TPE vs. TPU: Unterschiede und Vergleich

Die 3D-Drucktechnologie ermöglicht die Herstellung von Produkten aus einer Vielzahl von Materialien, darunter zwei beliebte Werkstoffe: Thermoplastische Elastomere (TPEs) und thermoplastisches Polyurethan. Beide Materialien sind preisgünstig und haben viele ähnliche Eigenschaften.

TPE ist die Abkürzung für Thermoplastisches Elastomer, eine Kombination aus Gummi und Kunststoff, die sowohl thermoplastische als auch elastomere Eigenschaften aufweist. TPU, Thermoplastisches Polyurethan, ist ein weiteres, vielseitiges Derivat von TPE. Aus beiden 3D-Filamenten lassen sich flexible, schlagfeste, UV-beständige, stoßfeste, wasserdichte und einigermaßen chemikalienbeständige Teile herstellen.

Thermoplastische Elastomere (TPEs) sind flexibler und fühlen sich weicher an. Thermoplastische Polyurethane (TPU) sind ebenfalls flexibel, aber auch steifer. TPEs sind schon viel länger auf dem Markt, aber im 3D-Druckbereich relativ neu. TPEs sind preiswerter, besser verfügbar und eignen sich am besten für leichtere und flexiblere Produkte. TPU wird für haltbarere und robustere Anwendungen bevorzugt. Im Vergleich dazu erfordern TPUs weniger Aufwand beim 3D-Druck, während TPE etwas günstiger ist.

Neben TPU gibt es weitere flexible TPE-Varianten, darunter Thermoplastisches Polyamid (TPA) und Thermoplastischer Copolyester (TPC). TPE wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, z. B. in Automobilteilen, Spielzeug, medizinischen Geräten und Konsumgütern, wie Sportschuhen und Elektronik. TPE ist für FDM-Drucker (Fused Deposition Modeling) als Filament und für SLS-Drucker als Pulver erhältlich.

Die Materialeigenschaften von TPE sind im Folgenden aufgeführt:

• Gute Schlagzähigkeit
• Weich und flexibel
• Gute Reiß- und Abriebfestigkeit
• Ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit
• Gute elektrische Isolationseigenschaften
• Ausgezeichnete Schwingungsdämpfung
• Gute Chemikalien- und UV-Beständigkeit 
• Beständigkeit gegen niedrige und hohe Temperaturen (-30 bis +140 °C)
• Wiederverwertbar
• Weiches Material verursacht Probleme bei der Extrusion
• Filament kann sich beim Extrudieren verziehen
• Filament ist hygroskopisch und sollte richtig gelagert werden

Zu den Vorteilen von TPE gegenüber TPU gehören die folgenden:

• TPU ist weicher und flexibler
• Viele TPEs können leicht recycelt werden
• TPE ist weniger teuer
• TPE ist bereits seit den 1950er Jahren erhältlich und wird in Produkten verwendet
• TPE kann als Zwischenschicht gedruckt werden und dient als flexibler Stabilisator

Die Nachteile von TPE gegenüber TPU sind im Folgenden aufgeführt:

• TPE ist temperaturempfindlicher als TPU
• TPEs sind nicht so einfach zu drucken wie TPUs
• Nacharbeit ist bei TPE-gedruckten Produkten üblich

Thermoplastische Polyurethane (TPUs) sind ein Derivat von TPE. Es handelt sich um ein etabliertes Material, das im 3D-Druck relativ neu ist. TPU wird in Fused Deposition Modeling (FDM)-Druckern als Filament und in Selective Laser Sintering (SLS)-Druckern als Pulver verwendet. Es gibt eine große Auswahl an Farben, und die Materialien können in ihrer Härte von weich bis fest angepasst werden. TPU wird in der Luft- und Raumfahrt, in der Automobilindustrie (z. B. für Armaturenbretter), in der medizinischen Industrie, für Industriegurte und in kommerziellen Produkten wie Sportartikeln und Schutzhüllen verwendet. 

Zu den Materialeigenschaften von TPU gehören folgende

• Leicht zu bedrucken
• Gute Schlagzähigkeit
• Gute chemische Beständigkeit
• Hohe Hitzebeständigkeit
• Hohe Reiß- und Abriebfestigkeit
• Hohe Elastizität
• UV-Beständigkeit ist weniger als wünschenswert
• Niedrige Drucktemperaturen führen zu schlechter Schichthaftung
• Hohe Drucktemperaturen führen zu Fadenbildung

Zu den Vorteilen von TPU im Vergleich zu TPE gehören die folgenden:

• Im Allgemeinen hat TPU eine glatte Oberfläche im Vergleich zu der gummiartigen Oberfläche von TPE
• TPU verhält sich bei kalten Temperaturen besser und behält seine Elastizität besser bei als TPE
• TPU hat einen höheren Grad an chemischer Beständigkeit
• TPU behält seine Abmessungen besser bei als TPE und neigt weniger zur Schrumpfung
• TPU hat eine längere Lebensdauer aufgrund seiner Abriebfestigkeit

Die Nachteile von TPU im Vergleich zu TPE sind folgende:

• TPU nimmt Feuchtigkeit auf (hygroskopisch)
• Aufgrund seiner Leistungsmerkmale kann die Nachbearbeitung problematisch sein.

Ähnliche Eigenschaften sind:

Schlagzähigkeit
Hitzebeständigkeit
Wasserdicht
Elastizität
Ausgezeichnete Farbauswahl
Ähnliche Druckgeschwindigkeiten

Die Alternative zu TPE und TPU ist Thermoplastischer Copolyester (TPC). TPC ist für Hobbybastler schwer zu beschaffen und gilt als Material in technischer Qualität. TPC ist ein thermoplastisches Elastomer, das häufig in Faltenbälgen und medizinischen Stents verwendet wird.

Zu den Materialeigenschaften von TPC gehören folgende:

• gute Elastizität
• hohe Festigkeit
• hohe Temperaturbeständigkeit
• gute thermische Stabilität
• Gute chemische Beständigkeit
• Ausgezeichnete UV-Beständigkeit
• Nicht geeignet für hochflexible Anwendungen

TPC weist viele der gleichen Eigenschaften auf wie TPE und TPU. Sie umfassen:

• Thermoplastische Elastomere
• Ausgezeichnete Klarheit und Färbbarkeit
• Die Druckgeschwindigkeiten sind ähnlich

Neben TPC gibt es noch andere Materialien, die mit TPE und TPU verglichen werden können:

TPE:
Silikonelastomere - Diese Materialien haben eine ausgezeichnete thermische Stabilität, dielektrische Eigenschaften, Scherfestigkeit, hohe Druckfestigkeit, UV-Beständigkeit und Oxidationsbeständigkeit.
Thermoplastisches Styrol (TPS) - TPS hat verbesserte rutschfeste Eigenschaften und ist weniger hygroskopisch.
TPU:
Polymilchsäure (PLA) - PLA ist ein thermoplastischer Polyester, der im 3D-Druck sehr beliebt ist, da er leichter zu drucken ist als TPU.
Polyether Block Amide (PEBA) - PEBA ist ein flexibles Polymerfilament mit ausgezeichneter Elastizität und Flexibilität.

Zurzeit ist Gummi nicht 3D-druckbar, daher werden alternative Materialien wie TPE und TPU für den 3D-Druck verwendet. Sowohl TPE als auch TPU sind weit verbreitete 3D-Materialien. Zusammengefasst:

• TPE ist am besten für flexible Produkte geeignet
• TPU ist am besten für kratz- und abriebfeste Gegenstände geeignet
• TPE hat eine gummiartige Oberfläche
• TPU hat eine glattere Oberfläche
• TPE ist schwierig für den Druck von maßgenauen Modellen.
• TPU ist steifer und maßhaltiger
• Sowohl TPE als auch TPU bieten eine gute Hitzebeständigkeit
• TPE ist ungiftig, gibt aber einen leichten Geruch ab
• TPU ist ebenfalls ungiftig, setzt aber beim Druck schädliche Dämpfe frei, die bei Verbrennung oder Kontakt mit bestimmten Chemikalien schädlich sind
• Sowohl TPE als auch TPU lassen sich mit annähernd der gleichen Geschwindigkeit bedrucken.
• Sowohl TPE als auch TPU sind umweltfreundlich und in 3-5 Jahren biologisch abbaubar.
• Die Kosten für TPE und TPU sind ähnlich