Prusament zielt auf die letzte Grenze! Wir bringen PC Space Grade Black auf den Markt – ein Material, das für die Raumfahrtindustrie und Anwendungen der Teilchenphysik entwickelt wurde. Seine Hauptvorteile sind seine ESD-sicheren Eigenschaften und die sehr geringe Ausgasung. Darüber hinaus machen sein erschwinglicher Preis und seine einfache Druckbarkeit auf herkömmlichen 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 anspruchsvolle persönliche Projekte, wie z. B. Gehäuse für elektronische Geräte und mehr. Werfen wir einen genaueren Blick auf die Eigenschaften dieses revolutionären Materials.

Hochwertiges Material für jedermann zugänglich

Unser Ziel war es, ein professionelles und dennoch erschwingliches Material zu entwickeln, das die Prototypenentwicklung und Herstellung von Weltraumkomponenten vereinfacht. Bislang waren nur teure Materialien wie PEEK, PEKK und PEI mit ESD-sicheren Eigenschaften für diesen Bereich geeignet. 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 Komponenten erheblich senkt und die Zugänglichkeit für jedermann deutlich erhöht.

Prusa CORE One mit Prusament PC Space Grade Black

Anforderungen für Weltraumanwendungen

Um im Weltraum eingesetzt werden zu können, muss ein Material eine Reihe spezifischer Eigenschaften aufweisen, um den rauen Umgebungsbedingungen standzuhalten. Einige dieser Eigenschaften sind relativ leicht zu erreichen (thermische und mechanische Beständigkeit), während andere schwieriger zu realisieren sind (Ausgasung und ESD-Sicherheit). Diese Eigenschaften werden in zertifizierten Labors (ESA, CERN…) getestet, und das Material wird dann auf der Grundlage der Ergebnisse für spezifischere Anwendungsbereiche klassifiziert.

Für Prusament PC Space Grade Black streben wir die höchste Klassifizierung für Polymere an, wodurch das Material für strukturelle Komponenten wie CubeSat-Rahmen verwendet werden könnte. Bis dahin sind es noch einige Schritte, da wir noch auf mehrere Testergebnisse warten. Die schwierigsten Meilensteine haben wir jedoch bereits hinter uns gebracht und können nun sagen, dass unser Material bereits für weniger anspruchsvolle Anwendungen im Weltraum geeignet ist. Dazu gehören Komponenten mit geringerer Belastung, wie Elektronikgehäuse, Kabelhalterungen und vieles mehr. Werfen wir einen Blick auf die Ergebnisse, die wir bereits vorlegen können.

Eine der weniger anspruchsvollen Anwendungen im Weltraum: Prusament PC Space Grade Black wurde als Endanschlag für einen von TRL Space entwickelten CubeSat-Deployer verwendet.

Ausgasung

Die mit Abstand größte Errungenschaft ist der Ausgasungsgrad. Im Allgemeinen werden unter Vakuum verschiedene Restmonomere oder Produkte des Polymerabbaus aus den Polymeren freigesetzt. Dies kann die im Satelliten (oder anderen Präzisionsgeräten) verwendete Elektronik beeinträchtigen oder sogar beschädigen. Freigesetzte Gase können optische Geräte verunreinigen oder zu ungenauen Messungen präziser Sensoren führen. Und schließlich kann die Gasfreisetzung selbst die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Materials beeinträchtigen.

Die Herstellung von thermoplastischen Polymeren mit geringer Ausgasung ist eine große Herausforderung und wird in der Regel mit teuren Materialien in Industriequalität wie PEKK und PEEK erreicht. Wir konnten die strengen Anforderungen der Europäischen Weltraumorganisation ESA mit PC (Polycarbonat) erfüllen, einem relativ kostengünstigen, weit verbreiteten und leicht zu druckenden Material.

Der Ausgasungstest wurde an 3D-gedruckten Proben in einem ESA-Labor durchgeführt. Nachstehend finden Sie die Ergebnisse, aber Sie können hier den vollständigen Bericht herunterladen.

Gemessene Ausgasungswerte und verwendete Methoden:

TML (Total Mass Loss, Gesamtmassenverlust): Eine Probe wird gewogen, unter Hochvakuum einer bestimmten Temperatur ausgesetzt und anschließend erneut gewogen. 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, Gesammeltes flüchtiges kondensierbares Material): Die Menge an organischen Verbindungen, die unter einer bestimmten konstanten Temperatur unter Vakuum aus dem Material freigesetzt und vom Messgerät gesammelt werden. Der von der ESA festgelegte Grenzwert liegt bei weniger als 0,1 %; das Prusament PC Space Grade Black erreichte perfekte 0,00 %.

RML (Recovered Mass Loss, Zurückgewonnener Massenverlust): Der gesamte Massenverlust ohne absorbiertes Wasser. Zunächst wird die Probe gewogen, dann für eine bestimmte Zeit einer bestimmten Temperatur unter Vakuumbedingungen ausgesetzt. Anschließend wird sie einer Raumtemperatur (22 ± 3 °C) und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 65 % ausgesetzt. Schließlich wird sie erneut gewogen und der endgültige Massenverlust in % berechnet. Der von der ESA festgelegte Höchstwert beträgt 1,0 %; das Prusament PC Space Grade Black erreichte 0,12 %.

Von TRL Space entworfene und im 3D-Druck hergestellte Prototypen von CubeSat-Strukturen

Elektrostatische Ableitungseigenschaften (ESD)

Eine weitere Eigenschaft, die für den Einsatz in Weltraumkomponenten erforderlich ist, ist die elektrostatische Ableitung. Diese Eigenschaft ist nicht nur für Raumfahrtingenieure wichtig, sondern für alle, die mit elektronischen Geräten arbeiten.

Die häufig verwendeten Polymere lassen sich entsprechend ihrer Leitfähigkeit in drei Gruppen einteilen: Isolatoren, dissipative Materialien und leitfähige Materialien. Die meisten Materialien, die im FFF/FDM-3D-Druck verwendet werden, haben isolierende Eigenschaften. Solche Materialien sind nicht für den Druck von Teilen geeignet, die in direkten Kontakt mit Elektronik kommen, da sie elektrostatische Entladungen nicht ableiten können.

Der spezifische Widerstand des Materials kann jedoch mit verschiedenen Additiven gesenkt werden. Solche veränderten Filamente werden dann dissipativ und sind auf dem Markt als „ESD-sicher“ gekennzeichnet. Der gemessene Widerstand dissipativer Materialien liegt zwischen 10⁴ und 10¹¹ Ohm. Alles mit einem höheren Widerstand gilt als isolierend und alles mit niedrigeren Werten als leitfähiges 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 hohe dissipative Eigenschaft 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 aus den 3D-gedruckten Proben gewonnen, ohne Nachbearbeitung wie Wärmebehandlung oder Schleifen, was die inhärente und konsistente ESD-Leistung des Filaments belegt. Dies zeigt, dass Teile gedruckt und sofort für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden können, die eine zuverlässige elektrostatische Ableitung erfordern.

CubeSat-Deployer-Prototyp von TRL Space mit Prusament PC Space Grade-Komponenten

Mechanische Eigenschaften

Zu Beginn unseres gemeinsamen Projekts mit TRL Space haben wir eine Finite-Elemente-Simulation für ein einteiliges CubeSat-Design durchgeführt und die Mindestwerte für die mechanischen Eigenschaften festgelegt, die 3D-gedruckte Teile überschreiten sollten. Diese Mindestwerte lagen bei 70 MPa für die Zugfestigkeit, 2 GPa für den Zugmodul, 10 MPa für die Zwischenschichthaftung und 100 °C für die Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT).

Wir freuen uns, berichten zu können, dass Prusament PC Space Grade Black diese Kriterien erfolgreich übertroffen hat, da wir folgende Werte erreicht haben:

• Zugfestigkeit: 75 MPa
• Zugmodul: 3,7 GPa
• Zwischenschichthaftung: 18 MPa
• HDT: 137,6 °C bei einer Belastung von 0,45 MPa

Durch das Übertreffen dieser Werte (zusammen mit den Ausgasungs- und ESD-Eigenschaften) ist das Filament ein starker Kandidat als erschwingliches Material, das für die zukünftige CubeSat-Produktion geeignet ist. Weitere Details zu den mechanischen Eigenschaften finden Sie im technischen Datenblatt.

Preis, Gewicht und Farbe

Die Kohlenstoffadditive im Filament verleihen ihm eine spezifische schwarze Farbe mit satiniertem Finish. Die Oberflächenstruktur des gedruckten Objekts kann leicht an andere kohlenstoffgefüllte Filamente erinnern, wie z. B. Prusament PC Blend Carbon Fiber.

Sie können die 850-g-Spule für 229 USD / 249 € (inkl. MwSt.) erwerben.

Druckeigenschaften

Prusament PC Space Grade Black kann wie herkömmliches Polycarbonat auf gängigen Desktop-3D-Druckern gedruckt werden. Das Filament neigt kaum oder gar nicht zum Verziehen. Modelle mit einer Größe von bis zu 200 x 200 mm können problemlos auf Prusa-3D-Druckern gedruckt werden.

• Unterstützte 3D-Druckerprofile: Prusa CORE One, MK4S, XL, Prusa Pro HT90 (es können auch 3D-Drucker von Drittanbietern verwendet werden)
• Düsen-/Betttemperatur: 290 / 120 °C
• Düse: Gehärtet, 0,4 mm oder größer
• Empfohlene Druckbleche: Satiniert, Texturiert, PP
• Gehäuse: Nicht erforderlich

Wir empfehlen, das Filament vor dem Drucken zu trocknen (6 Stunden bei 60 °C) und es während des Druckvorgangs in einer Drybox aufzubewahren, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Das trockene Prusament PC Space Grade Black bietet eine außergewöhnliche Maßgenauigkeit und beste mechanische Eigenschaften sowie Ausgasungseigenschaften.

Beispieldrucke

CubeSat 1u (Im Weltraum einsetzbare Komponente)	4.7L Mini ITX Gehäuse von eCrowne (Beispiel für eine ESD-sichere Komponente)
Falcon 9 grid fin coaster von Sebastián Alejandro (Ästhetisches Modell zum Thema Weltraum)	Motorblock V6 von Prusa Research (Ein weiteres Beispiel für einen ansprechenden 3D-Druck)

Rückverfolgbarer Prozess

Wir bieten einen weiteren bedeutenden Vorteil: Der gesamte Herstellungsprozess des Bauteils ist von Anfang bis Ende rückverfolgbar. Erstens stellen wir für alle Prusament-Spulen Daten zur Filamentherstellung bereit, darunter Angaben zu Durchmesserkonstanz, Gewicht, Länge, Ovalität und Standardabweichung. Zweitens können Sie den Fortschritt Ihres 3D-Drucks, einschließlich Telemetrie, über Prusa Connect verfolgen.

Aber das ist noch nicht alles. Mit etwas Glück werden wir Ergebnisse erzielen, die gut genug sind, um Prusament PC Space Grade Black für die höchste Kategorie von Polymeren zu qualifizieren, die in Weltraumanwendungen verwendet werden. Abschließend möchten wir noch erwähnen, dass wir so sehr an dieses Prusament glauben, dass es unser erstes Filament ist, für das wir eine Patentanmeldung eingereicht haben.

Wenn Sie Ideen für eine Zusammenarbeit in Bezug auf Prusament PC Space Grade Black haben, kontaktieren Sie uns bitte unter [email protected]. Wir beteiligen uns gerne an jedem Projekt mit Bezug zur Raumfahrt.

Gefällt Ihnen unser neues Prusament? Teilen Sie uns Ihre Meinung in den Kommentaren mit.

Viel Spaß beim Drucken!