Erklärung FDM/FFF Druckverfahren

  • Beim FDM wird, vereinfacht gesagt, geschmolzener Kunststoff auf eine Werkplattform aufgetragen. Wie bei jedem 3D-Druck Verfahren ist auch hier die Grundvoraussetzung ein druckfähiges, digitales 3D-Modell. Dieses Modell wird von einem Computerprogramm in eine Vielzahl von Schichten zerlegt (slicen). Diese Schichten werden abschließend von einem Extruder auf eine Werkebene aufgetragen. Der Extruder ist eine beheizbare Düse. Die Kunststofffäden (sog. Filament), mit denen gedruckt wird, werden durch den Extruder erhitzt, bis sie sich verflüssigen. Dieses flüssige Thermoplast wird durch den Extruder entsprechend der Schichten des 3D-Modells auf die Werkebene aufgetragen. Sobald das Material abkühlt, härtet es schnell aus. Auf eine ausgehärtete Schicht wird die nächste Schicht des flüssigen Kunststoffs aufgetragen. So entsteht Schicht für Schicht, das reale Abbild des 3D-Modells. Volumenkörper werden bei dem Verfahren nicht solide, sondern mit Füllstrukturen gedruckt (‚Infill‘). Für überhängende Elemente müssen Stützstrukturen mitgedruckt werden. Sie können sich diesen Vorgang ähnlich der Benutzung einer Heißklebepistole vorstellen, bei der die Klebesticks durch die Düse erhitzt und auf, das zu klebende Werkstück, aufgetragen werden.


    Vorteile

    • Relativ kostengünstig
    • Formstabil

    Nachteile

    • Geringe Genauigkeit
    • Einschränkungen in der Komplexität – für sehr komplexe Geometrien ist das Lasersintern vorzuziehen.
    • Bei dem Material ABS können sich sehr dünne Teile verbiegen (sog. ‚Warp-Effekt‘).
    • Volumenkörper werden nicht solide gedruckt, sondern mit einer Füllstruktur (‚Infill‘). Sofern nicht anders angegeben, beträgt die Füllung ca. 20%.
    • Druckschichten sind deutlich sichtbar.

    Es gibt eine Vielzahl von Stoffen, die für die Fertigung von 3D-Druckerzeugnissen mittels des FDM/FFF-Verfahrens zur Anwendung kommen können. Viele Kunststoffe werden mit Additiven versehen, um neben den grundlegenden Eigenschaften noch bestimmte Materialeigenschaften zu erzielen. Diese können beispielsweise Feuerfestigkeit, chemische Beständigkeit, Bruchfestigkeit, Hitzebeständigkeit u. a. sein.

    Grundsätzlich sind fast alle Thermoplaste für das Verfahren geeignet. Besonders häufig genutzt werden:

    • ABS: ABS ist ein sehr breit eingesetzter industrieller Kunststoff. Insbesondere in der Automobil- und Luftfahrtindustrie ist 3D-gedrucktes ABS ein beliebter Werkstoff. Nicht selten wird ABS dabei im Gemisch mit PC (Polycarbonat) verwendet (ABS-PC).
    • Polyimide: Insbesondere Ultem erfreut sich beim professionellen 3D-Druck sehr großer Beliebtheit. Das Material zählt als enorm widerstandsfähig und langlebig.
    • PEEK: PEEK wird insbesondere für Hochtemperaturanwendungen verwendet. Der Druck von PEEK ist nicht einfach, dafür benötigt es spezielle Maschinen, welche derartige Materialien verarbeiten können.
    • PA6/PA66: Nylon ist breit einsetzbarer technischer Kunststoff, mit Einsatz quer durch alle Industrien. Im Gegensatz dazu, werded in pulverbasierten additiven Fertigungssystemen, wie dem HP Jet Fusion Verfahren, in aller Regel andere Polyamide, wie PA12 oder PA11 verwendet.

    Es gibt darüber hinaus viele weitere Polymere die im FDM Druck zum Einsatz kommen. Dazu zählen im industriellen Bereich bspw. Polycarbonat, TPU, PET oder Polypropylen. Überwiegend im privaten bzw. nicht-technischem Einsatz wird das Material PLA (Polymilchsäure) verwendet. Letzteres ist leicht druckbar und wird aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt, erfüllt aber häufig nicht hohe technische Ansprüche an mechanische und thermische Stabilität.


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