FAQ`s 3D-Druck
Was ist das FDM-/FFF-Verfahren?
Eines, vor Allem im Privatbereich weit verbreitetes 3D Druck Verfahren ist das sogenannte FDM-Verfahren („Fused Deposition Modeling“). Markenrechtlich seit 1989 von der Firma Stratasys beansprucht, wird es auch vielfach als FFF-Verfahren („Fused Filament Fabrication“) bezeichnet. Das Grundprinzip dieses Verfahrens ist das schichtweise Aufbauen der Geometrie eines Bauteiles. Hierbei wird ein Kunststoffdraht einem Extruder an der Maschine zugeführt und von einer Düse aufgeschmolzen. Anschließend wird der aus der Düse austretende Schmelzestrang entsprechend abgelegt und verfestigt sich wieder durch Auskühlen. Das Bauteil „wächst“ Schicht für Schicht, bis es letztlich sein volles Volumen erreicht wird.
Prinzipiell sind dabei den Werkstückkonturen sowie Komplexitäten der Bauteile keinerlei Grenzen gesetzt. Hohlräume oder Überhänge können mittels nachträglich entfernbarer Stützstrukturen ebenfalls gedruckt werden. Aktuelle und bereits auf dem Markt erhältliche Doppel- bzw. Vierfachextrudermaschinen (z.B. Firma Prusa) ermöglichen optional sogar schon das Drucken mit mehreren verschiedenen Materialien, ohne Materialwechsel während des Druckvorganges. Durch stetige technologische Weiterentwicklung werden heutzutage auch schon im niedrigen Preissegment Filamentsensoren verbaut, welche eine Unterbrechung des Materialflusses während der Bearbeitung erkennen, den Druckvorgang dann abbrechen und nach Behebung des Fehlers an die letzte Position zurückfahren, wodurch ein problemloses Weiterdrucken und somit Vermeiden von Ausschußteilen erreicht werden kann.
Parallel zu den Entwicklungen der Firma Stratasys hat sich aufgrund des Auslaufens der Grundpatente im Jahre 2009 das sogenannte Open Source Projekt „RepRap“ (Replicating Rapid Prototyper), initiiert durch Adrian Bowyer von der University of Bath, gegründet und eine sehr arbeitswillige Gemeinschaft von Usern etabliert, die auf der Basis von Open Source die Technologie weiter vorantreibt und mit Ihrem Handeln visionäre Lebensansätze verfolgt, indem praktisch jeder User (auch „Maker“ genannt), von der Gemeinschaft profitiert und sich letztlich Dinge des alltäglichen Lebens (z.B. Ersatzteile, Kunstobjekte, Modellbauteile, etc.) selber ausdrucken kann, ohne diese über den Einzelhandel erwerben zu müssen. So entstanden seit dem Jahre 2009 hunderte Druckervarianten, die es bereits für wenige hunderte Euros zu kaufen gibt, bis hin zu semiprofessionellen Maschinen für mehrere tausend Euros.
Welche Materialien können verdruckt werden?
Generell lassen sich mit einem 3D-Drucker, der nach FDM-Verfahren arbeitet, eine Vielzahl unterschiedlicher Kunststoffe verarbeiten. Übliche Materialien sind hier z.B. PLA, ABS, TPU, HIPS, PETG, etc., wobei PLA und ABS am häufigsten verdruckt werden. Durch standardisierte Filamente, die auf Trommeln und in gängigen Drahtdurchmessern von 1,75/3,0 mm geliefert werden, lassen sich zusätzlich farbliche Aspekte berücksichtigen, da diese Filamente in sämtlichen gängigen Farben erhältlich sind. Die Verarbeitungsmöglichkeiten dieser Materialien mit einem 3D-Drucker basieren in erster Linie auf den erzielbaren Düsentemperaturen, die notwendig sind, das Kunststofffilament aufzuschmelzen und somit verarbeiten zu können. Ein anderes Kriterium ist zudem die Möglichkeit, den Maschinentisch beheizen zu können. Insbesondere bei der Verarbeitung von ABS muss diese Option druckerseitig vorhanden sein, da ABS die Eigenschaft besitzt, stark zu „warpen“ (siehe auch Kapitel: „Probleme beim 3D-Druck“). Aufgrund der günstigen Verarbeitungs-, sowie auch werkstofflichen Eigenschaften wird das in dieser Dokumentation beschriebene Bauteil aus PLA gedruckt.
PLA („Poly-Lactic Acid“) ist ein thermoplastischer, nicht natürlich vorkommender Polyester. Der Herstellungsprozess beinhaltet die durch eine mehrstufige Synthese aus Zucker gewonnene Milchsäure, welche anschließend zu PLA polymerisiert wird.
[Polymerisation von Milchsäure zu PLA, Quelle: www.chemie-schule.de]
PLA gehört zu der Werkstoffklasse der Biokunststoffe und besitzt auch aufgrund der steigenden privaten Nachfrage das größte Mengenpotential. Größter Hersteller ist hierbei der US-Konzern NatureWorks, der die weltweit größte PLA-Fabrik im kanadischen Nebraska mit einer Produktionskapazität von ca. 150.000 t/Jahr betreibt. Nicht nur wegen seiner einfachen Verarbeitung, sondern auch aufgrund seiner werkstofflichen Eigenschaften kann PLA vielseitig eingesetzt werden.
PLA ist transparent und kristallin. Besitzt eine hohe mechanische Festigkeit, sowie Steifigkeit (E-Modul bis 5.000 MPa) und kann mit gängigen thermoplastischen Verfahren verarbeitet werden. Insbesondere auch im Bereich 3D-Druck. Nachteilig zu erwähnen ist die relativ hohe Feuchtigkeitsaufnahme, weshalb eine Vortrocknung vor der Verarbeitung erforderlich ist. Von Vorteil wiederum sind die hohe Beständigkeit gegen Öle, Fette und UV-Strahlung, sowie die Verwendbarkeit in einem Temperaturbereich von -10°C bis +40°C. Ein weiterer und heutzutage sehr wichtiger Vorteil ist die biologische Abbaubarkeit dieses Kunststoffes nach EN 13432.
Was macht die Slicer-Software?
Ein Kernelement im 3D Druck ist die sogenannte Slicer Software. Wie der Titel bereits aussagt, handelt es sich hierbei um ein "Schnitt"-Programm, welches das zu druckende Objekt (Bauteil) in einzelne Schichten schneidet, welche dann im Druckprozess vom Drucker aufgebaut werden. Aufgrund der Vielzahl von Programmen am Markt fällt es oft nicht leicht, die für den Drucker "optimale" Software zu finden (Privatanwender). Viele Hersteller sind indes dazu übergegangen, Drucker ohne selbst entwickelte Software auszuliefern. Vorteilhaft ist hier die große Anzahl frei verfügbarer Programme. Diese werden aktiv von Nutzern mit- und weiterentwickelt. Zudem können (und müssen) hier weitere Einstellungen vorgenommen werden, wie z.B. Druckgeschwindigkeit, Düsentemperatur, Stützstrukturen, Ausrichtung des Objektes auf dem Maschinentisch. Sind sämtliche Parameter vom Benutzer festgelegt, wird das Objekt in ein für den Drucker lesbares Format (.stl) gespeichert und übertragen. Der Druckvorgang kann anschließend gestartet werden.
Wenn Sie weitere, oder spezifische Fragen zum Thema 3D-Druck haben, dann nehmen Sie gerne Kontakt über das Kontakformular zu uns auf...
