Prusament PC Space Grade

Prusament PC Space Grade Black ist ein Material, das für die Raumfahrtindustrie und Anwendungen der Teilchenphysik entwickelt wurde. Seine Hauptvorteile sind die ESD-sicheren Eigenschaften und die sehr geringe Ausgasung. Außerdem machen sein erschwinglicher Preis und die einfache Druckbarkeit mit gängigen Desktop-Druckern es zu etwas Einzigartigem in dieser Branche. Aufgrund seiner hervorragenden ESD-Eigenschaften und seiner Kompatibilität mit Desktop-3D-Druckern eignet es sich nicht nur für Teile, die dem Weltraum ausgesetzt sind, sondern auch für fortgeschrittene persönliche Projekte wie Gehäuse für elektronische Geräte und mehr.

Hochwertiges Material für jedermann zugänglich

Unser Ziel war es, ein professionelles, aber dennoch erschwingliches Material zu entwickeln, das das Prototyping und die Herstellung von Weltraumkomponenten erleichtert. Bislang kamen in diesem Bereich nur teure Materialien wie PEEK, PEKK und PEI mit ESD-sicheren Eigenschaften in Frage. Alle diese Materialien erfordern sehr teure Industriedrucker. Prusament PC Space Grade Black kann auf den meisten Prusa 3D-Druckern gedruckt werden, was den Endpreis der hergestellten Bauteile deutlich senkt und die Zugänglichkeit für jedermann erheblich verbessert.

Das Filament verzieht sich kaum bis gar nicht. Modelle bis zu einer Größe von 200×200 mm können ohne Probleme auf Prusa 3D-Druckern gedruckt werden. Eine gehärtete Düse ist erforderlich, da Kohlenstoffadditive ein stark abrasives Material sind, das Messingdüsen beschädigen kann.

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Druckeranforderungen

Elektrostatische Ableitungseigenschaften (ESD)

Eine der wichtigsten Eigenschaften, die für die Verwendung in Weltraumkomponenten erforderlich sind, ist die elektrostatische Ableitung. Diese Eigenschaft ist nicht nur für Raumfahrtingenieure wichtig, sondern auch für alle, die mit elektronischen Geräten arbeiten. Im Hobbybereich können die ESD-sicheren Materialien für die Herstellung kundenspezifischer PC-Gehäuse und ähnlicher Produkte verwendet werden.

Der gemessene Widerstand von dissipativen Materialien liegt zwischen 10⁴ und 10¹¹ Ohm. Alles, was einen höheren Widerstand aufweist, gilt als isolierend, und alles, was niedrigere Werte aufweist, gilt als leitendes Material.

Wir haben sowohl den Volumen- als auch den Oberflächenwiderstand von 3D-gedruckten Proben aus Prusament PC Space Grade Black gemessen, und die Ergebnisse bestätigten die hochgradig ableitende Natur des Materials. Der Volumenwiderstand wurde mit 2,2×10⁴ Ω⋅m gemessen, während der Oberflächenwiderstand 6×10⁷ Ω/sq betrug. Diese außergewöhnlichen Werte wurden direkt an den 3D-gedruckten Mustern ohne jegliche Nachbearbeitung, wie z. B. Wärmebehandlung oder Schleifen, ermittelt, was die inhärente und gleichbleibende ESD-Leistung des Filaments unter Beweis stellt. Dies zeigt, dass die Teile gedruckt und sofort für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden können, die eine zuverlässige elektrostatische Ableitung erfordern.

Ausgasung

Verschiedene Restmonomere oder Abbauprodukte von Polymeren werden unter Vakuum aus den Polymeren freigesetzt. Dies kann die im Satelliten (oder in anderen präzisen Maschinen) verwendete Elektronik beeinträchtigen oder sogar beschädigen. Freigesetzte Gase können optische Geräte verunreinigen oder ungenaue Messungen von präzisen Sensoren verursachen. Und schließlich kann die Gasfreisetzung selbst die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Materials beeinträchtigen. Die Herstellung thermoplastischer Polymere mit geringem Ausgasungsniveau ist eine große Herausforderung, die in der Regel nur bei teuren Materialien in Industriequalität wie PEKK und PEEK erreicht wird. Wir konnten die strengen Anforderungen der Europäischen Weltraumorganisation erfüllen, indem wir PC (Polycarbonat) verwendeten, ein relativ billiges, gängiges und leicht zu druckendes Material.

Gemessene Ausgasungswerte:

TML (Total Mass Loss): Der Massenverlust wird in Prozent angegeben. Der ESA-Grenzwert liegt bei 1%; Prusament PC Space Grade Black erreichte 0,25%.

CVCM (Collected Volatile Condensable Material): Der von der ESA angegebene Grenzwert liegt bei weniger als 0,1 %; Prusament PC Space Grade Black erreichte perfekte 0,00 %.

RML (Recovered Mass Loss): Der von der ESA angegebene Höchstwert liegt bei 1,0 %; das Prusament PC Space Grade Black erreichte 0,12 %.

Die Ergebnisse und die verwendeten Methoden können Sie in unserem Bekanntmachungsartikel und dem Testbericht der Aerospace & Advanced Composites GmbH nachlesen.

Mechanische Eigenschaften

Zu Beginn unseres gemeinsamen Projekts mit TRL Space führten wir eine Finite-Elemente-Methode-Simulation für ein CubeSat-Design mit einer Einheit durch und legten die Mindestwerte für die mechanischen Eigenschaften fest, die 3D-gedruckte Teile erfüllen sollten. Diese Mindestwerte waren 70 MPa für die Zugfestigkeit, 2 GPa für den Zugmodul, 10 MPa für die Zwischenschichthaftung und 100 °C für die Wärmeformbeständigkeit (HDT).

Wir freuen uns, berichten zu können, dass Prusament PC Space Grade Black diese Kriterien erfolgreich übertroffen hat. Wir erreichten:

• Zugfestigkeit: 75 MPa
• Zugfestigkeitsmodul: 3,7 GPa
• Zwischenschicht-Haftung: 18 MPa
• HDT: 137,6 °C bei 0,45 MPa Belastung

Die Überschreitung dieser Werte (zusammen mit den Ausgasungs- und ESD-Eigenschaften) macht das Filament zu einem starken Kandidaten für ein erschwingliches Material, das für die künftige CubeSat-Produktion geeignet ist. Weitere Einzelheiten zu den mechanischen Eigenschaften finden Sie im technischen Datenblatt.