PEEK-Bearbeitung: Tipps, Vorteile und Anwendungen

PEEK ist ein beliebtes thermoplastisches Polymer, das in so unterschiedlichen Artikeln wie medizinischen Implantaten und elektrischen Kabelisolierungen zu finden ist.

Kunststoff hat hervorragende mechanische Eigenschaften und eine hohe Beständigkeit gegen korrosive Substanzen, was ihn bei Herstellern auf der ganzen Welt sehr begehrt macht. Obwohl PEEK regelmäßig für Spritzguss und 3D-Druck verwendet wird, hat es einen hohen Schmelzpunkt, was darauf hindeutet, dass es für subtraktive Prozesse wie die CNC-Bearbeitung geeignet ist – obwohl die PEEK-Bearbeitung ihre eigenen Herausforderungen aufweist.

Dieser Artikel gibt einen Überblick über die Grundlagen der PEEK-Bearbeitung: die Materialeigenschaften von PEEK, die Vorteile der PEEK-Bearbeitung, gängige Anwendungen der PEEK-Bearbeitung und Tipps zur optimalen Nutzung von bearbeiteten PEEK-Teilen.

Was ist PEEK?

PEEK oder Polyetheretherketon ist ein technischer Hochleistungsthermoplast und gehört zur Materialfamilie PAEK. Das teilkristalline Material wird für eine breite Palette industrieller Teile und Komponenten verwendet, weist eine hervorragende Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Abriebfestigkeit auf und behält seine Eigenschaften auch bei erhöhten Temperaturen bei.

PEEK-Sorten bieten eine ähnliche Chemikalien- und Wasserbeständigkeit wie PPS. Mit einem Schmelzpunkt von 343 °C kann PEEK jedoch bei höheren Temperaturen betrieben werden: Es kann kontinuierlich bis zu 250 °C und in heißem Wasser oder Dampf ohne dauerhaften Verlust der physikalischen Eigenschaften verwendet werden.

Hochleistungs-PEEK-Kunststoff ist in Pelletform, Filament für den 3D-Druck und Stabform für die CNC-Bearbeitung erhältlich. Es wird im Allgemeinen als industrietauglich oder medizinisch eingestuft.

Vorteile der Bearbeitung von PEEK

Die PEEK-Bearbeitung hat viele Vorteile, die in zwei Kategorien unterteilt werden können: die inhärenten Materialvorteile von PEEK und die spezifischen Prozessvorteile der Verwendung einer CNC-Maschine zur Bearbeitung des PEEK-Materials.

Zu den Materialvorteilen der Bearbeitung von PEEK gehören:

Hervorragende chemische Beständigkeit
Sehr geringe Feuchtigkeitsaufnahme
Verschleiß- und Abriebfestigkeit
Unbeeinflusst durch dauerhafte Einwirkung von heißem Wasser/Dampf
Bestimmte biokompatible Typen
Beständig gegen biologischen Abbau

Zu den Vorteilen des PEEK-Bearbeitungsprozesses gehören:

Hohe Genauigkeit
Hohe Wiederholgenauigkeit
Enge Toleranzen
Ein relativ hoher Schmelzpunkt ermöglicht schnellere Beschickungen und Geschwindigkeiten

Grenzen der PEEK-Bearbeitung

Obwohl viele Maschinisten PEEK-Kunststoff als zuverlässige Alternative zu einigen Metallen verwenden, gibt es mehrere Einschränkungen bei der Bearbeitung von thermoplastischem Polymer. Diese beinhalten:

Spezielle Handhabung erforderlich, um Eigenspannungen und hitzebedingte Risse zu minimieren
Glühen erforderlich
Leitet Wärme nicht gut ab
Kann bei tiefem Bohren reißen

Anwendungen der PEEK-Bearbeitung

PEEK ist ein Material mit einem überraschend vielfältigen Anwendungsspektrum, von denen einige durch die CNC-Bearbeitung besser bedient werden als durch andere Fertigungstechniken. PEEK-Kunststoff in Industriequalität wird in der Luft- und Raumfahrt, der Automobil-, Chemie-, Elektronik- und Energieindustrie verwendet, während PEEK-Kunststoff in medizinischer Qualität im Gesundheitswesen und in der Zahnmedizin verwendet wird.

PEEK-Bearbeitungstipps

PEEK ist ein maschinell bearbeitbarer Thermoplast, aber vor, während und nach der Bearbeitung müssen entscheidende Schritte befolgt werden, um das beste Endprodukt zu liefern.

Glühen: Glühen ist ein Prozess, der an PEEK-Stäben durchgeführt wird, um Spannungen abzubauen und die Wahrscheinlichkeit von Spannungs- und Oberflächenrissen im PEEK-Material während der Bearbeitung zu verringern. Geglühtes PEEK verformt sich auch weniger wahrscheinlich. Je nach Bearbeitungszeit können mehrere Glühschritte erforderlich sein.

Schneidwerkzeuge: In den meisten Fällen kann PEEK mit Siliziumkarbid-Schneidwerkzeugen bearbeitet werden. Wenn das PEEK mit Kohlefaser verstärkt ist oder wenn außergewöhnlich enge Toleranzen erforderlich sind, sollten Diamantwerkzeuge verwendet werden. Außerdem können Kontaminationen vermieden werden, wenn die verwendeten Schneidwerkzeuge nicht auch auf Metallen eingesetzt werden.

Nass oder trocken: Da PEEK keine Wärme abgibt, muss es während der Bearbeitung gekühlt werden, um Verformungen oder Brüche zu vermeiden. Standard-Kühlmittel kann verwendet werden, sofern nicht z.B. medizinische Teile bearbeitet werden, muss das PEEK-Material durch Druckluft gekühlt werden. Tatsächlich kann das Kühlmittel die Biokompatibilität von PEEK beeinträchtigen.

Bohren: Das Bohren tiefer Löcher kann zu Rissen führen, da PEEK eine geringere Dehnung als andere Kunststoffe hat.

PEEK-Bearbeitung, PEEK-3D-Druck oder PEEK-Spritzguss?

PEEK-Material ist nicht auf die CNC-Bearbeitung beschränkt. Es kann auch durch additive Fertigung oder Spritzguss verarbeitet werden. Die Wahl zwischen den Verfahren hängt vom gewünschten Endprodukt sowie von Zeit- und Budgetbeschränkungen ab.

Für den PEEK-3D-Druck sind FFF-Filamente und SLS-Pulver verfügbar. Die Verfügbarkeit von PEEK für die CNC-Bearbeitung und den Spritzguss übersteigt jedoch immer noch die Möglichkeiten der additiven Fertigung bei weitem. Der 3D-Druck wird für den Druck biokompatibler medizinischer Implantate immer beliebter, da komplexe (und teilweise hohle) Geometrien leicht erreicht werden können.

Spritzgegossenes PEEK-Harz wird häufig für Anwendungen in der Medizin, der Luft- und Raumfahrt und darüber hinaus verwendet. Sein Schmelzpunkt liegt jedoch am oberen Ende der Leistungsfähigkeit vieler Spritzgießmaschinen und kann daher als Spezialwerkstoff angesehen werden.

Kunden können neben PEEK auch andere Hochtemperaturkunststoffe wie PEKK oder Ultem in Betracht ziehen.