PEI (ULTEM)

PEI (Polyetherimid), weithin unter dem Handelsnamen ULTEM bekannt, ist ein amorpher Hochleistungsthermoplast. Er verbindet hohe Festigkeit und Steifigkeit mit einer Glasübergangstemperatur von bis zu etwa 217 °C, inhärenter Flammwidrigkeit bei geringer Rauchentwicklung und guter Maßhaltigkeit. Im industriellen FDM-Druck dominieren zwei Typen: ULTEM 9085, ein für Flugzeuginnenräume entwickelter Blend auf PEI-Basis, und ULTEM 1010, ein ungefülltes PEI mit höherer Wärmeformbeständigkeit und Steifigkeit. Ungefülltes und glasfasergefülltes PEI ist außerdem als Stangen- und Plattenhalbzeug für die CNC-Bearbeitung erhältlich.

Wählen Sie PEI, wenn ein Teil oberhalb von etwa 120 °C steif bleiben muss, wo PC und die meisten Polyamide an ihre Grenze kommen, wenn Anforderungen an das Brand-, Rauch- und Toxizitätsverhalten (FST) gelten oder wenn ein leichter Kunststoff in Vorrichtungen und Werkzeugen Metall ersetzen soll. Die Grenzen: Gedruckte Teile sind quer zu den Schichten deutlich schwächer, chlorierte Lösemittel und starke Laugen greifen PEI an, und der Werkstoff kostet ein Mehrfaches gängiger technischer Kunststoffe. Bei Uretyco wird PEI über Partner mit industriellen FDM-Anlagen mit beheiztem Bauraum sowie für die CNC-Bearbeitung angeboten; Typ, Machbarkeit und Lieferzeit werden in Angebot und Auftragsprüfung bestätigt.

Mechanische und physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Typischer Wert	Hinweise
Zugfestigkeit, spritzgegossen oder Halbzeug	≈ 105–110 MPa	Ungefülltes PEI; Typen mit 30 % Glasfasern erreichen ≈ 160–170 MPa.
Zugfestigkeit, FDM-gedruckt	≈ 65–85 MPa	In der Schichtebene (XY), 1010 am oberen Ende; quer zu den Schichten (Z) oft nur ≈ 40–50 MPa.
Zug-E-Modul	≈ 2,2–3,6 GPa	≈ 2,2–2,5 GPa für gedrucktes 9085, ≈ 2,7–3,0 GPa für gedrucktes 1010, ≈ 3,2–3,6 GPa für spritzgegossenes ungefülltes PEI.
Bruchdehnung	≈ 2–6 %	Gedruckte Teile; das untere Ende gilt quer zu den Schichten. Spritzgegossenes ungefülltes PEI ≈ 60 %.
Dichte	≈ 1,27–1,34 g/cm³	≈ 1,27 g/cm³ für ungefülltes PEI und 1010, ≈ 1,34 g/cm³ für 9085, ≈ 1,51 g/cm³ für Typen mit 30 % Glasfasern.
Glasübergangstemperatur (Tg)	≈ 186 °C (9085); ≈ 215–217 °C (1010)	Amorph: Die Steifigkeit fällt bei Annäherung an Tg stark ab, da keine kristalline Phase die Last oberhalb davon trägt.
Wärmeformbeständigkeit (HDT)	≈ 150–155 °C (9085); ≈ 210–215 °C (1010)	Bei 1,8 MPa. Spritzgegossenes ungefülltes PEI ≈ 200 °C, mit 30 % Glasfasern ≈ 210 °C.
Dauergebrauchstemperatur	≈ 170 °C	Ungefülltes PEI, relativer Temperaturindex nach UL. Niedriger für 9085 und für Teile unter Dauerlast; Kriechdaten prüfen.
Brennbarkeit	UL 94 V-0	Ohne Flammschutzzusätze; die eingestufte Wanddicke hängt vom Typ ab. Geringe Rauchentwicklung.
Wärmeausdehnung	≈ 47–65 µm/(m·K)	Etwa das 2- bis 3-Fache von Aluminium; typ- und richtungsabhängig. Gedruckte Teile unterscheiden sich zwischen XY und Z.
Wasseraufnahme	≈ 0,25 %	24 h, ungefülltes PEI; ≈ 1,25 % bei Sättigung. Das Filament muss vor dem Druck getrocknet werden.

Typische Werte, keine Bemessungswerte

Typische Werte bei Raumtemperatur aus veröffentlichten Daten für ungefülltes PEI und für gedruckte Prüfkörper aus ULTEM 9085 und 1010. Die Eigenschaften gedruckter Teile hängen stark von Bauteilausrichtung, Bahnführung und Drucker ab, und Halbzeuge unterscheiden sich von Spritzgussteilen. Verwenden Sie für Festigkeitsberechnungen das Datenblatt des im Angebot genannten Typs und validieren Sie tragende Druckteile mit echten Mustern.

FDM-Druck von PEI

PEI wird nur auf industriellen FDM-Anlagen mit beheiztem Bauraum gedruckt, der das Teil während des gesamten Drucks heiß hält, damit die Schichten verschmelzen und große Teile sich nicht verziehen. Stützstrukturen bestehen meist aus einem ausbrechbaren Material, das von Hand entfernt wird, und die Schichthöhe liegt typischerweise bei etwa 0,25–0,33 mm; feine Details und kleine Schriften fallen daher gröber aus als bei Desktop-Werkstoffen. Da PEI amorph ist, brauchen gedruckte Teile keinen Kristallisationsschritt nach dem Druck. Hinweise für Konstruktion und Bestellung:

Ausrichtung: Die Festigkeit quer zu den Schichten liegt oft etwa 40 % unter der in der Schichtebene. Hauptlastpfad, Clips und Dome in die Schichtebene legen und eine festgelegte Ausrichtung in den Bestellhinweisen angeben.
Wände und Details: Wandstärken von mindestens etwa 1,0–1,5 mm vorsehen, also mehrere Extrusionsbreiten. Sehr dünne Rippen, Stifte und scharfe Kanten lassen sich mit den breiten Strängen, die bei PEI üblich sind, schlecht drucken.
Füllung: Wo Festigkeit oder Dichtheit zählt, voll gefüllte Teile anfordern; eine lockere Innenfüllung spart bei großen Werkzeugen und Vorrichtungen Material und Bauzeit.
Stützen und Sichtflächen: Flächen, die mehr als etwa 45° von der Senkrechten abweichen, brauchen Stützen, die Spuren hinterlassen. Flächen kennzeichnen, die sauber bleiben müssen, und geschlossene Kanäle vermeiden, aus denen sich Stützen nicht entfernen lassen.
Bohrungen und Gewinde: Passungskritische Bohrungen nach dem Druck aufbohren oder reiben und für wiederholte Montage Gewindeeinsätze verwenden; gedruckte Gewinde eignen sich nur für geringe Lasten.

CNC-Bearbeitung von PEI

PEI-Stangen und -Platten lassen sich mit scharfen Hartmetallwerkzeugen sauber zerspanen und ergeben formstabile, genaue Teile; das passt zu Isolatoren, Prüfsockeln, Fluidverteilern und Vorrichtungen in kleinen Stückzahlen. Ungefülltes PEI ist durchscheinend bernsteinfarben; Typen mit 30 % Glasfasern sind steifer und maßhaltiger, aber abrasiv. Als amorpher Kunststoff neigt PEI bei Kontakt mit ungeeigneten Medien zur Spannungsrissbildung. Achten Sie auf Folgendes:

Kühlschmierstoffe und Reiniger: mit Luft oder einem verträglichen wassermischbaren Kühlschmierstoff arbeiten. Chlorierte Lösemittel und manche aggressive Reiniger können Haarrisse auslösen, mitunter erst Tage nach der Bearbeitung.
Spannungen und Maßhaltigkeit: spannungsarmes Halbzeug verwenden und Werkzeuge scharf halten; bei engen Toleranzen schruppen, tempern, dann schlichten.
Glasfasergefüllte Typen: Sie verschleißen Werkzeuge schnell; Hartmetall ist das Minimum, diamantbeschichtete Werkzeuge halten bei Serien deutlich länger.
Wände, Ecken und Gewinde: Von den Kunststoffwerten des CNC-Designleitfadens ausgehen (1,5 mm Mindestwandstärke, Innenradien von mindestens einem Drittel der Taschentiefe). Geschnittene Gewinde funktionieren in ungefülltem PEI; bei wiederholter Montage oder glasfasergefüllten Typen Gewindeeinsätze verwenden.

Toleranzen und Oberfläche

Ohne Zeichnungstoleranz gilt bei Uretyco für FDM-Teile der Standard von ±0,5 mm bzw. ±0,5 %, je nachdem, welcher Wert größer ist; die tatsächlichen Ergebnisse variieren mit Ausrichtung, Teilegröße, Stützen und Nachbearbeitung, und engere Werte an gut gestützten Merkmalen erfordern eine Zeichnung und die Annahme im Angebot; lange, flache oder dicke Teile können stärker abweichen, daher sollten kritische Bohrungen und Bezugsflächen nach dem Druck spanend nachgearbeitet werden. Für gefrästes PEI legt Uretyco bei nicht angegebenen Toleranzen ISO 2768-mK zugrunde, mit einer Standardoberfläche von etwa Ra 1,6–3,2 µm; engere Toleranzen erfordern eine 2D-Zeichnung. Verbindlich sind die Werte aus Angebot und Auftragsprüfung.

Oberflächenbehandlungen

Die meisten PEI-Teile werden wie gedruckt oder wie gefräst eingesetzt. Die Nachbearbeitung entfernt Stützspuren, glättet Sicht- und Strömungsflächen und ergänzt genaue gefräste Merkmale; bei Innenraumteilen muss jede Beschichtung zu den Brand-, Rauch- und Toxizitätsanforderungen des Teils passen.

Oberfläche	Nutzen	Hinweise für PEI
Wie gedruckt	Niedrigste Kosten	Schichtlinien und Stützspuren sichtbar; naturfarben beige oder bernsteinfarben oder schwarz.
Schleifen und Strahlen	Gleichmäßig matte Oberfläche	Entfernt Stützspuren und mildert Schichtlinien; geringe Maßänderung.
Spachteln, Grundieren und Lackieren	Glatte Sichtoberfläche	Üblich für sichtbare Innenraumteile; das Lacksystem muss zur FST-Anforderung passen.
Spanende Bearbeitung kritischer Merkmale	Genaue Bohrungen, Gewinde und Bezugsflächen	Kombiniert einen gedruckten Grundkörper mit gefrästen Passungen; diese Flächen in der Zeichnung kennzeichnen.
Wie gefräst (Halbzeug)	Saubere, leicht glänzende Flächen	Strahlen kaschiert Werkzeugspuren; Polieren stellt bei ungefülltem, bernsteinfarbenem PEI einen Teil der Transparenz wieder her.

Oberflächen und Brandeinstufung

Eine FST-Einstufung gilt für den geprüften Werkstoff, die geprüfte Dicke und die geprüfte Oberfläche. Lacke, Spachtelmassen, Klebstoffe und Einsätze können das Ergebnis verändern; stimmen Sie den gesamten Aufbau daher vor der Bestellung fertiger Innenraumteile mit Ihren Qualifizierungsanforderungen ab.

Kosten- und Lieferzeittreiber

PEI-Filament und -Halbzeug kosten ein Mehrfaches von ABS oder PC, und das Filament lässt sich nur auf Druckern mit beheiztem Bauraum verarbeiten; Material und Maschinenzeit fallen daher beide stark ins Gewicht. Die wichtigsten Hebel:

Bauvolumen und Bauhöhe: Große, voll gefüllte Teile bedeuten lange Druckzeiten auf Hochtemperaturanlagen; eine lockere Füllung bei unkritischen Werkzeugen verkürzt sie.
Stützen und Ausrichtung: Ausbrechbare Stützen kosten Material und Handarbeit; eine Ausrichtung mit weniger Stützen senkt die Kosten und verbessert die Oberflächen.
Typ und Rückverfolgbarkeit: Zertifizierte Ausführungen von 9085 und 1010 mit Chargenrückverfolgbarkeit sind Spezialartikel; fordern Sie sie mit dem Angebot an, damit Verfügbarkeit und Lieferzeit bestätigt werden können.
Halbzeug für die Zerspanung: Gefräste Teile auf Standardabmessungen von Stangen und Platten auslegen; glasfasergefüllte Typen erhöhen den Werkzeugverschleiß.
Dokumente: Werkstoffzeugnisse und eine Konformitätsbescheinigung sind optional und können die Lieferzeit verlängern. Fordern Sie sie mit dem Angebot an.

PEI im Vergleich zu anderen Hochleistungskunststoffen

Werkstoff	Dauergebrauchstemperatur	Chemikalienbeständigkeit	Brandverhalten	FDM-Druck	Relative Kosten
PEI (9085, 1010)	≈ 170 °C (ungefülltes PEI); niedriger für 9085	Gut; von chlorierten Lösemitteln und starken Laugen angegriffen	Inhärent V-0, geringe Rauchentwicklung; 9085 verbreitet in Flugzeuginnenräumen	Auf Industrieanlagen etabliert; kein Tempern nötig	Referenz
PEEK	≈ 250 °C	Ausgezeichnet, auch gegen heißes Wasser und Dampf	V-0, geringe Rauchentwicklung	Anspruchsvoll; verzieht sich, Kristallinität abhängig von Bauraum und Tempern	Höher
PEKK	Kristallisiert ähnlich wie PEEK	Ausgezeichnet	V-0, sehr geringe Rauchentwicklung	Einfacher als PEEK; gute Schichthaftung	Höher
PC	≈ 115–125 °C	Mäßig; Spannungsrisse mit vielen Lösemitteln	HB bis V-0, je nach Typ	Geschlossener Drucker; deutlich einfacher	Deutlich niedriger
PPS	≈ 200–220 °C	Ausgezeichnet	Inhärent V-0	Wenige Filamente, meist fasergefüllt; spröde	Niedriger

PEI ist die praxisgerechte Wahl, wenn Brandverhalten, Wärmebeständigkeit bis etwa 170 °C und ein zuverlässiger Druckprozess zusammenkommen müssen. Für höhere Dauertemperaturen und aggressive Chemikalien wechseln Sie zu PEEK oder PEKK, zu PC dagegen, wenn weder Wärme- noch Brandschutzanforderungen den Preis von PEI rechtfertigen.

Wann PEI nicht die richtige Wahl ist

Typische Fehlgriffe

Dauereinsatz oberhalb von etwa 170 °C oder belastete Teile nahe der HDT des jeweiligen Typs: PEEK oder PEKK verwenden. Kontakt mit chlorierten Lösemitteln wie Dichlormethan oder mit starken Laugen. Teile, die nachgeben, schnappen oder Schläge aufnehmen müssen: Gedrucktes PEI ist spröde, besonders quer zu den Schichten. Kostengetriebene Teile unter etwa 120 °C ohne Brandschutzanforderung: PC, ABS oder Polyamid kosten einen Bruchteil. Die Annahme, ein gedrucktes Teil erfülle FAR 25.853, weil die Filamentdaten es tun: Die Konformität gilt für das konkrete Teil, seine Wanddicke und Oberfläche.

Typische Anwendungen

Flugzeuginnenraumteile wie Luftkanäle, Halter, Abdeckungen, Verkleidungen und Clips, meist aus 9085 und abhängig von der Qualifizierung.
Laminierwerkzeuge für Faserverbundteile, Beschnittvorrichtungen und Bohrschablonen für Ofen- oder Autoklavtemperaturen, meist aus 1010.
Vorrichtungen, Aufnahmen und Lehren in der Nähe von Öfen, Schweißzellen und Spritzgießmaschinen.
Elektrische Isolatoren, Steckverbinder, Prüfsockel und Spulenkörper, aus Halbzeug gefräst.
Innenraumteile in kleinen Stückzahlen für Schienenfahrzeuge und andere Verkehrsmittel, abhängig von der geltenden Brandschutznorm wie EN 45545-2.

PEI bei Uretyco spezifizieren

1
STL, 3MF oder STEP hochladen
STEP ist für gefräste Teile und für Druckteile mit nachträglich bearbeiteten Merkmalen vorzuziehen; für kritische Toleranzen und Gewinde eine 2D-Zeichnung beifügen.
2
Verfahren und Typ wählen
FDM in 9085 für Innenraum- und allgemeine Funktionsteile oder in 1010 für höchste Wärmeformbeständigkeit; CNC aus ungefülltem Halbzeug oder mit 30 % Glasfasern. Den Typ in den Bestellhinweisen angeben.
3
Anforderungen angeben
Einsatztemperatur, Lasten, Chemikalien und gegebenenfalls Anforderungen an das Brand-, Rauch- und Toxizitätsverhalten nennen, damit Typ und Druckstrategie zur Anwendung passen.
4
Ausrichtung und kritische Flächen kennzeichnen
Hauptlastrichtung, Sichtflächen ohne Stützenkontakt sowie Merkmale vermerken, die gebohrt, gerieben oder gefräst werden.
5
Dokumente anfordern und Angebot prüfen
Zertifiziertes Material, Chargenrückverfolgbarkeit oder eine Konformitätsbescheinigung mit dem Angebot anfordern; Machbarkeit, Typ und Lieferzeit werden in Angebot und Auftragsprüfung bestätigt.

Häufige Fragen

ULTEM 9085 oder ULTEM 1010?

Wählen Sie 9085 für die meisten Funktions- und Innenraumteile: Es ist zäher, weniger spröde und der Typ, der bei FST-Anforderungen am häufigsten eingesetzt wird. Wählen Sie 1010, wenn Wärmeformbeständigkeit und Steifigkeit wichtiger sind, etwa bei Laminierwerkzeugen oder Vorrichtungen oberhalb von etwa 150 °C; es ist fester und steifer, aber spröder. Beide werden auf derselben Klasse von Druckern mit beheiztem Bauraum verarbeitet.

Erfüllt gedrucktes PEI die Brandschutzanforderungen der Luftfahrt?

Materiallieferanten veröffentlichen Daten, nach denen 9085 die Prüfungen zu Brennverhalten, Wärmefreisetzung und Rauchdichte nach FAR 25.853 sowie die Toxizitätsgrenzwerte der Flugzeughersteller erfüllen kann. Ob ein bestimmtes Teil konform ist, hängt von Materialcharge, Wanddicke, Geometrie, Oberfläche und Prüfverfahren ab und wird durch Ihre eigene Qualifizierung nachgewiesen. Nennen Sie die Anforderung und die benötigten Dokumente bereits bei der Angebotsanfrage.

Eignet sich PEI für Teile mit Lebensmittelkontakt oder für Medizinprodukte?

PEI wird in beiden Bereichen eingesetzt, und einige PEI-Filamente und Halbzeugtypen werden mit Unterlagen auf Werkstoffebene zu Lebensmittelkontakt oder Biokompatibilität geliefert, etwa mit Prüfungen nach ISO 10993. Diese Unterlagen gelten für den Werkstoff, nicht für das fertige Teil: Schichtfugen gedruckter Teile können Rückstände aufnehmen, und die Konformität hängt vom genauen zertifizierten Typ, von der Prozessvalidierung und von Ihrer eigenen regulatorischen Verantwortung ab. Geben Sie den Verwendungszweck in den Bestellhinweisen an, damit die Machbarkeit geprüft werden kann.

PEI oder PEEK?

PEI lässt sich leichter drucken, ist amorph und meist günstiger; es eignet sich für Teile bis etwa 170 °C, die Flammwidrigkeit und gute Steifigkeit brauchen. PEEK kostet mehr, verträgt aber Dauertemperaturen bis etwa 250 °C, heißes Wasser, Dampf und aggressive Chemikalien. Für Druckteile oberhalb des Temperaturbereichs von PEI lässt sich PEKK oft zuverlässiger drucken als PEEK.