ESD-sichere 3D-Druckmaterialien und wie sie funktionieren

Elektrostatisch ableitfähige (ESD-sichere) 3D-Druckmaterialien sind speziell entwickelte Polymere, die statische Elektrizität sicher ableiten, um empfindliche elektronische Komponenten und Baugruppen vor Schäden durch plötzliche elektrostatische Entladungen zu schützen. Diese Materialien enthalten leitfähige Zusatzstoffe wie Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern, die eine kontrollierte elektrische Leitfähigkeit oder elektrostatische Ableitung ermöglichen.

Warum ESD-sichere Materialien wichtig sind

Die Ansammlung statischer Elektrizität kann empfindliche elektronische Schaltungen und Bauteile während der Herstellung, Montage oder Handhabung schädigen. Der Einsatz ESD-sicherer Materialien für 3D-gedruckte Vorrichtungen, Halterungen, Gehäuse und Werkzeuge hilft, elektrostatische Entladungsereignisse zu verhindern, die empfindliche Elektronik beeinträchtigen oder zerstören können. Dieser Schutz ist in Branchen wie der Elektronikfertigung, Reinräumen, Luft- und Raumfahrt sowie dem Automobilsektor, in denen Zuverlässigkeit und Sicherheit entscheidend sind, besonders wichtig.

Verständnis der Flächenwiderstandsfähigkeit

Die Flächenwiderstandsfähigkeit ist eine zentrale Eigenschaft, die die Leistung eines ESD-sicheren Materials definiert. Sie misst den Widerstand gegen elektrischen Strom, der entlang der Oberfläche eines Materials fließt, und wird in Ohm pro Quadrat (Ω/□) angegeben. Im Gegensatz zum Volumenwiderstand bezieht sich die Flächenwiderstandsfähigkeit nur auf die Leitfähigkeit über die 2D-Oberflächenschicht. Materialien mit hoher Flächenwiderstandsfähigkeit sind isolierend, während solche mit niedrigem Widerstand leitfähig werden.

Für ESD-sichere Materialien liegt ein idealer Bereich der Flächenwiderstandsfähigkeit typischerweise zwischen 10^4 und 10^9 Ω/□. Dieser Bereich ermöglicht es dem Material, statische Ladungen effektiv abzuleiten, ohne vollständig leitfähig zu werden. Wenn die Flächenwiderstandsfähigkeit zu niedrig wird (unter etwa 10^4 Ω/□), besteht die Gefahr, dass sich das Material wie ein Leiter verhält, was unerwünschte Stromflüsse und Schäden verursachen kann. Umgekehrt führt ein zu hoher Widerstand dazu, dass statische Ladungen nicht effizient abgeleitet werden.

Anwendungen für ESD-sichere 3D-Druckmaterialien

ESD-sichere Filamente eignen sich besonders für:

• Elektronische Gehäuse und Ummantelungen

• Komponenten für Lagerung und Transport von Leiterplatten (PCB)

• Vorrichtungen, Halterungen und Montageteile in der Elektronikfertigung

• Reinraumkompatible Teile, bei denen statische Kontrolle unerlässlich ist

• Strukturelle Komponenten in Industrie- und Automobilsektoren, die sowohl mechanische Festigkeit als auch statische Ableitung erfordern

Polymakers ESD-sichere Materialien: Fiberon™ PETG-ESD und PA612-ESD

Polymaker bietet zwei bemerkenswerte ESD-sichere 3D-Druckfilamente an:

1. Fiberon™ PETG-ESD:

• PETG-Basis, angereichert mit Kohlenstoffnanoröhren zur elektrostatischen Ableitung

• Flächenwiderstandsfähigkeit etwa 10^4 bis 10^7 Ω/□, bietet zuverlässigen ESD-Schutz

• Geeignet für elektronische Gehäuse und Vorrichtungen

• Empfohlene Drucktemperatur: 250 bis 290 °C mit Druckbett-Temperatur 70 bis 80 °C

• Höhere Drucktemperaturen verringern die Flächenwiderstandsfähigkeit und fördern die Ableitung

1. Fiberon™ PA612-ESD:

• Nylon (PA612) Verbundfilament, verstärkt mit Kohlenstoffnanoröhren und 10 % Kohlenstofffaser

• Bietet hohe mechanische Festigkeit (Zugfestigkeit 84 MPa), Maßhaltigkeit und Hitzebeständigkeit (HDT bis zu 157 °C)

• Flächenwiderstandsfähigkeit zwischen 10^4 und 10^7 Ω/□, geeignet für statischen Schutz

• Ideal für Leiterplatten, Gehäuse, industrielle Vorrichtungen und Reinraumwerkzeuge

• Druck bei 280 bis 300 °C mit Druckbett-Temperatur 40 bis 50 °C

• Druck bei höheren Temperaturen (z. B. 320 °C) kann den Widerstand weiter senken und Teile möglicherweise leitfähig machen

Wie die Drucktemperatur die Widerstandsfähigkeit beeinflusst

Sowohl Fiberon PETG-ESD als auch PA612-ESD zeigen den Trend, dass steigende Drucktemperaturen die Flächenwiderstandsfähigkeit verringern. Das bedeutet, dass heißer gedruckte Teile bessere ESD-Ableitungseigenschaften aufweisen. Allerdings kann beim PA612-ESD das Drucken bei übermäßig hohen Temperaturen (um 320 °C) den Widerstand so weit senken, dass das Material eher wie ein Leiter als nur dissipativ reagiert, was je nach Anwendungsbedarf möglicherweise nicht wünschenswert ist.