Was ist ESD?

ESD steht für „electrostatic discharge“ und bedeutet übersetzt elektrostatische Entladung. Wenn es zwischen zwei Objekten mit unterschiedlichen Spannungspotenzialen zu einem plötzlichen Ladungsausgleich kommt, spricht man von elektrostatischer Entladung. Diese Entladung kann beispielsweise leicht entzündliche Stoffe in Brand setzen, Personen einen elektrischen Schlag versetzen oder auch elektrische Komponenten in Geräten beschädigen.

Entstehung von ESD

Bei jedem Körper ist eine positive sowie negative Ladung vorhanden, welche im Normalfall ausgeglichen ist. Ist ein Objekt elektrisch aufgeladen, hat sich dieses Gleichgewicht in ein Ungleichgewicht verschoben, man hat also Ladung vom Gegenstand entfernt bzw. hinzugefügt. Dies kann z.B. durch Reibung oder Bewegung entstehen (etwa Gehen auf einem Teppichboden).

Eine elektrostatische Entladung ist für den Menschen erst ab ca. 2.000 Volt wahrnehmbar. Diese kann zwar als unangenehm empfunden werden, ist jedoch meist ungefährlich (z.B. ein „elektrischer Schlag“ beim Berühren eines geerdeten Körpers wie einer Heizung, nachdem man über einen Teppich gelaufen ist).

Bei elektrischen Bauteilen kann diese Spannung jedoch bereits große Schäden verursachen. Entstehen etwa bei der Produktion von solchen Bauteilen unerwünschte elektrische Entladungen, kann dies zu kostspieligen Ausfällen oder Reparaturen führen.

Vermeidung von ESD durch ESD-sichere Materialien

Um die potenziellen Gefahren von ESD zu vermeiden, gilt es, den Ladungsausgleich möglichst zu verlangsamen, da nicht die Stromstärke, sondern der abrupte Ausgleich der Ladungen zu Problemen führt.

ESD-Materialien sind zwar keine echten elektrischen Leiter, können jedoch eine elektrische Ladung sicher an einen geerdeten Punkt ableiten, wenn das Material mit solch einem Punkt verbunden ist. Durch diese gezielte Ableitung der elektrischen Spannungen können unerwünschte Schäden an anderen Bauteilen vermieden werden.

Zusätzlich sind ESD-sichere Materialien antistatisch, d.h. Pulver, Staub und andere kleine Partikel bleiben an ihnen nicht hängen.

Anwendungsgebiete von ESD-Material

ESD-sichere Materialien finden in vielen Bereichen Verwendung. Einer der wichtigsten ist die Elektronik- und Halbleiterindustrie. Schon ein vergleichsweise geringer Ladungsausgleich kann hier schwerwiegende Schäden an den Bauteilen verursachen. Mit der Fertigung von immer kleineren Bauteilen steigt zusätzlich die Empfindlichkeit dieser Teile gegenüber einem ungewollten Ladungsausgleich, so dass es besonders wichtig ist, diese vor ESD zu schützen. Hierzu kann etwa ein Gehäuse aus ESD-sicherem Material genutzt werden, um die elektronischen Komponenten zu schützen, oder auch die Greifzange eines Roboters, welcher Elektro-Bauteile bewegt.

Auch in explosiven und brennbaren Umgebungen werden ESD-sichere Materialien häufig eingesetzt, etwa an Zapfsäulen. Da bei einem Ladungsausgleich Funken entstehen können, besteht in solchen Umgebungen durch ESD akute Explosionsgefahr. Diese Explosionsgefahr besteht bspw. auch bei der Förderung von pulverförmigen Materialien, wie etwa Mehl. Hier wird ebenso ESD-sicheres Material verwendet, um eine ungewollte ungleiche Aufladung und daraus resultierende Ladungsausgleiche zu vermeiden.

ESD-Material für den 3D-Druck

Um ein ESD-sicheres Filament für den 3D-Druck herzustellen, wird eine Kombination aus einem Basismaterial mit einem leitfähigen Füllstoff genutzt. Das Basismaterial ist wie bei der Nutzung von normalen Filamenten für die Eigenschaften des fertigen Bauteils verantwortlich. Es ist also wichtig, einen Abgleich der Materialeigenschaften mit den gewünschten Eigenschaften des fertigen Bauteils durchzuführen, um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen.

Der im ESD-Filament vorhandene Füllstoff stellt die elektrische Leitfähigkeit des Basismaterials her. Häufig wird dafür Grafit oder Ruß verwendet, seltener z.B. auch Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Der prozentuale Anteil des Füllstoffs am Filament hat dabei Auswirkungen auf die Leitfähigkeitswerte des Materials bzw. der gedruckten Produkte.

Das ESD-Material von Material 4 Print

Basierend auf unserem PLA und mit einem elektrisch leitfähigen Füllstoff angereichert, lässt sich das ESD-PLA ähnlich leicht verdrucken wie unser herkömmliches PLA und bietet Ihnen damit die perfekte Möglichkeit, Ihre elektrischen Geräte und Komponenten vor einem ungewollten Spannungsausgleich zu schützen. Der Widerstand unseres ESD-PLAs beträgt 10^6 bis 10^9 Ω.

Vor- und Nachteile von ESD-PLA Filament