FDM-Druck: Was ist FDM?
Die FDM-Technologie ist in zahlreichen Branchen sehr beliebt. In diesem Artikel über „FDM-Druck: Was ist FDM?“ werden wir erklären, was FDM ist, wie es funktioniert, welche Komponenten es hat und welche Filamente kompatibel sind. Wir werden auch den Schritt-für-Schritt-Prozess, die Vor- und Nachteile, häufige Probleme und deren Behebung besprechen. Lesen Sie den Artikel gründlich durch, um herauszufinden, wie Sie Ihre Drucke verbessern können.
Einführung in den FDM-Druck
FDM ist die am weitesten verbreitete Technologie in den meisten Branchen und weltweit die Technologie mit der größten Anzahl an 3D-Druckern. Es ist wahrscheinlich der erste Prozess, der Ihnen in den Sinn kommt, wenn Sie den Begriff „3D-Druck“ hören.
Was ist FDM-Druck?
Fused Deposition Modeling ist ein Prozess, bei dem Objekte durch das Hinzufügen von Schichten von Material übereinander hergestellt werden. Für diesen Prozess werden thermoplastische Filamente benötigt. Das Filament wird in den Extruder eingespeist, der es dann in jeder Schicht dort platziert, wo es hin soll, um ein Modell oder einen Druck herzustellen.
Der FDM-Druck verwendet eine grundlegende Methode namens additive Fertigung (AM). Diese Methode ist das genaue Gegenteil der traditionellen Fertigung, die subtraktiv ist und das Entfernen von Teilen eines Materialblocks beinhaltet, um einen Druck herzustellen.
Den FDM-Prozess verstehen
Der Arbeitsmechanismus des FDM-Drucks ist einfach. Er funktioniert, indem das geschmolzene Filament, das durch den Extruder geführt wird, schichtweise auf der Bauplattform aufgetragen wird, bis ein gedrucktes Bauteil entsteht. Aber zuerst müssen Sie eine Designdatei für den Druck in die Maschine einfügen, damit sie es in physische Abmessungen umwandeln kann.
Wenn das Design bereit ist, ist der nächste Schritt, eine Filamentspule in den Drucker einzusetzen. Sobald die Düse die richtige Temperatur erreicht hat, führt der Drucker das Filament durch einen Extrusionskopf und eine Düse.
Dieser Extrusionskopf ist mit einer dreidimensionalen Vorrichtung verbunden. So bewegt er sich entlang der X-, Y- und Z-Achsen. Der Drucker gibt winzige Stränge geschmolzenen Filaments aus und legt sie Schicht für Schicht entlang eines vom Design festgelegten Pfads ab.
Vorteile des FDM-Drucks
- Es ist möglich, komplexe Formen und Hohlräume damit zu verwenden.
- Es ist relativ sauber, einfach und bürofreundlich.
- Es ist kosteneffizient, was die Produktionskosten senkt.
- Es reduziert die Herstellungszeit, sodass die Produkte schneller auf den Markt gelangen.
- Die in FDM verwendeten Thermoplaste sind sowohl mechanisch als auch umwelttechnisch stabil.
FDM-Technologie erklärt
Komponenten eines FDM-Druckers
FDM-Drucker haben einige wichtige Teile, die zusammenarbeiten, um den Druckprozess zu ermöglichen. Schauen wir uns an, aus welchen Teilen ein FDM-Drucker besteht:
Extruder
Der Extruder ist der Ort, an dem das Filament hineingeht. Er hat ein Kaltende zum Zuführen des Filaments und ein Heißende zum Schmelzen. Das geschmolzene Filament wird dann von einem Motor zu einer kleinen Düse geführt, die das Filament in Schichten über das Druckbett extrudiert, um 3D-Modelle herzustellen.
Druckbett
Ein Druckbett ist eine flache Oberfläche, auf der die Düse Filament ablegt, um einen 3D-Druck zu erstellen. Normalerweise handelt es sich um ein beheiztes Bett, das während des Druckprozesses eine bestimmte Temperatur zwischen den Schichten aufrechterhält, um eine bessere Haftung zwischen den Schichten und dem Druckbett zu gewährleisten. Beheizte Betten verringern auch das Risiko von Verformungen und können sich von der X- zur Y-Achse verschieben, um sich den Abmessungen des Objekts anzupassen. Besorgen Sie sich also das beste Druckbett für qualitativ hochwertige 3D-Drucke.
Filament
FDM verwendet thermoplastische Kunststoffe in Industriequalität wie ABS und PETG, die zu einem langen dünnen Faden verarbeitet und auf eine Spule gewickelt werden. Bei Ihrem FDM-Drucker kann der Durchmesser des Filaments etwa 1,75 mm bis 3 mm betragen. Nutzen Sie die lebendigen Filamentoptionen und passen Sie sie an, um Ihre Kreativität zu entfalten.
Steuerungssystem
Das Steuerungssystem eines FDM-Druckers überwacht den Druckvorgang. Es verfügt über einen Mikrocontroller, der Befehle vom geschnittenen Modell übersetzt, die Temperatur des Druckbetts und des Extruders regelt und steuert, wie die Motoren sich bewegen, während es gleichzeitig andere festgelegte Parameter überwacht.
In FDM verwendete Materialien
Nicht alle Arten von Filamenten sind mit FDM-Druckern kompatibel. Hier ist eine Liste gängiger Filamentarten für den industriellen Einsatz, die mit FDM-Druckern am besten kompatibel sind.
Gängige Filamenttypen
PLA
Polylactid-Säure, auch bekannt als PLA, ist eines der am häufigsten verwendeten FDM-Filamente. Es zeichnet sich durch einen geringen Verzug, einfache Handhabung, glänzende Oberfläche und eine geringe Geruchsbelastung während des Druckvorgangs aus. Hersteller verwenden Zuckerrohr und Maisstärke als Rohstoffe für PLA. Dieses Filament ist in lebendigen Farben erhältlich, um Modelle und Prototypen zu drucken.
ABS
Acrylnitril-Butadien-Styrol ist ein thermoplastisches Industriematerial, das für seine Haltbarkeit, hohe Hitzebeständigkeit und Schlagfestigkeit bekannt ist. Für ABS wird ein beheiztes Druckbett benötigt, um Verzug zu reduzieren, und es sind Nachbearbeitungstechniken erforderlich, um den Glanz der Drucke zu verbessern. Das Filament ist eine beliebte Wahl für den Druck funktionaler Komponenten, elektrischer Gehäuse und Autoteile.
PETG
Ein weiteres FDM-kompatibles Filament ist PETG, das die Vorteile von PLA und ABS kombiniert und daher stark, langlebig und transparent ist. PETG weist eine hohe chemische und Schlagfestigkeit auf, weshalb es sich hervorragend für die Herstellung von medizinischen Geräten, Displaymodellen, Lebensmittelbehältern, Flaschen und vielem mehr eignet.
FLEXIBLE
TPU wird hauptsächlich zur Herstellung von Dichtungen, Handyhüllen und Schuhen verwendet, aufgrund seiner Flexibilität und Stoßdämpfungseigenschaften. Es besitzt ähnliche Eigenschaften wie Gummi, aber der Härtegrad variiert von fest bis elastisch und weich.
ASA
ASA ist eine modifizierte Form von ABS mit ähnlichen Eigenschaften, aber besserer UV-, Schlag- und Wetterbeständigkeit. Es weist eine bessere chemische und Hitzebeständigkeit sowie eine hohe mechanische Festigkeit auf und eignet sich daher gut für den Druck funktionaler Teile, Autoteile, Außenanwendungen, Beschilderungen und mehr.
Anleitung zum FDM-Druckprozess
In diesem Abschnitt erklären wir Ihnen Schritt für Schritt den Prozess des FDM-Drucks zur Herstellung hochwertiger 3D-Drucke.
Vorbereitung des 3D-Modells
Zuallererst benötigen Sie ein 3D-Modell, und hier machen die meisten Leute Fehler, die zu minderwertigen 3D-Drucken führen. Beachten Sie zwei wichtige Punkte, die unten erklärt werden, um Ihren Druck zu retten.
Designüberlegungen
Bei der Modellgestaltung machen Menschen oft einige häufige Fehler, wie zum Beispiel die Verwendung unnötiger Stützstrukturen ohne Ausrichtung, was wiederum Zeit- und Filamentverschwendung bedeutet. Wenn die Wandstärke nicht präzise ist, wird der Druck brüchig. Beachte daher die folgenden Designüberlegungen vor dem Druck:
- Reduziere Überhänge mit sanften Winkeln.
- Verleihe beweglichen Teilen angemessene Freiräume und Toleranzen.
- Füge Fasen und Rundungen hinzu.
- Kontrolliere die Wärmeableitung.
- Verbessern Sie die Haftung zwischen den Schichten.
- Verwenden Sie Nachbearbeitungstechniken.
- Entwerfe nichts, was die Fähigkeiten des Druckers übersteigt.
Verwendung von CAD-Software zur Modellerstellung
Verwenden Sie CAD-Software, um Designs zu erstellen und zu modifizieren. Machen Sie sich also mit den Tools und der Benutzeroberfläche der Software vertraut. Skalieren Sie das Modell richtig, um die korrekte Druckgröße sicherzustellen und Verzerrungen zu vermeiden. Erkunden Sie die 2D-Zeichnungswerkzeuge, um die Grundform des Drucks zu zeichnen, und wandeln Sie sie dann in ein 3D-Modell um. Nutzen Sie die Software für Details. Fügen Sie dem Design Merkmale hinzu und ändern Sie seine Abmessungen. Gehen Sie zum Analysetool, überprüfen Sie es auf Fehler und nehmen Sie Anpassungen vor. Wählen Sie das richtige Dateiformat, um das Modell zu speichern, und übertragen Sie es in den Slicer. Definieren Sie die Parameter für den Druck, um G-Codes zu erhalten, und laden Sie sie in den Drucker hoch, um mit dem Drucken zu beginnen.
Jetzt müssen Sie den Druck regelmäßig überprüfen und bei Bedarf Probleme lösen.
Slicing des Modells
Jetzt, wo Sie das Modell haben, ist es Zeit, es mit der Slicer-Software zu schneiden. Diese Software schätzt die benötigte Filamentmenge und berechnet die Route zur Herstellung des Drucks.
Überblick über die Slicer-Software
Ein Slicer schneidet, wie der Name schon sagt, das 3D-Modell in dünne Schichten (0,1-0,3 Millimeter). Die Software generiert G-Codes oder eine lange Liste von Anweisungen, die die Route für den Extruder festlegen. Gemäß den Anweisungen extrudiert der Extruder Filament in Schichten, um den Druck zu erzeugen. Der Slicer schätzt auch die erforderliche Füllungsdichte, Temperatur und Druckgeschwindigkeit.
Einstellungen des Slicers anpassen
Um einige Anpassungen vorzunehmen, öffnen Sie einfach die Software und bearbeiten Sie die eingestellten Parameter. Denken Sie dabei an Ihre bevorzugte Druckqualität, die Besonderheiten des Modells und die Eigenschaften des Filaments. Machen Sie einige Experimente, bis Sie die richtigen Einstellungen finden.
Filament laden und Drucker kalibrieren
Verfahren zum Laden des Filaments
Lesen Sie die Anleitung des Druckers. Heizen Sie den Drucker vor und schneiden Sie die Enden des Filaments sauber ab, bevor Sie es durch das kalte Ende führen. An diesem Punkt schmilzt das Filament und fließt nach Erreichen des Extruders zur Düse.
Bett-Nivellierung und Düsenkalibrierung
Verwenden Sie ein Nivellierungswerkzeug oder ein Blatt Papier, um die Knöpfe der Bauplatte neu einzustellen und sie näher an die Düse heran oder weiter von ihr weg zu bewegen. Diesen Vorgang müssen Sie für alle Punkte der Platte wiederholen, um sicherzustellen, dass die Düse korrekt ausgerichtet ist. Für die Düsenkalibrierung überprüfen Sie den Düsenabstand an verschiedenen Seiten der Bauplatte.
Starten des Drucks
Wenn alle Anweisungen befolgt sind, können Sie den Druck starten, indem Sie Folgendes tun.
Druckauftrag an den Drucker senden
Übertrage die G-Codes über die Netzwerkverbindung oder eine SD-Karte an den Drucker und wähle die Datei des Modells aus, um mit dem Drucken zu beginnen.
Überwachung des Druckfortschritts
Du musst den gesamten Prozess aktiv überwachen, da Probleme wie Verformungen, schlechte Haftung zwischen den Schichten oder Filamentstaus während des Drucks häufig auftreten. Wenn dies geschieht, nimm notwendige Anpassungen vor, um qualitativ hochwertige Drucke zu erhalten.
Vorteile des FDM-Drucks
Der FDM-Druck bietet viele Vorteile in verschiedenen Bereichen. In diesem Abschnitt werden wir über die Vorteile dieser Technologie sprechen.
Vielseitigkeit und ein breites Anwendungsspektrum
FDM bietet vielfältige Anwendungen von der Prototypenerstellung bis zur Forschung. Nun werden wir uns einige dieser Anwendungen genauer anschauen.
Prototypen herstellen
FDM ermöglicht schnelle Durchlaufzeiten, wodurch eine schnelle Iteration und schnelle Prototypenerstellung von Designs möglich wird. Es beschleunigt den Produktentwicklungszyklus und verkürzt die Markteinführungszeit.
Fertigung und Produktion
Die FDM-Technologie beseitigt die Produktionsprobleme herkömmlicher Fertigung und fördert schnelle Prototypenerstellung und die Verwendung komplexer Geometrien bei der Modellgestaltung.
Bildung und Forschung
Forscher und Studenten können mit dieser Technologie physische Modelle erstellen, Designkonzepte bewerten und entsprechende Anpassungen vornehmen. Es ist eine großartige Lernmethode, da Studenten kreativ mit ihren Designs werden können.
Kosteneffizienz und Zugänglichkeit
Bezahlbarkeit von FDM-Druckern
Diese Drucker gibt es in verschiedenen Kategorien. Sie können einen Einsteigerdrucker für einige hundert Euro bekommen, und wenn Sie fortschrittlichere Modelle mit den besten Funktionen möchten, kann es etwa 10.000 Euro oder mehr kosten.
Verfügbarkeit von Filamenten
ASA, TPU, PLA und PETG sind einige der besten Filamentoptionen für FDM-Drucker, und das Beste ist, dass sie weit verbreitet verfügbar sind. Verwenden Sie einfach ein hochwertiges Filament, das zu Ihrem Designmodell passt, um erstklassige Druckergebnisse zu erzielen.
Einschränkungen und Herausforderungen
Obwohl die Drucktechnologie viele Vorteile bietet, dürfen wir einige ihrer Einschränkungen nicht ignorieren. Mit einigen Tipps und Tricks ist es jedoch möglich, diese Einschränkungen zu überwinden. Im Folgenden sind die häufigsten Herausforderungen aufgeführt, mit denen Menschen beim Drucken konfrontiert sind.
Schichtlinien und Oberflächenbeschaffenheit
Rauhe Oberflächen und sichtbare Schichtlinien sind die ersten Probleme bei dieser Art des Druckens. Sie beeinträchtigen die Druckästhetik.
Minimierung von Schichtlinien
Um dieses Problem zu beseitigen, verwende eine kleine Düse, passe die Druckgeschwindigkeit und Temperatur an und verringere die Schichthöhe. Verbessere das Kühlsystem, um die Erwärmung zu reduzieren und die Haftung zwischen den Schichten zu verbessern.
Nachbearbeitungstechniken
Für eine bessere Oberflächenbeschaffenheit verwende Nachbearbeitungstechniken wie Schleifen, um die Rauheit zu glätten. Um eine insgesamt glatte Oberfläche des Drucks sicherzustellen, poliere mit Schleifpapier. Aceton-Dampf oder ähnliche Produkte eignen sich hervorragend, um eine glatte Oberfläche zu erzielen.
Maßgenauigkeit und Toleranz
Es ist wichtig, die Maßgenauigkeit und Toleranz sicherzustellen, um funktionale Prototypen zu erhalten, die Ihren Standards entsprechen. Doch einige Faktoren können Probleme verursachen und den Druck ruinieren. Diese sind:
Faktoren, die die Maßgenauigkeit beeinflussen
Nicht übereinstimmender Filamentdurchmesser, schlechtes Kühlsystem, Verzug, falsche Extrudertemperatur und Schrumpfung können die Maßgenauigkeit des Drucks beeinflussen. Auch Schichthöhe, Druckgeschwindigkeit und schlechte Haftung können dieses Problem verursachen.
Kalibrierung und Feinabstimmung
Die Kalibrierung und Feinabstimmung des Druckers können bei diesem Problem helfen. Nivelliere das Druckbett, um die Haftung zwischen den Schichten zu verbessern, und passe die Schichthöhe an. Stelle die Extrudereinstellungen neu ein, um dimensionale Fehler zu vermeiden. Überprüfe, ob die Flussrate korrekt ist, und kalibriere die Druckgeschwindigkeit und -temperatur.
Überhänge und Stützstrukturen
Nicht unterstützte Überhänge können zu Druckfehlern führen. Zu viele Stützstrukturen beim Drucken eines komplexen Modells können die Druckzeit verlängern und die Oberfläche rau machen.
Umgang mit Überhängen
Verwenden Sie temporäre Stützstrukturen, um dieses Problem zu minimieren. Der Slicer kann diese Stützen erstellen oder Sie können sie selbst hinzufügen, um Verzerrungen beim Druck zu verringern. Nach Abschluss des Drucks können Sie sie entfernen.
Arten von Stützstrukturen
Stützstrukturen gibt es in verschiedenen Arten, wie z.B. Baumstützen, um den Filamentverschwendung zu verringern. Diese Struktur lässt sich auch leicht entfernen. Wenn der Druck robuste Stützen benötigt, wählen Sie dichte Stützen, obwohl das Entfernen etwas schwieriger sein kann. Eine andere Art von Struktur sind benutzerdefinierte Stützen, bei denen Sie die Stützen an den gewünschten Stellen platzieren können.
Fehlerbehebung und Tipps für erfolgreiche FDM-Drucke
Häufige Probleme und Lösungen
Beim Drucken mit FDM-Technologie treten einige Probleme auf, die sich nicht wesentlich von herkömmlichem Drucken unterscheiden. Zu den häufigsten Problemen gehören:
Warping und Haftungsprobleme auf dem Druckbett
Diese beiden Probleme treten meistens auf, wenn das Filament nicht haften bleibt, weil das Bett nicht richtig beheizt ist oder die Schichthaftung schlecht ist. Die Lösung besteht darin, ein beheiztes Bett zu verwenden. Gehäuse, Unterlagen und Klebehilfen helfen auch bei diesem Problem. Überprüfe die Drucktemperatur und -geschwindigkeit und reinige vor jedem Druck die Druckplatte.
Fädenziehen und Auslaufen
Das überschüssige Filament kann auch während der nicht-druckenden Bewegungen weiterfließen und Fädenziehen und Auslaufen verursachen. Die Gründe dafür können ein uneben eingestelltes Bett, eine hohe Druckgeschwindigkeit oder eine zu hohe Extrusionstemperatur sein.
Kalibriere daher die Retraktionseinstellungen und reguliere die Geschwindigkeit und Temperatur des Drucks, um das Problem zu minimieren.
Filamentverstopfungen und Extrusionsprobleme
Wenn die Temperatur des Extruders falsch eingestellt ist oder das Filament im Düsenbereich verstopft ist, tritt dieses Problem auf. Auch das falsche Einsetzen des Filaments kann zu Verstopfungen führen. Um dies zu vermeiden, reinige immer die Düse oder wechsle sie gegebenenfalls aus, verwende hochwertiges Filament und setze es richtig ein. Kalibriere die Druckgeschwindigkeit und finde die richtige Drucktemperatur.
Top-Tipps zur Optimierung
Überlegungen zur Druckgeschwindigkeit und Schichthöhe
Probleme wie Verziehen und Fädenziehen treten auf, weil die Schichthöhe nicht richtig ist oder die Druckgeschwindigkeit angepasst werden muss. Wenn komplexe Modelle zu schnell gedruckt werden, werden Designdetails beeinträchtigt. Verringere die Geschwindigkeit für eine bessere Detailgenauigkeit. Führe einige experimentelle Tests durch, um die richtige Geschwindigkeit herauszufinden.
Dicke Schichten können schneller gedruckt werden, aber sie gehen auf Kosten kleiner Details. Dagegen eignen sich dünnere Schichten gut für kleine Details, erfordern jedoch mehr Zeit. Finden Sie eine geeignete Schichthöhe entsprechend Ihren Druckanforderungen.
Temperatureinstellungen und Kühlung
Unterschiedliche Filamente haben unterschiedliche Schmelzpunkte. Einige davon werden am besten bei hoher Geschwindigkeit gedruckt, andere nicht. Lesen Sie die Anleitung des Filaments, um die richtige Temperatur zu finden. Eine beheizte Druckplatte fördert eine bessere Schichthaftung. Heizen Sie das Bett also mit der richtigen Temperatur für Ihr Filament vor.
Eine ordnungsgemäße Kühlung der Schichten ist entscheidend, um Fädenziehen und Auslaufen zu vermeiden. Verwende Kühlventilatoren, um Überhitzung zu verhindern, damit das Filament schneller aushärtet.
Designüberlegungen
Lernen Sie, wie Sie das richtige Filament anhand des Designs und der Komplexität des Drucks auswählen. Die Wandstärke sollte ebenfalls mit dem Design kompatibel sein. Verwenden Sie bei Bedarf Stützstrukturen und beachten Sie für eine glattere Oberfläche die Druckausrichtung.
Häufig gestellte Fragen
Was ist ein FDM-Drucker?
Fused Deposition Modeling ist ein modernes 3D-Druckverfahren, das 1989 erfunden wurde.
Was ist der Unterschied zwischen FDM und PLA?
FDM ist eine Drucktechnologie, während PLA ein Filament ist, das für den 3D-Druck verwendet wird.
Warum ist FDM besser?
FDM ist ein fortschrittlicher 3D-Druckprozess, der schnell, erschwinglich ist, qualitativ hochwertige Drucke erzeugt und mit einer Vielzahl von Filamentoptionen kompatibel ist.
Was ist ein FDM- oder SLS-Drucker?
FDM steht für Fused Deposition Modeling und SLS steht für Selective Laser Sintering. Beide verwenden die gleiche additive Fertigungstechnologie, aber SLS-Drucker verwenden im Gegensatz zu FDM-Druckern Laser, um selektiv gesinterte Pulvermaterialien anstelle von geschmolzenen thermoplastischen Filamenten zu erzeugen.
Was sind die Nachteile des FDM-Drucks?
Eine raue Oberflächenstruktur, Fädenziehen und Auslaufen, Verziehen und Schrumpfen sind einige der häufigen Nachteile des FDM-Drucks.
Wofür eignet sich FDM?
Die Technologie bietet vielfältige Anwendungen wie Vorrichtungen, Prototypen, Architekturmodelle und mehr.
FDM-Druck bietet zahlreiche Vorteile, und es ist schwierig, all diese in diesem Artikel zu berücksichtigen. Es hat den Druckprozess schneller, einfacher und kostengünstiger gemacht. Es hat eine Revolution im Prototyping und der Fertigung ausgelöst.
