbei vorzugsweise zumindest ein Polylactid (PLA) als Blend-Bestandteil eines solchen Polymer-Blends eingesetzt werden kann - sei es ein vornehmlich amorphes Polylactid oder sei es ein vornehmlich teilkristallines Polylactid -, hat es sich in diesem Zusammenhang als besonders vorteilhaft erweisen, wenn ein 3D-Druckfilament aus einem Polymer-Blend verwendet wird, welcher zumindest zwei Polylactide unterschiedlicher Kristallinität, insbesondere wenigstens ein vornehmlich amorphes Polylactid sowie wenigstens ein teilkristallines Polylactid, enthält.While preferably at least one polylactide (PLA) can be used as a blend component of such a polymer blend - be it a predominantly amorphous polylactide or a predominantly partially crystalline polylactide - it has proven to be particularly advantageous in this context if a 3D printing filament made of a polymer blend is used which contains at least two polylactides of different crystallinity, in particular at least one predominantly amorphous polylactide and at least one partially crystalline polylactide.

Bei einem erfindungsgemäßen expandierbaren 3D-Druckfilament kann demnach vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass es einen Polymer-Blend aus wenigstens zwei thermoplastischen Polymeren unterschiedlicher Kristallinität aufweist, wobei das expandierbare 3D-Druckfilament vorzugsweise einen Polymer-Blend aufweisen kann, welcher wenigstens ein, insbesondere zumindest zwei Polylactide unterschiedlicher Kristallinität, insbesondere wenigstens ein vornehmlich amorphes Polylactid sowie wenigstens ein teilkristallines Polylactid, enthält.In an expandable 3D printing filament according to the invention, it can therefore advantageously be provided that it has a polymer blend of at least two thermoplastic polymers of different crystallinity, wherein the expandable 3D printing filament can preferably have a polymer blend which contains at least one, in particular at least two polylactides of different crystallinity, in particular at least one predominantly amorphous polylactide and at least one partially crystalline polylactide.

Ausführungsbeispiele:Examples of implementation:

Es wurden einerseits aus verschiedenen thermoplastischen Polymermaterialien mittels eines Doppelschneckenextruders mit Schmelzepumpe, Kühlbad, Abzugs- und Wickeleinrichtung (kompakte) 3D-Druckfilamente erzeugt (Beispiele [1], [2] und [5] ff), andererseits wurden kommerziell erhältliche (kompakte) 3D-Druckfilamente bereitgestellt (Beispiele [3] und [4]). Hierbei wurden exemplarisch die folgenden Polymermaterialen verwendet:

  1. [1] Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) des Typs „PA-707“ (CHIMEI Corporation);
  2. [2] Cellulosepropionat (CP) des Typs „Cellidor CP 400-12“ (MOCOM Compounds GmbH & Co. KG);
  3. [3] 3D-Druckfilament aus Polylactid (PLA), teilkristallin, des Typs „eco-PLA“ (colorFabb B.V.);
  4. [4] 3D-Druckfilament aus Polylactid (PLA), teilkristallin, des Typs „tough PLA“ (colorFabb B.V.);
  5. [5] Polylactid (PLA), teilkristallin, hohe Kristallinität, des Typs „Luminy L175“ (Total Corbion PLA B.V.);
  6. [6] Polymer-Blend aus:
    • - 50 Mass.-% PLA, teilkristallin, hohe Kristallinität, des Typs „Luminy L175“ (Total Corbion PLA B.V.), und
    • - 50 Mass.-% PLA, amorph, des Typs „Luminy LX975“ (Total Corbion PLA B.V.);
  7. [7] Polylactid (PLA), teilkristallin, geringe Kristallinität, des Typs „Luminy LX175“ (Total Corbion PLA B.V.);
  8. [8] Polymer-Blend aus:
    • - 50 Mass.-% PLA, teilkristallin, geringe Kristallinität, des Typs „Luminy LX175“ (Total Corbion PLA B.V.), und
    • - 50 Mass.-% PLA, amorph, des Typs „Luminy LX975“ (Total Corbion PLA B.V.);
  9. [9] Polylactid (PLA), amorph, des Typs „Luminy LX975“ (Total Corbion PLA B.V.);
  10. [10] Polylactid (PLA) aus Recyclingmaterial;
  11. [11] Polycarbonat (PC) des Typs „Calibre 201-10“ (Trinseo S.A.); und
  12. [12] Polyhydroxybutyrat (PHBV) des Typs „Enmat Y1000P“ (TianAn Biologic Materials Co., Ltd.).
On the one hand, (compact) 3D printing filaments were produced from various thermoplastic polymer materials using a twin-screw extruder with melt pump, cooling bath, take-off and winding device (examples [1], [2] and [5] ff), on the other hand, commercially available (compact) 3D printing filaments were provided (examples [3] and [4]). The following polymer materials were used as examples:
  1. [1] Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS) type “PA-707” (CHIMEI Corporation);
  2. [2] Cellulose propionate (CP) of the type “Cellidor CP 400-12” (MOCOM Compounds GmbH & Co. KG);
  3. [3] 3D printing filament made of polylactide (PLA), semi-crystalline, of the type “eco-PLA” (colorFabb BV);
  4. [4] 3D printing filament made of polylactide (PLA), semi-crystalline, of the type “tough PLA” (colorFabb BV);
  5. [5] Polylactide (PLA), semi-crystalline, high crystallinity, of the type “Luminy L175” (Total Corbion PLA BV);
  6. [6] Polymer blend of:
    • - 50 mass% PLA, semi-crystalline, high crystallinity, of the type “Luminy L175” (Total Corbion PLA BV), and
    • - 50% by mass PLA, amorphous, type “Luminy LX975” (Total Corbion PLA BV);
  7. [7] Polylactide (PLA), semi-crystalline, low crystallinity, of the type “Luminy LX175” (Total Corbion PLA BV);
  8. [8] Polymer blend of:
    • - 50 mass% PLA, semi-crystalline, low crystallinity, of the type “Luminy LX175” (Total Corbion PLA BV), and
    • - 50% by mass PLA, amorphous, type “Luminy LX975” (Total Corbion PLA BV);
  9. [9] Polylactide (PLA), amorphous, type “Luminy LX975” (Total Corbion PLA BV);
  10. [10] Polylactide (PLA) from recycled material;
  11. [11] Polycarbonate (PC) of the type ‘Calibre 201-10’ (Trinseo SA); and
  12. [12] Polyhydroxybutyrate (PHBV) of the type “Enmat Y1000P” (TianAn Biologic Materials Co., Ltd.).

Die (kompakten) 3D-Druckfilamente gemäß den obigen Beispielen 1 bis 12 wurden in Form von Strangbündeln einem Druckbehälter in Form eines druck- und temperaturregelbaren Autoklaven mit 15 l Fassungsvermögen und Treibmittelzuführung aufgegeben und mit verschiedenen Treibmitteln imprägniert, wobei bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen als Treibmittel Dimethylether (DME) bzw. 1,3,3,3-Tetrafluorpropen (TFP) verwendet wurden. Anlässlich der Imprägnierung wurde der Autoklav zwecks Erzeugung eines geeigneten Imprägnierdruckes auf eine Imprägniertemperatur (TI) aufgeheizt und auf diese Weise ein im Wesentlichen konstanter Imprägnierdruck (pI) eingestellt, wobei diese Bedingungen über einen bestimmten Imprägnierzeitraum (tI) aufrechterhalten wurden. Danach wurde der Autoklav unter Aufrechterhaltung des Imprägnierdruckes (pI) auf Umgebungstemperatur von etwa 20°C abgekühlt, um ein etwaiges Aufschäumen des Treibmittels während der Imprägnierung zu verhindern. Sodann wurde der Druck schlagartig entspannt und der Autoklav geöffnet, um die expandierbaren 3D-Druckfilamente zu entnehmen und den jeweiligen Treibmittelgehalt gravimetrisch zu ermitteln.The (compact) 3D printing filaments according to the above examples 1 to 12 were fed in the form of strand bundles into a pressure vessel in the form of a pressure and temperature-adjustable autoclave with a capacity of 15 l and a blowing agent supply and impregnated with various blowing agents, with dimethyl ether (DME) or 1,3,3,3-tetrafluoropropene (TFP) being used as the blowing agent in the present embodiments. During the impregnation, the autoclave was heated to an impregnation temperature (T I ) in order to generate a suitable impregnation pressure and in this way an essentially constant impregnation pressure (p I ) was set, these conditions being maintained over a certain impregnation period (t I ). The autoclave was then cooled to ambient temperature of about 20°C while maintaining the impregnation pressure (p I ) to prevent any foaming of the blowing agent during impregnation. The pressure was then suddenly released and the autoclave opened to remove the expandable 3D printing filaments and determine the respective blowing agent content gravimetrically.

In der nachfolgenden Tabelle 1 sind die Imprägnierparameter sowie der nach der Imprägnierung erhaltene Treibmittelgehalt der 3D-Druckfilamente gemäß den obigen Beispielen 1 bis 12 zusammengestellt: Tabelle 1: Imprägnierung der 3D-Druckfilamente mit dem Treibmittel Dimethylether (DME) bzw. 1,3,3,3-Tetrafluorpropen (TFP) und hierdurch erzielte Treibmittelgehalte. Beispiel Treibmittel TI PI tI Treibmittelgehalt Art Menge [g] [°C] [bar] [h] [Mass.-%] [1] TFP 750 71 11,0 18 1,2 [2] DME 500 93 14,4 18 10,2 [3] DME 400 25 6,9 18 11,0 [4] DME 400 25 6,9 18 9,3 [5] DME 400 25 6,9 18 9,9 [6] TFP 750 25 6,0 18 16,0 [7] DME 400 25 6,9 18 11,7 [8] TFP 750 23 5,9 18 18,5 [9] TFP 750 27 6,2 5 26,77 [10] TFP 750 100 13,2 18 9,2 [11] TFP 750 71 11,0 18 0,9 [12] TFP 750 71 11,5 5 1,7 The following Table 1 lists the impregnation parameters and the blowing agent content of the 3D printing filaments obtained after impregnation according to the above examples 1 to 12: Table 1: Impregnation of the 3D printing filaments with the blowing agent dimethyl ether (DME) or 1,3,3,3-tetrafluoropropene (TFP) and the blowing agent contents achieved thereby. Example Propellant T I P I t I Propellant content Type Quantity [g] [°C] [bear] [h] [Mass%] [1] TFP 750 71 11.0 18 1.2 [2] DMEA 500 93 14.4 18 10.2 [3] DMEA 400 25 6.9 18 11.0 [4] DMEA 400 25 6.9 18 9.3 [5] DMEA 400 25 6.9 18 9.9 [6] TFP 750 25 6.0 18 16.0 [7] DMEA 400 25 6.9 18 11.7 [8] TFP 750 23 5.9 18 18.5 [9] TFP 750 27 6.2 5 26.77 [10] TFP 750 100 13.2 18 9.2 [11] TFP 750 71 11.0 18 0.9 [12] TFP 750 71 11.5 5 1.7

Aus den in der vorstehend beschriebenen Weise mit dem jeweiligen Treibmittel imprägnierten expandierbaren 3D-Druckfilamenten gemäß den Beispielen 1 bis 12 wurden mittels eines herkömmlichen, kommerziell erhältlichen 3D-Druckers des Typs „SOVOL SV-03“ geschäumte Polymer-Formteile gedruckt. Zu diesem Zweck wurden die expandierbaren 3D-Druckfilamente in den 3D-Drucker eingeführt und mittels Wärmezufuhr im Druckkopf plastifiziert, um sie zu verdrucken. Hierbei fällt anlässlich der Erweichung des thermoplastischen Polymers das Treibmittel aus der Polymermatrix aus und schäumt den Plastifikatstrang auf. Wie weiter unten noch näher erläutert, lässt sich der Aufschäumgrad durch entsprechende Einstellung der Prozessparameter, wie insbesondere der Vorschub- bzw. Druckgeschwindigkeit und der Düsentemperatur, in weiten Grenzen steuern, so dass geschäumte Polymer-Formteile direkt gedruckt und aufgrund der variablen Aufschäumgrade hinsichtlich ihrer Dichte gradierte Polymer-Formteile bei gleichwohl vollem (oder teilweisem) Infill erhalten werden können.Foamed polymer moldings were printed from the expandable 3D printing filaments according to Examples 1 to 12, which had been impregnated with the respective blowing agent in the manner described above, using a conventional, commercially available 3D printer of the type “SOVOL SV-03”. For this purpose, the expandable 3D printing filaments were introduced into the 3D printer and plasticized by applying heat in the print head in order to print them. As the thermoplastic polymer softens, the blowing agent precipitates out of the polymer matrix and foams the plasticized strand. As explained in more detail below, the degree of foaming can be varied to a wide extent by adjusting the process parameters accordingly, in particular the feed or printing speed and the nozzle temperature. Control limits so that foamed polymer moldings can be printed directly and, due to the variable foaming levels, polymer moldings graded in terms of their density can be obtained with full (or partial) infill.

In der nachstehenden Tabelle 2 sind exemplarische Druckparameter in Form des Düsendurchmessers (dD) und der Düsentemperatur (TD) des 3D-Druckers sowie der Vorschubgeschwindigkeit (F) des 3D-Druckfilamentes einschließlich der hierdurch erzielten Dichten eines geschäumten Polymer-Formteils wiedergegeben, wie sie durch Verdrucken der expandierbaren 3D-Druckfilamente gemäß den Beispielen 1 bis 12 erhalten worden sind. Tabelle 2: Druckparameter und Dichten der gedruckten geschäumten Polymer-Formteile. Beispiel Druckparameter Formteildichte TD [°C] F [mm/min] dD [mm] [kg/m3] [1] 270 300 0,6 650 [2] 185 175 0,4 58 [3] 180 350 0,6 381 [4] 180 350 0,6 331 [5] 170 250 0,6 183 [6] 180 350 0,6 107 [7] 160 350 0,6 101 [8] 145 500 0,6 42 [9] [keine Druckversuche durchgeführt] - [10] 220 350 0,8 429 [11] 270 250 0,6 807 [12] 245 300 0,8 829 Table 2 below shows exemplary printing parameters in the form of the nozzle diameter (d D ) and the nozzle temperature (T D ) of the 3D printer as well as the feed rate (F) of the 3D printing filament, including the densities of a foamed polymer molding achieved thereby, as obtained by printing the expandable 3D printing filaments according to Examples 1 to 12. Table 2: Printing parameters and densities of the printed foamed polymer moldings. Example Printing parameters Moulded part density T D [°C] F [mm/min] d D [mm] [kg/ m3 ] [1] 270 300 0.6 650 [2] 185 175 0.4 58 [3] 180 350 0.6 381 [4] 180 350 0.6 331 [5] 170 250 0.6 183 [6] 180 350 0.6 107 [7] 160 350 0.6 101 [8] 145 500 0.6 42 [9] [no pressure tests performed] - [10] 220 350 0.8 429 [11] 270 250 0.6 807 [12] 245 300 0.8 829

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Dabei zeigen:

  • 1 ein Schaubild mit rasterelektronenmikroskopischen Querschnittsansichten von anlässlich 3D-Druckens aufgeschäumten Strängen eines expandierbaren 3D-Druckfilamentes aus einem mit einem Treibmittel in Form von 1,3,3,3-Tetrafluorpropen (TFP) imprägnierten thermoplastischen Polymer-Blend aus 50 Mass.-% eines teilkristallinen Polylactids (PLA) mit geringer Kristallinität des Typs „Luminy LX175“ (siehe oben) und 50 Mass.-% eines amorphen Polylactids (PLA) des Typs „Luminy LX975“ (siehe oben) zur Veranschaulichung der Möglichkeiten einer Steuerung des Aufschäumgrades durch die Druckparameter Extrusionsgeschwindigkeit (F) und Düsentemperatur (TD) des 3D-Druckers;
  • 2 ein Schaubild der mittels 3D-Druckens erhaltenen Dichten (ρ) von aufgeschäumten Strängen eines mit dem Treibmittel Dimethylether (DME) imprägnierten expandierbaren 3D-Druckfilamentes aus einem teilkristallinen Polylactid (PLA) mit geringer Kristallinität des Typs „Luminy LX175“ (siehe oben) in Abhängigkeit der Extrusionsgeschwindigkeit (F) und der Düsentemperatur (TD) des 3D-Druckers;
  • 3 ein der 2 entsprechendes Schaubild für ein expandierbares 3D-Druckfilament aus einem mit demselben Treibmittel Dimethylether (DME) imprägnierten teilkristallinen Polylactid (PLA) mit hoher Kristallinität des Typs „Luminy L175“ (siehe oben);
  • 4 ein Schaubild der mittels 3D-Druckens erhaltenen Dichten (ρ) von aufgeschäumten Strängen eines mit dem Treibmittel 1,3,3,3-Tetrafluorpropen (TFP) imprägnierten expandierbaren 3D-Druckfilamentes aus einem teilkristallinen Polylactid (PLA) mit geringer Kristallinität des Typs „Luminy LX175“ (siehe oben) in Abhängigkeit der Extrusionsgeschwindigkeit (F) und der Düsentemperatur (TD) des 3D-Druckers;
  • 5 ein der 4 entsprechendes Schaubild für ein expandierbares 3D-Druckfilament aus einem mit demselben Treibmittel 1,3,3,3-Tetrafluorpropen (TFP) imprägnierten teilkristallinen Polylactid (PLA) mit hoher Kristallinität des Typs „Luminy L175“ (siehe oben);
  • 6 ein Schaubild der mittels 3D-Druckens erhaltenen Dichten (ρ) von aufgeschäumten Strängen eines mit dem Treibmittel 1,3,3,3-Tetrafluorpropen (TFP) imprägnierten expandierbaren 3D-Druckfilamentes aus einem Polymer-Blend aus einerseits 50 Mass.-% eines teilkristallinen Polylactids (PLA) mit geringer Kristallinität des Typs „Luminy LX175“ (siehe oben) und andererseits 50 Mass.-% eines amorphen Polylactids (PLA) des Typs „Luminy LX975“ (siehe oben) in Abhängigkeit der Extrusionsgeschwindigkeit (F) und der Düsentemperatur (TD) des 3D-Druckers;
  • 7 ein der 6 entsprechendes Schaubild für ein expandierbares 3D-Druckfilament aus einem mit demselben Treibmittel 1,3,3,3-Tetrafluorpropen (TFP) imprägnierten Polymer-Blend aus einerseits 65 Mass.-% des teilkristallinen Polylactids (PLA) mit geringer Kristallinität des Typs „Luminy LX175“ (siehe oben) und andererseits 35 Mass.-% des amorphen Polylactids (PLA) des Typs „Luminy LX975“ (siehe oben);
  • 8 ein den 6 und 7 entsprechendes Schaubild für ein expandierbares 3D-Druckfilament aus einem mit demselben Treibmittel 1,3,3,3-Tetrafluorpropen (TFP) imprägnierten Polymer-Blend aus einerseits 85 Mass.-% des teilkristallinen Polylactids (PLA) mit geringer Kristallinität des Typs „Luminy LX175“ (siehe oben) und andererseits 15 Mass.-% des amorphen Polylactids (PLA) des Typs „Luminy LX975“ (siehe oben); und
  • 9 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Lagerfähigkeit eines expandierbaren 3D-Druckfilamentes aus einem mit dem Treibmittel 1,3,3,3-Tetrafluorpropen (TFP) imprägnierten Polymer-Blend aus einerseits 50 Mass.-% eines teilkristallinen Polylactids (PLA) mit geringer Kristallinität des Typs „Luminy LX175“ (siehe oben) und andererseits 50 Mass.-% eines amorphen Polylactids (PLA) des Typs „Luminy LX975“ (siehe oben) entsprechend der 6 mit dem Anteil an Treibmittel (TFP) in Abhängigkeit von der Lagerzeit (t) bei verschiedenen Lagertemperaturen.
Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the drawings, in which:
  • 1 a diagram with scanning electron microscopic cross-sectional views of strands of an expandable 3D printing filament made of a thermoplastic polymer blend impregnated with a blowing agent in the form of 1,3,3,3-tetrafluoropropene (TFP) consisting of 50% by mass of a semi-crystalline polylactide (PLA) with low crystallinity of the type “Luminy LX175” (see above) and 50% by mass of an amorphous polylactide (PLA) of the type “Luminy LX975” (see above) to illustrate the possibilities of controlling the degree of foaming by the printing parameters extrusion speed (F) and nozzle temperature (T D ) of the 3D printer;
  • 2 a graph of the densities (ρ) obtained by 3D printing of foamed strands of an expandable 3D printing filament made of a semi-crystalline polylactide (PLA) with low crystallinity of the type “Luminy LX175” (see above) impregnated with the blowing agent dimethyl ether (DME) as a function of the extrusion speed (F) and the nozzle temperature (T D ) of the 3D printer;
  • 3 one of the 2 corresponding diagram for an expandable 3D printing filament made of a semi-crystalline polylactide (PLA) with high crystallinity of the type “Luminy L175” (see above) impregnated with the same blowing agent dimethyl ether (DME);
  • 4 a graph of the densities (ρ) obtained by 3D printing of foamed strands of an expandable 3D printing filament made of a semi-crystalline polylactide (PLA) with low crystallinity of the type “Luminy LX175” (see above) impregnated with the blowing agent 1,3,3,3-tetrafluoropropene (TFP) as a function of the extrusion speed (F) and the nozzle temperature (T D ) of the 3D printer;
  • 5 one of the 4 corresponding diagram for an expandable 3D printing filament made of a semi-crystalline polylactide (PLA) with high crystallinity of the type “Luminy L175” (see above) impregnated with the same blowing agent 1,3,3,3-tetrafluoropropene (TFP);
  • 6 a diagram of the densities (ρ) obtained by 3D printing of foamed strands of an expandable 3D printing filament impregnated with the blowing agent 1,3,3,3-tetrafluoropropene (TFP) made of a polymer blend of, on the one hand, 50 mass % of a semi-crystalline polylactide (PLA) with low crystallinity of the type “Luminy LX175” (see above) and, on the other hand, 50 mass % of an amorphous polylactide (PLA) of the type “Luminy LX975” (see above) as a function of the extrusion speed (F) and the nozzle temperature (T D ) of the 3D printer;
  • 7 one of the 6 corresponding diagram for an expandable 3D printing filament made of a polymer blend impregnated with the same blowing agent 1,3,3,3-tetrafluoropropene (TFP) consisting, on the one hand, of 65% by mass of the semi-crystalline polylactide (PLA) with low crystallinity of the type “Luminy LX175” (see above) and, on the other hand, 35% by mass of the amorphous polylactide (PLA) of the type “Luminy LX975” (see above);
  • 8 a the 6 and 7 corresponding diagram for an expandable 3D printing filament made of a polymer blend impregnated with the same blowing agent 1,3,3,3-tetrafluoropropene (TFP) consisting of, on the one hand, 85% by mass of the semi-crystalline polylactide (PLA) with low crystallinity of the type “Luminy LX175” (see above) and, on the other hand, 15% by mass of the amorphous polylactide (PLA) of the type “Luminy LX975” (see above); and
  • 9 a diagram to illustrate the storage life of an expandable 3D printing filament made of a polymer blend impregnated with the blowing agent 1,3,3,3-tetrafluoropropene (TFP) consisting of, on the one hand, 50 mass % of a semi-crystalline polylactide (PLA) with low crystallinity of the type “Luminy LX175” (see above) and, on the other hand, 50 mass % of an amorphous polylactide (PLA) of the type “Luminy LX975” (see above) according to the 6 with the proportion of propellant (TFP) depending on the storage time (t) at different storage temperatures.

In der 1 ist ein Schaubild mit rasterelektronenmikroskopischen Querschnittsansichten von anlässlich des 3D-Druckens mit einem handelsüblichen 3D-Drucker des Typs „SOVOL SV-03“ aufgeschäumten Strängen eines expandierbaren 3D-Druckfilamentes aus einem mit einem Treibmittel in Form von 1,3,3,3-Tetrafluorpropen (TFP) imprägnierten Polymer-Blend aus 50 Mass.-% eines teilkristallinen Polylactids (PLA) mit geringer Kristallinität des Typs „Luminy LX175“ (siehe oben) und 50 Mass.-% eines amorphen Polylactids (PLA) des Typs „Luminy LX975“ (siehe oben) wiedergegeben. Die in der 1 erkennbaren vergrößerten Bildausschnitte weisen eine Originalgröße von 2 mm x 2 mm auf, was bedeutet, dass der Durchmesser eines gezeigten geschäumten Stanges größer als 2 mm ist, sofern er in einer der fotografischen Ansichten nur teilweise abgebildet ist. Man erkennt einerseits durchweg eine sehr homogene Schaumstruktur mit gleichmäßig über den Querschnitt des Stranges verteilten Poren mit im Wesentlichen sphärischer Form und konstanter Größe. Darüber hinaus wird deutlich, dass eine Steuerung des Aufschäumgrades und somit der Dichte des Stranges auf einfache Weise durch Variation der Druckparameter Extrusionsgeschwindigkeit (F) und Düsentemperatur (TD) des 3D-Druckers möglich ist, wobei der Aufschäumgrad um so größer - bzw. die Dichte um so geringer - ist, je größer die Extrusionsgeschwindigkeit (F) - hier: zwischen 50 mm/min und 350 mm/min für den mit TFP beladenen Polylactid-Blend - und/oder je kleiner die Düsentemperatur (TD) - hier: zwischen 140°C und 200°C für den mit TFP beladenen Polylactid-Blend - des 3D-Druckers gewählt werden.In the 1 is a diagram with scanning electron microscopic cross-sectional views of strands of an expandable 3D printing filament made of a polymer blend impregnated with a blowing agent in the form of 1,3,3,3-tetrafluoropropene (TFP) and consisting of 50% by mass of a semi-crystalline polylactide (PLA) with low crystallinity of the type “Luminy LX175” (see above) and 50% by mass of an amorphous polylactide (PLA) of the type “Luminy LX975” (see above) is shown. The 1 The enlarged image sections that can be seen have an original size of 2 mm x 2 mm, which means that the diameter of a foamed rod shown is larger than 2 mm if it is only partially shown in one of the photographic views. On the one hand, a very homogeneous foam structure can be seen throughout with pores that are evenly distributed over the cross-section of the strand and have an essentially spherical shape and constant size. Furthermore, it is clear that the degree of foaming and thus the density of the strand can be controlled in a simple manner by varying the printing parameters extrusion speed (F) and nozzle temperature (T D ) of the 3D printer, whereby the degree of foaming is greater - or the density is lower - the higher the extrusion speed (F) - here: between 50 mm/min and 350 mm/min for the polylactide blend loaded with TFP - and/or the lower the nozzle temperature (T D ) - here: between 140°C and 200°C for the polylactide blend loaded with TFP - of the 3D printer is selected.

Die in den 2 ff erörterten Versuchsergebnisse sind sämtlich ebenfalls durch Verdrucken von expandierbaren 3D-Druckfilamenten aus verschiedenen Polymermaterialien - hier: verschiedene Polylactide (PLA) mit unterschiedlicher Kristallinität -, welche mit verschiedenen Treibmitteln - hier: einerseits Dimethylether (DME) und andererseits 1,3,3,3-Tetrafluorpropen (TFP) - imprägniert worden sind, mittels eines kommerziell erhältlichen 3D-Druckers des Typs „SOVOL SV-03“ erhalten worden. Dabei zeigt die 2 ein exemplarisches Schaubild der mittels 3D-Druckens erhaltenen Dichten (ρ) von aufgeschäumten Strängen eines mit Dimethylether (DME) imprägnierten expandierbaren 3D-Druckfilamentes aus einem teilkristallinen Polylactid (PLA) mit geringer Kristallinität des Typs „Luminy LX175“ (siehe oben) in Abhängigkeit der Extrusionsgeschwindigkeit (F) - hier: bei 50 mm/min, 150 mm/min, 250 mm/min und 350 mm/min - und der Düsentemperatur (TD) des 3D-Druckers - hier: bei 160°C, 180°C, 200°C und 220°C. Man erkennt wiederum die Möglichkeit der einfachen Steuerung der Dichte des abgeschiedenen aufgeschäumten Stranges durch Variation der Druckparameter Extrusionsgeschwindigkeit (F) und Düsentemperatur (TD), wobei die geringste Dichte von 101 kg/m3, welche etwa 8% der Dichte des kompakten (ungeschäumten) Polymers entspricht, im vorliegenden Fall bei einer Extrusionsgeschwindigkeit (F) von 350 mm/min und einer Düsentemperatur (TD) von 160°C erreicht worden ist.The 2 The test results discussed below were all obtained by printing expandable 3D printing filaments made of different polymer materials - here: different polylactides (PLA) with different crystallinity - which were impregnated with different blowing agents - here: on the one hand dimethyl ether (DME) and on the other hand 1,3,3,3-tetrafluoropropene (TFP) - using a commercially available 3D printer of the type "SOVOL SV-03". The 2 an exemplary diagram of the densities (ρ) obtained by 3D printing of foamed strands of an expandable 3D printing filament made of a semi-crystalline polylactide (PLA) with low crystallinity of the type “Luminy LX175” (see above) impregnated with dimethyl ether (DME) as a function of the extrusion speed (F) - here: at 50 mm/min, 150 mm/min, 250 mm/min and 350 mm/min - and the nozzle temperature (T D ) of the 3D printer - here: at 160°C, 180°C, 200°C and 220°C. One can again see the possibility of simple control of the density of the deposited foamed strand by varying the printing parameters extrusion speed (F) and nozzle temperature (T D ), whereby the lowest density of 101 kg/m 3 , which corresponds to about 8% of the density of the compact (unfoamed) polymer, was achieved in the present case at an extrusion speed (F) of 350 mm/min and a nozzle temperature (T D ) of 160°C.

In der 3 ist ein exemplarisches Schaubild der mittels 3D-Druckens erhaltenen Dichten (ρ) von aufgeschäumten Strängen eines mit Dimethylether (DME) imprägnierten expandierbaren 3D-Druckfilamentes aus einem teilkristallinen Polylactid (PLA) mit hoher Kristallinität des Typs „Luminy L175“ (siehe oben) in Abhängigkeit der Extrusionsgeschwindigkeit (F) - hier: wiederum bei 50 mm/min, 150 mm/min, 250 mm/min und 350 mm/min - und der Düsentemperatur (TD) des 3D-Druckers - hier: bei 170°C, 180°C, 200°C und 220°C - dargestellt. Man erkennt auch hier die Möglichkeit der einfachen Steuerung der Dichte des abgeschiedenen aufgeschäumten Stranges durch Variation der Druckparameter Extrusionsgeschwindigkeit (F) und Düsentemperatur (TD), wobei die geringste Dichte von 183 kg/m3, welche etwa 14% der Dichte des kompakten (ungeschäumten) Polymers entspricht, im vorliegenden Fall bei einer Extrusionsgeschwindigkeit (F) von 250 mm/min und einer Düsentemperatur (TD) von 170°C erreicht worden ist.In the 3 is an exemplary diagram of the densities (ρ) obtained by 3D printing of foamed strands of a dimethyl ether (DME)-impregnated expandable 3D printing filament made of a semi-crystalline polylactide (PLA) with high crystallinity of the type “Luminy L175” (see above) in Dependence of the extrusion speed (F) - here: again at 50 mm/min, 150 mm/min, 250 mm/min and 350 mm/min - and the nozzle temperature (T D ) of the 3D printer - here: at 170°C, 180°C, 200°C and 220°C - is shown. Here, too, one can see the possibility of easily controlling the density of the deposited foamed strand by varying the printing parameters extrusion speed (F) and nozzle temperature (T D ), whereby the lowest density of 183 kg/m 3 , which corresponds to approximately 14% of the density of the compact (unfoamed) polymer, was achieved in the present case at an extrusion speed (F) of 250 mm/min and a nozzle temperature (T D ) of 170°C.

Die 4 zeigt ein exemplarisches Schaubild der mittels 3D-Druckens erhaltenen Dichten (ρ) von aufgeschäumten Strängen eines mit 1,3,3,3-Tetrafluorpropen (TFP) imprägnierten expandierbaren 3D-Druckfilamentes aus einem teilkristallinen Polylactid (PLA) mit geringer Kristallinität des Typs „Luminy LX175“ (siehe oben) in Abhängigkeit der Extrusionsgeschwindigkeit (F) - hier: wiederum bei 50 mm/min, 150 mm/min, 250 mm/min und 350 mm/min - und der Düsentemperatur (TD) des 3D-Druckers - hier: bei 180°C, 200°C, 220°C, 240°C und 260°C. Man erkennt auch hier die Möglichkeit der einfachen Steuerung der Dichte des abgeschiedenen aufgeschäumten Stranges durch Variation der Druckparameter Extrusionsgeschwindigkeit (F) und Düsentemperatur (TD), wobei die geringste Dichte von 141 kg/m3, welche etwa 11% der Dichte des kompakten (ungeschäumten) Polymers entspricht, im vorliegenden Fall bei einer Extrusionsgeschwindigkeit (F) von 350 mm/min und einer Düsentemperatur (TD) von 180°C erreicht worden ist.The 4 shows an exemplary diagram of the densities (ρ) obtained by 3D printing of foamed strands of an expandable 3D printing filament made of a semi-crystalline polylactide (PLA) with low crystallinity of the type “Luminy LX175” (see above) impregnated with 1,3,3,3-tetrafluoropropene (TFP) as a function of the extrusion speed (F) - here: again at 50 mm/min, 150 mm/min, 250 mm/min and 350 mm/min - and the nozzle temperature (T D ) of the 3D printer - here: at 180°C, 200°C, 220°C, 240°C and 260°C. Here, too, one can see the possibility of simply controlling the density of the deposited foamed strand by varying the printing parameters extrusion speed (F) and nozzle temperature (T D ), whereby the lowest density of 141 kg/m 3 , which corresponds to about 11% of the density of the compact (unfoamed) polymer, was achieved in the present case at an extrusion speed (F) of 350 mm/min and a nozzle temperature (T D ) of 180°C.

In der 5 ist ein exemplarisches Schaubild der mittels 3D-Druckens erhaltenen Dichten (ρ) von aufgeschäumten Strängen eines mit 1,3,3,3-Tetrafluorpropen (TFP) imprägnierten expandierbaren 3D-Druckfilamentes aus einem teilkristallinen Polylactid (PLA) mit hoher Kristallinität des Typs „Luminy L175“ (siehe oben) in Abhängigkeit der Extrusionsgeschwindigkeit (F) - hier: wiederum bei 50 mm/min, 150 mm/min, 250 mm/min und 350 mm/min - und der Düsentemperatur (TD) des 3D-Druckers - hier: bei 180°C, 200°C, 220°C, 240°C, 260°C und 270°C - wiedergegeben. Man erkennt auch hier die Möglichkeit der einfachen Steuerung der Dichte des abgeschiedenen aufgeschäumten Stranges durch Variation der Druckparameter Extrusionsgeschwindigkeit (F) und Düsentemperatur (TD), wobei die geringste Dichte von 214 kg/m3, welche etwa 16% der Dichte des kompakten (ungeschäumten) Polymers entspricht, im vorliegenden Fall bei einer Extrusionsgeschwindigkeit (F) von 250 mm/min und einer Düsentemperatur (TD) von 200°C erreicht worden ist.In the 5 is an exemplary diagram of the densities (ρ) obtained by 3D printing of foamed strands of an expandable 3D printing filament made of a semi-crystalline polylactide (PLA) with high crystallinity of the type “Luminy L175” (see above) impregnated with 1,3,3,3-tetrafluoropropene (TFP) as a function of the extrusion speed (F) - here: again at 50 mm/min, 150 mm/min, 250 mm/min and 350 mm/min - and the nozzle temperature (T D ) of the 3D printer - here: at 180°C, 200°C, 220°C, 240°C, 260°C and 270°C. Here, too, one can see the possibility of simply controlling the density of the deposited foamed strand by varying the printing parameters extrusion speed (F) and nozzle temperature (T D ), whereby the lowest density of 214 kg/m 3 , which corresponds to about 16% of the density of the compact (unfoamed) polymer, was achieved in the present case at an extrusion speed (F) of 250 mm/min and a nozzle temperature (T D ) of 200°C.

Die 6 bis 8 zeigen jeweils ein Schaubild der mittels 3D-Druckens erhaltenen Dichten (ρ) von aufgeschäumten Strängen von mit dem Treibmittel 1,3,3,3-Tetrafluorpropen (TFP) imprägnierten expandierbaren 3D-Druckfilamenten aus einem Polymer-Blend aus einerseits teilkristallinem Polylactid (PLA) mit geringer Kristallinität des Typs „Luminy LX175“ (siehe oben) und andererseits einem amorphen Polylactid (PLA) des Typs „Luminy LX975“ (siehe oben) in Abhängigkeit der Extrusionsgeschwindigkeit (F) - hier: wiederum bei 50 mm/min, 150 mm/min, 250 mm/min und 350 mm/min - und der Düsentemperatur (TD) - hier: bei 130°C (6), 140°C (6 und 7), 150°C, 160°C, 170°C, 180°C, 190°C (7 und 8), 200°C, 220°C und 240°C - des 3D-Druckers. Dabei unterscheiden sich die Schaubilder lediglich durch den Anteil der beiden Blend-Partner, welcher im Falle der 6 50 Mass.-% des teilkristallinen Polylactids (PLA) mit geringer Kristallinität des Typs „Luminy LX175“ und 50 Mass.-% des amorphen Polylactids (PLA) des Typs „Luminy LX975“, im Falle der 7 65 Mass.-% des teilkristallinen Polylactids (PLA) mit geringer Kristallinität des Typs „Luminy LX175“ und 35 Mass.-% des amorphen Polylactids (PLA) des Typs „Luminy LX975“ sowie im Falle der 8 85 Mass.-% des teilkristallinen Polylactids (PLA) mit geringer Kristallinität des Typs „Luminy LX175“ und 15 Mass.-% des amorphen Polylactids (PLA) des Typs „Luminy LX975“ beträgt.The 6 to 8 show a diagram of the densities (ρ) obtained by 3D printing of foamed strands of expandable 3D printing filaments impregnated with the blowing agent 1,3,3,3-tetrafluoropropene (TFP) made of a polymer blend of semi-crystalline polylactide (PLA) with low crystallinity of the type “Luminy LX175” (see above) and an amorphous polylactide (PLA) of the type “Luminy LX975” (see above) as a function of the extrusion speed (F) - here: again at 50 mm/min, 150 mm/min, 250 mm/min and 350 mm/min - and the nozzle temperature (T D ) - here: at 130°C ( 6 ), 140°C ( 6 and 7 ), 150°C, 160°C, 170°C, 180°C, 190°C ( 7 and 8 ), 200°C, 220°C and 240°C - of the 3D printer. The diagrams differ only in the proportion of the two blend partners, which in the case of the 6 50 mass-% of the semi-crystalline polylactide (PLA) with low crystallinity of the type “Luminy LX175” and 50 mass-% of the amorphous polylactide (PLA) of the type “Luminy LX975”, in the case of 7 65 mass-% of the semi-crystalline polylactide (PLA) with low crystallinity of the type “Luminy LX175” and 35 mass-% of the amorphous polylactide (PLA) of the type “Luminy LX975” and in the case of 8 85 mass-% of the semi-crystalline polylactide (PLA) with low crystallinity of the type “Luminy LX175” and 15 mass-% of the amorphous polylactide (PLA) of the type “Luminy LX975”.

Man erkennt, dass zusätzlich zu einer Steuerung des Aufschäumgrades bzw. der hieraus resultierenden Dichte des gedruckten Stranges mittels der Vorschubgeschwindigkeit (F) und der Düsentemperatur (TD) des 3D-Druckers eine Steuerung der Dichte des gedruckten Stanges durch Veränderung der Rezeptur eines Blends mit identischen Blend-Partnern und identischem Treibmittel bei ansonsten identischen Druckparametern möglich ist. Es fällt ferner auf, dass hierbei sehr große Dichteunterschiede erzeugt werden können, wobei extrem geringe Dichten

  • - von beispielsweise etwa 54 kg/m3 (hier: im Falle des PLA-Blends mit 50 Mass.-% „LX175“ und 50 Mass.-% „LX975“ bei einer Extrusionsgeschwindigkeit (F) von 350 mm/min und einer Düsentemperatur (TD) von 140°C; 6), bzw.
  • - von z.B. etwa 56 kg/m3 (hier: im Falle des PLA-Blends mit 65 Mass.-% „LX175“ und 35 Mass.-% „LX975“ bei einer Extrusionsgeschwindigkeit (F) von 350 mm/min und einer Düsentemperatur (TD) von 140°C; 7), bzw.
  • - von z.B. etwa 167 kg/m3 (hier: im Falle des PLA-Blends mit 85 Mass.-% „LX175“ und 15 Mass.-% „LX975“ bei einer Extrusionsgeschwindigkeit (F) von 250 mm/min und einer Düsentemperatur (TD) von 180°C; 8),
entsprechend etwa 4% bis etwa 6% der Dichte des kompakten (ungeschäumten) Polymer-Blends, erhältlich sind. Darüber hinaus kann sich ein solcher Polymer-Blend mit Blend-Partnern unterschiedlicher Kristallinität insoweit als vorteilhaft erweisen, als hierdurch sowohl sehr hohe Beladungsgrade an Treibmittel als auch eine sichere Handhabung unter Vermeidung eines unzeitigen bzw. ungewollten Aufschäumens des 3D-Druckfilamentes sichergestellt werden können, wobei die vornehmlich kristalline Phase das mit Treibmittel imprägnierte 3D-Druckfilament zu stabilisieren (d.h. vor einem unzeitigen Aufschäumen zu bewahren) vermag, während die vornehmlich amorphe Phase bei sehr hohen Beladungsgraden an Treibmittel ein gutes und gezieltes Aufschäumverhalten gewährleistet.It can be seen that in addition to controlling the degree of foaming or the resulting density of the printed strand by means of the feed rate (F) and the nozzle temperature (T D ) of the 3D printer, it is possible to control the density of the printed rod by changing the recipe of a blend with identical blend partners and identical blowing agent with otherwise identical printing parameters. It is also noticeable that very large density differences can be generated here, with extremely low densities
  • - of, for example, about 54 kg/m 3 (here: in the case of the PLA blend with 50 mass% “LX175” and 50 mass% “LX975” at an extrusion speed (F) of 350 mm/min and a nozzle temperature (T D ) of 140°C; 6 ), or
  • - of e.g. about 56 kg/m 3 (here: in the case of the PLA blend with 65 mass% “LX175” and 35 mass% “LX975” at an extrusion speed (F) of 350 mm/min and a nozzle temperature (T D ) of 140°C; 7 ), or
  • - of e.g. about 167 kg/m 3 (here: in the case of the PLA blend with 85 mass% “LX175” and 15 mass% “LX975” at an extrusion speed (F) of 250 mm/min and a nozzle temperature (T D ) of 180°C; 8 ),
corresponding to about 4% to about 6% of the density of the compact (unfoamed) polymer blend. In addition, such a polymer blend with blend partners of different crystallinity can prove to be advantageous in that it can ensure both very high loading levels of blowing agent and safe handling while avoiding untimely or unwanted foaming of the 3D printing filament, whereby the predominantly crystalline phase is able to stabilize the 3D printing filament impregnated with blowing agent (i.e. to protect it from untimely foaming), while the predominantly amorphous phase ensures good and targeted foaming behavior at very high loading levels of blowing agent.

In der 9 ist schließlich ein Schaubild zur Veranschaulichung der Lagerfähigkeit eines expandierbaren 3D-Druckfilamentes aus einem mit dem Treibmittel 1,3,3,3-Tetrafluorpropen (TFP) imprägnierten Polymer-Blend aus einerseits 50 Mass.-% eines teilkristallinen Polylactids (PLA) mit geringer Kristallinität des Typs „Luminy LX175“ (siehe oben) und andererseits 50 Mass.-% eines amorphen Polylactids (PLA) des Typs „Luminy LX975“ (siehe oben) entsprechend der 6 mit dem Anteil an Treibmittel (TFP in [Mass.-%]) in Abhängigkeit von der Lagerzeit (t in [h]) bei verschiedenen Lagertemperaturen von -22°C (mit Quadraten gekennzeichnete obere Kurve), bei 5°C (mit Kreisen gekennzeichnete mittlere Kurve) und bei Raumtemperatur von 20°C (mit Dreiecken gekennzeichnete untere Kurve) wiedergegeben. Man erkennt, dass bei allen Lagertemperaturen einschließlich Raumtemperatur eine sehr lange Dauerhaftigkeit der imprägnierten 3D-Druckfilamente gewährleistet ist, wobei der Anteil an Treibmittel (hier: TFP) innerhalb der ersten Tage zwar infolge Diffusion abnimmt, aber ab einer Lagerzeit von etwa 400 h (etwa 2 Wochen) bis hin zu mehr als 1600 h (etwa 2 Monate) im Wesentlichen konstant bleibt, wobei bei tiefen Temperaturen ein Treibmittelanteil von etwa 15 Mass.-% und bei Raumtemperatur ein Treibmittelanteil von etwa 8 Mass.-% erhalten bleibt.In the 9 Finally, a diagram is shown to illustrate the storage life of an expandable 3D printing filament made of a polymer blend impregnated with the blowing agent 1,3,3,3-tetrafluoropropene (TFP) consisting of, on the one hand, 50 mass % of a semi-crystalline polylactide (PLA) with low crystallinity of the type “Luminy LX175” (see above) and, on the other hand, 50 mass % of an amorphous polylactide (PLA) of the type “Luminy LX975” (see above) according to the 6 with the proportion of blowing agent (TFP in [mass .-%]) as a function of the storage time (t in [h]) at different storage temperatures of -22°C (upper curve marked with squares), at 5°C (middle curve marked with circles) and at room temperature of 20°C (lower curve marked with triangles). It can be seen that a very long durability of the impregnated 3D printing filaments is guaranteed at all storage temperatures including room temperature, whereby the proportion of blowing agent (here: TFP) decreases within the first few days due to diffusion, but remains essentially constant from a storage time of about 400 h (about 2 weeks) up to more than 1600 h (about 2 months), with a blowing agent proportion of about 15 mass .-% being maintained at low temperatures and a blowing agent proportion of about 8 mass .-% being maintained at room temperature.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2020043669 A1 [0005]WO 2020043669 A1 [0005]
  • EP 3403806 A1 [0006]EP 3403806 A1 [0006]

Claims (12)

Verfahren zur Herstellung von expandierbaren 3D-Druckfilamenten, indem ein 3D-Druckfilament aus wenigstens einem thermoplastischen Polymer bereitgestellt und unterhalb seiner Schmelztemperatur bei gegenüber Umgebungsdruck erhöhtem Druck mit wenigstens einem Treibmittel imprägniert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Treibmittel aus der Gruppe der wenigstens eine funktionelle Gruppe aufweisenden und/oder zumindest teilweise mit Fluor substituierten Kohlenwasserstoffe mit bis zu sechs Kohlenstoffatomen gewählt wird.Process for producing expandable 3D printing filaments by providing a 3D printing filament made of at least one thermoplastic polymer and impregnating it with at least one blowing agent below its melting temperature at a pressure increased compared to ambient pressure, characterized in that the at least one blowing agent is selected from the group of hydrocarbons having at least one functional group and/or at least partially substituted with fluorine and having up to six carbon atoms. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Treibmittel aus der Gruppe - der Alkohole mit einer Hydroxygruppe, insbesondere aus der Gruppe der acyclischen und cyclischen Alkanole, - der Ether, insbesondere aus der Gruppe der acyclischen und cyclischen Alkylether, - der Carbonsäuren mit einer Carboxylgruppe, insbesondere aus der Gruppe der acyclischen gesättigten Carbonsäuren, - der Ester, insbesondere aus der Gruppe der Carbonsäureester, und - Hydrofluoralkane und/oder Hydrofluoralkene gewählt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the at least one propellant is selected from the group - of alcohols with a hydroxy group, in particular from the group of acyclic and cyclic alkanols, - of ethers, in particular from the group of acyclic and cyclic alkyl ethers, - of carboxylic acids with a carboxyl group, in particular from the group of acyclic saturated carboxylic acids, - of esters, in particular from the group of carboxylic acid esters, and - hydrofluoroalkanes and/or hydrofluoroalkenes. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das 3D-Druckfilament - bei einem Druck zwischen größer 1 bar und 300 bar, insbesondere zwischen 1,5 bar und 200 bar, vorzugsweise zwischen 2 bar und 100 bar, und/oder - bei einer Temperatur zwischen 0°C und 200°C, insbesondere zwischen 0°C und 100°C, vorzugsweise zwischen 0°C und 80°C, und/oder - über einen Zeitraum zwischen 1 min und 30 h, insbesondere zwischen 5 min und 25 h, vorzugsweise zwischen 10 min und 20 h, mit dem wenigstens einen Treibmittel imprägniert wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the 3D printing filament - at a pressure between greater than 1 bar and 300 bar, in particular between 1.5 bar and 200 bar, preferably between 2 bar and 100 bar, and/or - at a temperature between 0°C and 200°C, in particular between 0°C and 100°C, preferably between 0°C and 80°C, and/or - over a period of time between 1 min and 30 h, in particular between 5 min and 25 h, preferably between 10 min and 20 h, is impregnated with the at least one propellant. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine thermoplastische Polymer des 3D-Druckfilamentes aus der Gruppe - der Polyolefine, insbesondere aus der Gruppe Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und Polybutylen (PB), einschließlich deren Copolymeren, insbesondere der Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren (EVA) und der Ethylen-Butylacetat-Copolymeren (EBA), - der Polyoxymethylene (POM), - der Polyalkylenterephthalate, insbesondere aus der Gruppe Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polybutylenadipat-terephthalat (PBAT), Bis(2-ethylhexyl)terephthalat und Bis(hydroxyethyl)terephthalat, - Polystyrol (PS) einschließlich dessen Copolymeren, insbesondere der Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS), - der Polycarbonate (PC), - der Polyamide (PA), - der Polyimide (PI) einschließlich der Polyetherimide (PEI) und der Polyamidimide (PAI), - der Polyhydroxyalkanoate (PHA), - der Polysulfone, insbesondere aus der Gruppe Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES) und Polyphenylensulfon (PPSU), - der Polyetheretherketone (PEEK), - der Polyphenylensulfide (PPS), - der thermoplastischen Polyurethane (TPU), - Cellulose einschließlich deren Derivaten, insbesondere aus der Gruppe der Celluloseacetate und -propionate, und - der Polylactide (PLA) einschließlich deren Polymer-Blends gewählt wird.Method according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the at least one thermoplastic polymer of the 3D printing filament is selected from the group of - polyolefins, in particular from the group of polyethylene (PE), polypropylene (PP) and polybutylene (PB), including their copolymers, in particular ethylene-vinyl acetate copolymers (EVA) and ethylene-butyl acetate copolymers (EBA), - polyoxymethylenes (POM), - polyalkylene terephthalates, in particular from the group of polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polybutylene adipate terephthalate (PBAT), bis(2-ethylhexyl)terephthalate and bis(hydroxyethyl)terephthalate, - polystyrene (PS) including its copolymers, in particular acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS), - polycarbonates (PC), - polyamides (PA), - polyimides (PI) including polyetherimides (PEI) and Polyamideimides (PAI), - polyhydroxyalkanoates (PHA), - polysulfones, in particular from the group polysulfone (PSU), polyethersulfone (PES) and polyphenylenesulfone (PPSU), - polyetheretherketones (PEEK), - polyphenylene sulfides (PPS), - thermoplastic polyurethanes (TPU), - cellulose including its derivatives, in particular from the group of cellulose acetates and propionates, and - polylactides (PLA) including their polymer blends. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein 3D-Druckfilament aus einem wenigstens zwei thermoplastische Polymere unterschiedlicher Kristallinität enthaltenden Polymer-Blend verwendet wird.Procedure according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that a 3D printing filament made of a polymer blend containing at least two thermoplastic polymers of different crystallinity is used. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein 3D-Druckfilament aus einem Polymer-Blend verwendet wird, welcher zumindest zwei Polylactide unterschiedlicher Kristallinität, insbesondere wenigstens ein vornehmlich amorphes Polylactid sowie wenigstens ein teilkristallines Polylactid, enthält.Procedure according to Claim 5 , characterized in that a 3D printing filament made of a polymer blend is used which contains at least two polylactides of different crystallinity, in particular at least one predominantly amorphous polylactide and at least one partially crystalline polylactide. Expandierbares 3D-Druckfilament aus wenigstens einem thermoplastischen Polymer, welches mit wenigstens einem Treibmittel imprägniert ist, insbesondere hergestellt mittels eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Treibmittel aus der Gruppe der wenigstens eine funktionelle Gruppe aufweisenden und/oder zumindest teilweise mit Fluor substituierten Kohlenwasserstoffe mit bis zu sechs Kohlenstoffatomen gewählt ist.Expandable 3D printing filament made of at least one thermoplastic polymer which is impregnated with at least one blowing agent, in particular produced by means of a process according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one blowing agent is selected from the group of hydrocarbons having at least one functional group and/or at least partially substituted with fluorine and having up to six carbon atoms. Expandierbares 3D-Druckfilament Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Treibmittel aus der Gruppe - der Alkohole mit einer Hydroxygruppe, insbesondere aus der Gruppe der acyclischen und cyclischen Alkanole, - der Ether, insbesondere aus der Gruppe der acyclischen und cyclischen Alkylether, - der Carbonsäuren mit einer Carboxylgruppe, insbesondere aus der Gruppe der acyclischen gesättigten Carbonsäuren, - der Ester, insbesondere aus der Gruppe der Carbonsäureester, und - Hydrofluoralkane und/oder Hydrofluoralkene gewählt ist.Expandable 3D printing filament Claim 7 , characterized in that the at least one propellant is selected from the group - of alcohols with a hydroxy group, in particular from the group of acyclic and cyclic alkanols, - of ethers, in particular from the group of acyclic and cyclic alkyl ethers, - of carboxylic acids with a carboxyl group, in particular from the group of acyclic saturated carboxylic acids, - of esters, in particular from the group of carboxylic acid esters, and - hydrofluoroalkanes and/or hydrofluoroalkenes. Expandierbares 3D-Druckfilament nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine thermoplastische Polymer des 3D-Druckfilamentes aus der Gruppe - der Polyolefine, insbesondere aus der Gruppe Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und Polybutylen (PB), einschließlich deren Copolymeren, insbesondere der Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren (EVA) und der Ethylen-Butylacetat-Copolymeren (EBA), - der Polyoxymethylene (POM), - der Polyalkylenterephthalate, insbesondere aus der Gruppe Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polybutylenadipat-terephthalat (PBAT), Bis(2-ethylhexyl)terephthalat und Bis(hydroxyethyl)terephthalat, - Polystyrol (PS) einschließlich dessen Copolymeren, insbesondere der Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS), - der Polycarbonate (PC), - der Polyamide (PA), - der Polyimide (PI) einschließlich der Polyetherimide (PEI) und der Polyamidimide (PAI), - der Polyhydroxyalkanoate (PHA), - der Polysulfone, insbesondere aus der Gruppe Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES) und Polyphenylensulfon (PPSU), - der Polyetheretherketone (PEEK), - der Polyphenylensulfide (PPS), - der thermoplastischen Polyurethane (TPU), - Cellulose einschließlich deren Derivaten, insbesondere aus der Gruppe der Celluloseacetate und -propionate, und - der Polylactide (PLA) einschließlich deren Polymer-Blends gewählt ist.Expandable 3D printing filament according to Claim 7 or 8 , characterized in that the at least one thermoplastic polymer of the 3D printing filament is selected from the group of - polyolefins, in particular from the group of polyethylene (PE), polypropylene (PP) and polybutylene (PB), including their copolymers, in particular ethylene-vinyl acetate copolymers (EVA) and ethylene-butyl acetate copolymers (EBA), - polyoxymethylenes (POM), - polyalkylene terephthalates, in particular from the group of polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polybutylene adipate terephthalate (PBAT), bis(2-ethylhexyl)terephthalate and bis(hydroxyethyl)terephthalate, - polystyrene (PS) including its copolymers, in particular acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS), - polycarbonates (PC), - polyamides (PA), - polyimides (PI) including polyetherimides (PEI) and Polyamideimides (PAI), - polyhydroxyalkanoates (PHA), - polysulfones, in particular from the group polysulfone (PSU), polyethersulfone (PES) and polyphenylenesulfone (PPSU), - polyetheretherketones (PEEK), - polyphenylene sulfides (PPS), - thermoplastic polyurethanes (TPU), - cellulose including its derivatives, in particular from the group of cellulose acetates and propionates, and - polylactides (PLA) including their polymer blends. Expandierbares 3D-Druckfilament nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das 3D-Druckfilament einen Polymer-Blend aus wenigstens zwei thermoplastischen Polymeren unterschiedlicher Kristallinität aufweist.Expandable 3D printing filament based on one of the Claims 7 until 9 , characterized in that the 3D printing filament comprises a polymer blend of at least two thermoplastic polymers of different crystallinity. Expandierbares 3D-Druckfilament nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das 3D-Druckfilament einen Polymer-Blend aufweist, welcher zumindest zwei Polylactide unterschiedlicher Kristallinität, insbesondere wenigstens ein vornehmlich amorphes Polylactid sowie wenigstens ein teilkristallines Polylactid, enthält.Expandable 3D printing filament according to Claim 10 , characterized in that the 3D printing filament comprises a polymer blend which contains at least two polylactides of different crystallinity, in particular at least one predominantly amorphous polylactide and at least one partially crystalline polylactide. Geschäumtes Polymer-Formteil, welches aus wenigstens einem expandierbaren 3D-Druckfilament nach einem der Ansprüche 7 bis 11 mittels 3D-Druckens hergestellt ist.A foamed polymer molded part consisting of at least one expandable 3D printing filament according to one of the Claims 7 until 11 manufactured using 3D printing.
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