PEEK-Bearbeitung: Tipps, Vorteile & Anwendungen

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

Der Kunststoff verfügt über hervorragende mechanische Eigenschaften und eine hohe Beständigkeit gegen korrosive Substanzen, was ihn für Hersteller auf der ganzen Welt sehr begehrt macht. Obwohl PEEK regelmäßig für den Spritzguss und den 3D-Druck verwendet wird, hat es einen hohen Schmelzpunkt, was darauf hindeutet, dass es sich für subtraktive Verfahren wie die CNC-Bearbeitung eignet – auch wenn die Bearbeitung von PEEK ihre eigenen Herausforderungen mit sich bringt.

Dieser Artikel behandelt die Grundlagen der PEEK-Bearbeitung: die Materialeigenschaften von PEEK, die Vorteile der PEEK-Bearbeitung, gängige Anwendungen der PEEK-Bearbeitung und Tipps, wie Sie das Beste aus bearbeiteten PEEK-Teilen herausholen können.

Was ist PEEK?

PEEK, oder Polyetheretherketon, ist ein technischer Hochleistungsthermoplast und gehört zur PAEK-Materialfamilie. Das teilkristalline Material wird für eine Vielzahl industrieller Teile und Komponenten verwendet. Es weist eine ausgezeichnete Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Abriebfestigkeit auf und behält seine Eigenschaften auch bei hohen Temperaturen bei.

PEEK-Typen bieten eine ähnliche Chemikalien- und Wasserbeständigkeit wie PPS. Mit einem Schmelzpunkt von 343°C kann PEEK jedoch bei höheren Temperaturen eingesetzt werden: Es kann kontinuierlich bis 250°C und in heißem Wasser oder Dampf verwendet werden, ohne dass die physikalischen Eigenschaften dauerhaft beeinträchtigt werden.

Der Hochleistungskunststoff PEEK ist als Granulat, als Filament für den 3D-Druck und in Form von Stäben für die CNC-Bearbeitung erhältlich. Er wird in der Regel entweder als Industriequalität oder als medizinische Qualität klassifiziert.

Vorteile der Bearbeitung von PEEK

Die Bearbeitung von PEEK bietet zahlreiche Vorteile, die sich in zwei Kategorien unterteilen lassen: die inhärenten Materialvorteile von PEEK und die spezifischen Prozessvorteile beim Einsatz einer CNC-Maschine für die Bearbeitung von PEEK-Material.

Zu den Materialvorteilen der Bearbeitung von PEEK gehören:

• Ausgezeichnete chemische Beständigkeit
• Sehr geringe Feuchtigkeitsaufnahme
• Verschleiß- und Abriebfestigkeit
• Unempfindlich gegenüber kontinuierlicher Einwirkung von heißem Wasser/Dampf
• Einige Sorten biokompatibel
• Resistent gegen biologischen Abbau

Zu den Prozessvorteilen der Bearbeitung von PEEK gehören:

• Hohe Genauigkeit
• Hohe Wiederholbarkeit
• Enge Toleranzen
• Relativ hoher Schmelzpunkt ermöglicht schnellere Vorschübe und Geschwindigkeiten

Grenzen der PEEK-Bearbeitung

Obwohl viele Zerspaner PEEK-Kunststoff als zuverlässige Alternative zu einigen Metallen verwenden, gibt es einige Einschränkungen bei der Bearbeitung des thermoplastischen Polymers. Dazu gehören:

• Besondere Handhabung erforderlich, um innere Spannungen und hitzebedingte Risse zu minimieren
• Glühen erforderlich
• Leitet die Wärme nicht gut ab
• Kann reißen, wenn tief gebohrt wird

Anwendungen der PEEK-Bearbeitung

PEEK ist ein Material mit einer erstaunlich breiten Palette von Anwendungen, von denen sich einige durch CNC-Bearbeitung besser eignen als durch andere Fertigungstechniken. PEEK-Kunststoff in Industriequalität wird in der Luft- und Raumfahrt, in der Automobilindustrie, in der chemischen Industrie, in der Elektronik und im Energiesektor verwendet, während PEEK-Kunststoff in medizinischer Qualität im Gesundheitswesen und in der Zahnmedizin eingesetzt wird.

Diese gängigen maschinell bearbeiteten PEEK-Teile werden hier danach kategorisiert, ob sie PEEK in Industriequalität oder in medizinischer Qualität verwenden:

Tipps zur PEEK-Bearbeitung

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

• Glühen: Das Ausglühen ist ein Prozess, der bei PEEK-Stäben durchgeführt wird, um Spannungen abzubauen und die Wahrscheinlichkeit von Spannungen und Oberflächenrissen im PEEK-Material während der Bearbeitung zu verringern. Geglühtes PEEK ist außerdem weniger verformungsanfällig. Je nach der für die Bearbeitung erforderlichen Zeit können mehrere Glühphasen erforderlich sein.
• Schneidewerkzeuge: In den meisten Fällen kann PEEK mit Siliziumkarbid-Schneidwerkzeugen bearbeitet werden. Wenn das PEEK mit Kohlenstofffasern verstärkt ist oder wenn außergewöhnlich enge Toleranzen erforderlich sind, sollten Diamantwerkzeuge verwendet werden. Außerdem kann eine Kontamination vermieden werden, wenn die verwendeten Schneidwerkzeuge nicht auch für Metalle verwendet werden.
• Nass oder trocken: Da PEEK keine Wärme abgibt, muss es während der Bearbeitung gekühlt werden, um Verformungen oder Brüche zu vermeiden. Es kann ein Standard-Flüssigkeitskühlmittel verwendet werden, es sei denn, es werden z.B. medizinische Teile bearbeitet. In diesem Fall muss das PEEK-Material mit Druckluft gekühlt werden. Dies liegt daran, dass flüssiges Kühlmittel die Biokompatibilität von PEEK beeinträchtigen kann.
• Bohren: Tiefes Bohren kann zu Rissen führen, da PEEK eine geringere Dehnung als andere Kunststoffe aufweist.

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

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

Für den 3D-Druck von PEEK sind sowohl FFF-Filamente als auch SLS-Pulver erhältlich. Allerdings überwiegt die Verfügbarkeit von PEEK für die CNC-Bearbeitung und den Spritzguss noch immer bei weitem die Möglichkeiten der additiven Fertigung. Der 3D-Druck wird für den Druck von biokompatiblen medizinischen Implantaten immer beliebter, da sich komplexe (und teilweise hohle) Geometrien leicht realisieren lassen.

Spritzgegossener PEEK-Kunststoff wird häufig für Anwendungen in der Medizin, der Luft- und Raumfahrt und darüber hinaus verwendet. Sein Schmelzpunkt liegt jedoch am oberen Ende der Möglichkeiten vieler Spritzgießmaschinen, so dass es als Spezialmaterial betrachtet werden kann.

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

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