POM als Material für den 3D-Druck

Polyoxymethylen, besser bekannt unter der Abkürzung POM, ist ein thermoplastischer Kunststoff und wird dank der Eigenschaften als technischer Kunststoff eingesetzt. Das 1920 entdeckte Material ist heutzutage nach Polypropylen (PP) und Polyamid (PA) eines der am häufigsten verwendeten Materialien für das Spitzgussverfahren. Es wird aber auch im Bereich des 3D-Drucks immer beliebter. POM ist teilkristallin (es enthält amorphe und zugleich kristalline Bereiche) und ist weiß.

POM liegt in zwei verschiedenen Formen vor: als Hompolymer (POM-H), das in den 1950ern von DuPont kommerzialisiert wurde und als Copolymer (POM-C), das in den 1960ern von Celanese vertrieben wurde. Während POM-H aus nur einer Monomerart besteht, wird POM-C aus verschiedenen Monomerarten aufgebaut. Zur Info: Monomere sind reaktionsfähige Moleküle, welche sich zu Polymeren zusammenschließen können. Die beiden unterscheiden sich im wesentlichen darin voneinander, dass POM-H zwar über bessere mechanische Eigenschaften verfügt, aber eine geringere Resistenz gegenüber UV-Strahlung besitzt. POM-C verfügt über bessere thermische und chemische Eigenschaften reagiert somit besser auf Temperaturschwankungen und chemische Einflüsse. Im Bereich des 3D-Drucks wird vordergründig auf POM-C zurückgegriffen, da es einfacher zu extrudieren ist und über die besagten chemischen Eigenschaften verfügt. Zusätzlich liegt POM im Bereich des 3D-Drucks vordergründig als Filament vor, weshalb wir uns im Folgenden darauf fokussieren möchten.

POM liegt in weißer Farbe vor

Herstellung und Materialeigenschaften

Bezüglich der Herstellung von POM ist zwischen Homo- und Copolymer zu differenzieren. POM-H wird hauptsächlich durch die direkte Polymerisation von Formaldehyd produziert. Jedoch kann das Material auch durch kationische oder übergangsmetallzentrierte kationische Polymeristaion von Trioxan (-CH2-O-)3 hergestellt werden. Die Endgruppen von POM-H werden ebenfalls durch Veretherung und Veresterung verschlossen, um die Struktur stabiler im Hinblick auf den Einfluss von Säuren oder thermischer Belastung zu gestalten. Andererseits wird POM-C hergestellt, indem eine Copolymerisation von Trioxan mit Dioxolan stattfindet. Um auch hier Stabilität zu gewährleisten werden die instabilen Endgruppen durch Hydrolyse zu Formaldehyd abgebaut.

Doch was sind die besonderen Eigenschaften von POM? Polymethylen zeichnet sich besonders durch dessen hervorragenden chemischen Eigenschaften aus, durch die es hitzebeständig und zugleich nicht temperaturempfindlich ist, sodass ein mit POM gedrucktes Teil auch bei Temperatureinwirkungen von -40 bis +140 °C stabil bleibt und sich nicht verformt. Auch die Absorption von Feuchtigkeit ist sehr gering und es verfügt über eine gute elektrische Isolation. Zudem zeichnet es sich durch die Schlag- und Abriebfestigkeit aus und verfügt zugleich über gute Gleiteigenschaften. Die Schlagfestigkeit erlangen per POM gefertigte Teile nicht zuletzt durch die sehr gute Adhäsion (Haftung zwischen den einzelnen Schichten, die beim Schmelzschichten entstehen). Dies erklärt Jean-Charles Vingiano von JVCD 3D, der Experte in Sachen POM ist, folgendermaßen: „Ich denke, dass die molekulare Bewegung die Schmelztemperatur des Teils erhöht und es einlagert, so dass zuvor abgeschiedene Schichten eine ausreichende Temperatur aufrechterhalten, um ein gutes Schmelzen zwischen den Schichten zu erlauben“. Ebenfalls sei laut Herrn Vingiano ein mit POM gefertigtes, 3D-gedrucktes Teil nicht von einem per Spritzguss gefertigten Teil zu unterscheiden.

3D-Druck von POM

Beim Drucken von POM sollten Sie beachten, dass Ihr 3D-Drucker über eine beheizbare Druckplatte verfügen muss, da sich die Haftung an der Druckplatte durch die Gleitfähigkeit des Materials häufig als äußerst schwierig darstellt. Zudem sollten Sie beachten, dass sich der Druck von POM weniger einfach als anderweitige Materialien gestalten kann. Zunächst muss Ihr 3D-Drucker dazu in der Lage sein, eine Extrusionstemperatur von 220 bis 230°C zu erreichen. Besonders wichtig ist zudem das richtige Temperaturmanagement während des Druckprozesses, um ein qualitativ hochwertiges Ergebnis zu erzielen. Laut Herrn Vingiano ist es besonders für Anfänger häufig unerlässlich, zunächst einen Testdruck durchzuführen und sich so an die nötigen Parameter des zu druckenden Teils heranzutasten. Dies gilt auch für diejenigen, die bereits mit anderen Materialien Erfahrungen im Bereich des 3D-Drucks gesammelt haben. Beachten sollten Sie bei dem Druckprozess zudem, dass Formaldehyd entsteht – hierbei handelt es sich um ein giftiges Gas. Aus diesem Grund sollten Sie für eine gute Belüftung des Raums sorgen und sich selbst ausreichend schützen.

Formaldehyd wird beim Druckprozess frei gesetzt und ist giftig (Bild: mylab)

Anwendungsbereiche des Materials

Dank der mechanischen Eigenschaften von POM und der weißen Farbe, welche leicht einzufärben ist, eignet sich das Material für eine große Bandbreite an möglichen Anwendungsbereiche. Vingiano findet klare Worte hierzu: „Für mich ist POM das Schweizer Taschenmesser der thermoplastischen Polymere. Dank dessen bemerkenswerten Eigenschaften ist Polymethylen ein Material, das sich für eine Vielzahl an Anwendungsbereichen in der Automobilbranche, im medizinischen Sektor, der Verpackungsproduktion und in der hochpräzisen Ingenieurstechnologien eignet“. Dadurch, dass POM unempfindlich auf Chemikalien reagiert, kann es problemlos desinfiziert werden, was die Anwendung in der Medizin besonders attraktiv macht. Hierbei überzeugt es ebenfalls dank seiner mechanischen und chemischen Eigenschaften – sogar Implantate können für diesen Sektor hergestellt werden.

Wie bereits erwähnt, eignet sich POM für eine Vielzahl an Anwendungsbereichen. So eignet es sich dank der Schlagfestigkeit und der geringen Friktion sowie guten Gleiteigenschaften für die Fertigung von kleinsten Zahnrädern und zugleich für die Fertigung von Elementen wie Rucksackschnallen. Außerdem ist es möglich, POM für Teile wie Heizöfen, die Hitze ausgesetzt sind, anzuwenden. Durch die weiße Farbe, in der es vorliegt, eignet es sich auch für die Fertigung ästhetischer Teile, wie z.B. für Armaturen im Innenraum eines Autos.

Hersteller und Preis

Zudem sollten Sie beachten, dass es für POM in Filamentform eine geringere Anzahl an Herstellern gibt als bei anderen Filamenten wie beispielsweise  PEEK oder PLA. Einer der Hersteller von POM ist Capifil. Dieser bietet POM Spulen in den Farben weiß, natur und schwarz an. Die drei Farben können entweder in der Filamentengröße 1,75 oder 2,85 mm für einen Preis von 39,99 € pro 1kg Spule erworben werden. Auch der polnische Chemiekonzern Grupa Azoty S.A. bietet POM-Filament in der natürlichen Farbe an. Hierbei beläuft sich der Preis für eine 500g Spule in der Größe 1,75 auf 44,90 €. Ein weiterer Hersteller ist Ensinger, dieser bietet das TECAFIL POM-C im 1,75 Format in der natürlichen Farbe von POM an. Jedoch liegt das Produkt mit 140 € pro 500g Spule in einem deutlich höheren Preissegment.

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*Titelbildnachweis: Sculpteo