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, seine Komponenten und kompatible Filamente. Wir werden auch den Schritt-für-Schritt-Prozess, seine Vor- und Nachteile, häufige Probleme und deren Behebung besprechen. Lesen Sie den Artikel gründlich, 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 hat die größte Anzahl von 3D-Druckern weltweit. Es ist wahrscheinlich der erste Prozess, an den Sie denken, wenn Sie den Begriff “3D-Druck” hören.

Was ist FDM-Druck?

Fused Deposition Modeling ist ein Prozess, bei dem Objekte durch das Hinzufügen von Materialschichten, eine auf die andere, hergestellt werden. In diesem Prozess werden thermoplastische Filamente benötigt. Das Filament wird in den Extruder eingeführt, der es dann in jeder Schicht dort platziert, wo es benötigt wird, um ein Modell oder einen Druck zu erstellen. Der FDM-Druck verwendet eine grundlegende Methode namens Additive Manufacturing (AM). Diese Methode ist das genaue Gegenteil der traditionellen Fertigung, die subtraktiv ist und das Abtragen von Materialstücken aus einem Block beinhaltet, um einen Druck zu erstellen.

Verständnis des FDM-Prozesses

Der Arbeitsmechanismus des FDM-Drucks ist einfach. Er funktioniert, indem das geschmolzene Filament, das durch den Extruder geführt wird, nacheinander auf die Bauplattform geschichtet wird, bis ein Druckteil entsteht. Zuerst müssen Sie jedoch eine Design-Datei für den Druck einfügen, damit die FDM-Maschine diese in physische Dimensionen umwandeln kann. Wenn das Design vorhanden ist, ist der nächste Schritt, eine Filamentrolle in den Drucker einzulegen. Sobald die Düse die entsprechende Temperatur erreicht hat, führt der Drucker das Filament durch einen Extrusionskopf und eine Düse.
Dieser Extrusionskopf ist mit einem dreiachsigen Gerät verbunden. So bewegt er sich entlang der X-, Y- und Z-Achsen. Der Drucker drückt winzige Stränge geschmolzenen Filaments heraus und legt sie Schicht für Schicht entlang eines vom Design festgelegten Pfades ab.

Vorteile des FDM-Drucks

• Es ist möglich, komplexe Formen und Hohlräume damit zu verwenden.
• Ziemlich sauber, einfach und bürofreundlich.
• Es ist kosteneffizient, was hilft, die Produktionskosten zu senken.
• Es verkürzt die Fertigungszeit, sodass die Produkte schneller auf den Markt kommen.
• Die im FDM verwendeten Thermoplaste sind sowohl mechanisch als auch umweltfreundlich stabil.

FDM-Technologie erklärt

FDM-Druckerkomponenten

FDM-Drucker haben einige wichtige Teile, die zusammenarbeiten, um den Druckprozess zu ermöglichen. Schauen wir uns an, was einen FDM-Drucker ausmacht:

Extruder

Der Extruder ist der Ort, an dem das Filament eingeführt wird. Er hat ein kaltes Ende zum Einführen der Filamente und ein heißes Ende zum Schmelzen derselben. Das geschmolzene Filament wird dann von einem Motor zu einer kleinen Düse getrieben, die das Filament schichtweise über das Druckbett extrudiert, um 3D-Modelle zu erzeugen.

Bauplatte

Eine Bauplatte ist eine flache Oberfläche, auf der die Düse Filament ablagert, um einen 3D-Druck zu erstellen. Normalerweise handelt es sich um ein beheiztes Bett, das während des gesamten Druckprozesses eine bestimmte Temperatur zwischen den Schichten aufrechterhält, um eine bessere Schicht- und Betthaftung zu gewährleisten. Beheizte Betten verringern auch das Risiko des Verziehens und können sich von der X- zur Y-Achse verschieben, um sich an die Abmessungen des Objekts anzupassen. Holen Sie sich also die beste Druckplatte für qualitativ hochwertige 3D-Drucke.

Filament

FDM verwendet industrietaugliche Thermoplaste wie ABS und PETG, die zu einem langen dünnen Faden auf einer Spule verarbeitet werden. Je nach Ihrem FDM-Drucker kann der Durchmesser des Filaments etwa 1,75 mm bis 3 mm betragen. Nutzen Sie die farbigen 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 aus dem geschnittenen Modell übersetzt, die Temperatur des Druckbetts und des Extruders steuert und die Bewegung der Motoren reguliert, während andere festgelegte Parameter überwacht werden.

Materialien, die im FDM verwendet werden

Nicht alle Arten von Filamenten sind mit FDM-Druckern kompatibel. Hier ist eine Liste der gängigsten industrietauglichen Filamente, die am besten mit FDM-Druckern kompatibel sind.

Gängige Filamenttypen

PLA

Polylactid, auch bekannt als PLA, ist eines der am häufigsten verwendeten FDM-Filamente, dank seines geringen Verziehens, der einfachen Druckbarkeit, des glänzenden Finishs und der minimalen Geruchsentwicklung während des Druckprozesses. Hersteller verwenden Zuckerrohr und Maisstärke als Rohstoffe für PLA. Dieses Filament ist in einer Vielzahl von leuchtenden Farben erhältlich, um Modelle und Prototypen zu drucken.

ABS

Acrylnitril-Butadien-Styrol ist ein industrietaugliches Thermoplast, das für seine Haltbarkeit, höhere Wärme- und Schlagfestigkeit bekannt ist. Sie müssen ein beheiztes Bett für ABS verwenden, um das Verziehen zu verringern, und Nachbearbeitungstechniken anwenden, um die Drucke glänzend zu machen. Das Filament ist eine beliebte Wahl für den Druck von funktionalen Komponenten, elektrischen Gehäusen und Automobilteilen.

PETG

Ein weiteres FDM-kompatibles Filament ist PETG, das die Vorteile von PLA und ABS vereint und es stark, langlebig und transparent macht. PETG hat eine hohe chemische und Schlagfestigkeit, weshalb es eine bevorzugte Wahl bei der Herstellung von medizinischen Geräten, Ausstellungsmodellen, Lebensmittelbehältern, Flaschen und vielem mehr ist.

FLEXIBEL

Flexibel wird hauptsächlich zur Herstellung von Dichtungen, Handyhüllen und Schuhen verwendet, da es flexible und stoßdämpfende Eigenschaften besitzt. Es enthält die Eigenschaften von Gummi, aber sein Härtegrad variiert von hart bis steif und elastisch bis weich.

ASA

ASA ist eine modifizierte Form von ABS mit vielen ähnlichen Eigenschaften, bietet jedoch eine bessere UV-, Schlag- und Wetterbeständigkeit. Es hat eine bessere chemische und Hitzebeständigkeit sowie eine hohe mechanische Festigkeit, was es ideal für den Druck von funktionalen Teilen, Automobilteilen, Außenanwendungen, Beschilderungen und mehr macht.

FDM-Druckprozess Schritt für Schritt

In diesem Abschnitt erklären wir Schritt für Schritt den FDM-Druckprozess zur Herstellung hochwertiger 3D-Drucke.

Vorbereitung des 3D-Modells

Zunächst benötigen Sie ein 3D-Modell, und hier machen die meisten Menschen Fehler, die zu einem minderwertigen 3D-Druck führen. Beachten Sie die folgenden zwei Punkte, um Ihren Druck zu retten.

Designüberlegungen

Beim Modellieren machen Menschen oft einige häufige Fehler, wie die Verwendung unnötiger Stützstrukturen ohne Orientierung, was Zeit- und Filamentverschwendung bedeutet. Wenn die Wandstärke nicht präzise ist, wird der Druck fragil. Denken Sie also an die folgenden Designüberlegungen vor dem Drucken.

• Reduzieren Sie Überhänge mit allmählichen Winkeln
• Geben Sie beweglichen Teilen angemessene Freiräume und Toleranzen
• Versehen Sie das Design mit Fasen und Radien
• Kontrollieren Sie die Wärmeableitung
• Verbessern Sie die Schichthaftung
• Verwenden Sie Nachbearbeitungstechniken
• Entwerfen Sie nichts, das die Fähigkeiten des Druckers überschreitet.

Verwendung von CAD-Software zur Modellerstellung

Verwenden Sie CAD-Software, um Designs zu erstellen und zu ändern. Machen Sie sich mit den Werkzeugen und der Benutzeroberfläche der Software vertraut. Skalieren Sie das Modell richtig, um die korrekte Druckgröße sicherzustellen und Verzerrungen zu vermeiden. Erkunden Sie die 2D-Zeichenwerkzeuge, um die Grundform des Drucks zu zeichnen und ändern Sie diese dann in ein 3D-Modell. Nutzen Sie die Software für Details. Fügen Sie dem Design Funktionen hinzu und ändern Sie dessen Abmessungen. Gehen Sie zum Analysetool, überprüfen Sie auf Fehler und nehmen Sie Anpassungen vor. Wählen Sie das richtige Dateiformat, um das Modell zu speichern und an den Slicer zu übertragen. Definieren Sie die Parameter für den Druck, um G-Codes zu erhalten und laden Sie diese in den Drucker, um mit dem Drucken zu beginnen.
Nun müssen Sie den Druck häufig überprüfen und bei Bedarf Probleme beheben.

Slicen des Modells

Nun, da Sie das Modell haben, ist es Zeit, es mit der Slicer-Software zu slicen. Diese Software schätzt die benötigte Filamentmenge und berechnet die Route zur Herstellung des Drucks.

Überblick über die Slicer-Software

Ein Slicer, wie der Name schon sagt, schneidet das 3D-Modell dünn (0,1-0,3 Millimeter) in Schichten. Die Software generiert G-Codes oder eine lange Liste von Anweisungen, die die Route für den Extruder definieren. Entsprechend den Anweisungen extrudiert der Extruder Filament in Schichten, um den Druck zu erstellen. Der Slicer schätzt auch die erforderliche Fülldichte, Temperatur und Druckgeschwindigkeit.

Anpassen der Slicer-Einstellungen

Um einige Anpassungen vorzunehmen, öffnen Sie einfach die Software und bearbeiten Sie die festgelegten 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 gefunden haben.

Laden des Filaments und Kalibrieren des Druckers

Filamentladeverfahren

Lesen Sie das Handbuch 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 nivellieren und Düse kalibrieren

Verwenden Sie ein Nivellierwerkzeug oder ein Blatt Papier, um die Knöpfe der Bauplatte neu einzustellen und sie näher oder weiter von der Düse zu bewegen. Sie müssen diesen Vorgang für alle Punkte der Platte wiederholen, um sicherzustellen, dass die Düse korrekt nivelliert ist. Für die Düsenkalibrierung überprüfen Sie den Düsenabstand an verschiedenen Seiten der Bauplatte.

Druck starten

Wenn alle Anweisungen vorhanden sind, können Sie den Druck starten und dafür Folgendes tun.

Druckauftrag an den Drucker senden

Übertragen Sie die G-Codes über Netzwerkverbindung oder eine SD-Karte an den Drucker und wählen Sie die Datei des Modells, um mit dem Drucken zu beginnen.

Überwachung des Druckfortschritts

Sie müssen den gesamten Prozess aktiv überwachen, da Probleme wie Verziehen, schlechte Schichthaftung oder Filamentstaus bei diesem Druck häufig auftreten. Wenn dies passiert, nehmen Sie die notwendigen 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 die Vorteile dieser Technologie diskutieren.

Vielseitigkeit und eine breite Palette von Anwendungen

FDM bietet vielfältige Anwendungen, von der Prototypenerstellung bis zur Forschung. Nun werden wir einige dieser Anwendungen unten betrachten.

Prototyping

FDM ermöglicht schnelle Durchlaufzeiten, was eine schnelle Iteration und schnelles Prototyping von Designs ermöglicht. Es beschleunigt den Produktentwicklungszyklus und verkürzt die Markteinführungszeit.

Fertigung und Produktion

Die FDM-Technologie beseitigt die Produktionsprobleme der traditionellen Fertigung und fördert schnelleres Prototyping sowie die Verwendung komplexer Geometrien beim Entwerfen von Modellen.

Bildung und Forschung

Forscher und Studenten können physische Modelle entwerfen und erstellen, Designkonzepte bewerten und entsprechende Anpassungen vornehmen. Es ist eine großartige Lernmethode, da Studenten kreativ mit ihren Designs umgehen können.

Kosteneffizienz und Zugänglichkeit

Erschwinglichkeit von FDM-Druckern

Diese Drucker gibt es in verschiedenen Kategorien. Man kann einen Einstiegsdrucker für ein paar hundert Pfund bekommen, und wenn man fortschrittliche Modelle mit den besten Funktionen möchte, kann es rund 10.000 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 sind. Verwenden Sie einfach ein hochwertiges Filament, das Ihr Designmodell ergänzt, um erstklassige Drucke zu erhalten.

Einschränkungen und Herausforderungen

Obwohl die Drucktechnologie viele Vorteile hat, können wir einige ihrer Einschränkungen nicht ignorieren. Mit einigen Tipps und Tricks ist es möglich, diese Einschränkungen zu überwinden. Im Folgenden sind die häufigsten Herausforderungen aufgeführt, denen Menschen beim Drucken begegnen.

Schichtlinien und Oberflächenfinish

Rauhe Oberflächen und sichtbare Schichtlinien sind die ersten Probleme bei dieser Art des Druckens. Es beeinträchtigt die Ästhetik des Drucks.

Minimierung von Schichtlinien

Um dieses Problem zu beseitigen, verwenden Sie eine kleine Düse, passen Sie die Druckgeschwindigkeit und Temperatur an und verringern Sie die Schichthöhe. Verbessern Sie das Kühlsystem, um Erwärmung zu reduzieren und die Schichtadhäsion zu verbessern.

Nachbearbeitungstechniken

Für ein besseres Oberflächenfinish verwenden Sie Nachbearbeitungstechniken wie Schleifen, um die Rauheit zu glätten. Um die Gesamtsmoothness des Drucks zu gewährleisten, polieren Sie mit Schleifpapier. Aceton-Dampf oder ähnliche Produkte funktionieren hervorragend, um eine glatte Oberfläche zu erzielen.

Maßgenauigkeit und Toleranz

Es ist wichtig, Maßgenauigkeit und Toleranz sicherzustellen, um funktionale Prototypen zu erreichen, die Ihrem Standard entsprechen. Aber einige Faktoren können Probleme verursachen und den Druck ruinieren, und diese sind:

Faktoren, die die Maßgenauigkeit beeinflussen

Unpassender Filamentdurchmesser, schlechtes Kühlsystem, Verziehen, falsche Extrudertemperatur und Schrumpfung können die Maßgenauigkeit des Drucks beeinflussen. Schichthöhe, Druckgeschwindigkeit und schlechte Adhäsion können ebenfalls dieses Problem verursachen.

Kalibrierung und Feinabstimmung

Druckerkalibrierung und Feinabstimmung können bei diesem Problem helfen. Nivellieren Sie das Druckbett, um die Schichtadhäsion zu verbessern, und passen Sie die Schichthöhe an. Stellen Sie die Extrudereinstellungen neu ein, um Maßfehler zu vermeiden. Überprüfen Sie, ob die Flussrate genau ist, und kalibrieren Sie die Druckgeschwindigkeit und Temperatur.

Überhänge und Stützstrukturen

Nicht unterstützte Überhänge können zu Druckfehlern führen. Übermäßige Stützstrukturen beim Drucken eines komplizierten Drucks können die Druckzeit verlängern. Sie können auch Spuren hinterlassen, die die Oberfläche rau machen.

Umgang mit Überhängen

Die Verwendung temporärer Stützstrukturen minimiert dieses Problem. Der Slicer kann diese Unterstützung erstellen oder Sie können sie selbst hinzufügen, um Druckverzerrungen zu verringern. Nach Abschluss des Drucks können Sie sie entfernen.

Arten von Stützstrukturen

Stützstrukturen gibt es in verschiedenen Typen, wie z.B. Baumstützen, um Filamentverschwendung zu reduzieren. Diese Struktur ist auch leicht zu entfernen. Wenn der Druck eine robuste Unterstützung benötigt, wählen Sie dichte Unterstützung, obwohl das Entfernen etwas schwierig sein kann. Eine andere Art von Struktur wird als benutzerdefinierte Stützen bezeichnet, bei denen Sie Stützen dort platzieren können, wo sie benötigt werden.

Fehlerbehebung und Tipps für erfolgreiche FDM-Drucke

Häufige Probleme und Lösungen

Das Drucken mit FDM-Technologie beinhaltet einige Probleme, die sich nicht wesentlich von traditionellen Druckproblemen unterscheiden. Zu den häufigsten Problemen gehören:

Verziehen und Haftungsprobleme des Bettes

Diese beiden Probleme treten meist auf, wenn das Filament nicht haftet, wenn das Bett nicht richtig beheizt ist oder die Schichtadhäsion schlecht ist. Die Lösung besteht darin, ein beheiztes Bett zu verwenden. Gehäuse, Rafts und Haftungshilfen helfen ebenfalls bei diesem Problem. Überprüfen Sie die Drucktemperatur und -geschwindigkeit und reinigen Sie immer die Bauplatte vor dem Drucken.

Stringing und Auslaufen

Das verbleibende Filament kann auch bei Nicht-Druckbewegungen weiter fließen und Stringing und Auslaufen verursachen. Die Gründe können ein schlecht nivelliertes Bett, eine hohe Druckgeschwindigkeit oder eine zu hohe Extrudertemperatur sein. Kalibrieren Sie daher die Rückzugseinstellungen und regulieren Sie die Geschwindigkeit und Temperatur des Drucks, um das Problem zu mindern.

Filamentstaus und Extrusionsprobleme

Wenn die Extrudertemperatur falsch ist oder das Filament in der Düse verstopft, tritt dieses Problem auf. Auch das falsche Einführen des Filaments kann Filamentstaus verursachen. Um dies zu vermeiden, reinigen Sie immer die Düse oder wechseln Sie sie bei Bedarf, verwenden Sie ein hochwertiges Filament und führen Sie es richtig ein. Kalibrieren Sie die Druckgeschwindigkeit und finden Sie 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. Zu schnelles Drucken bei komplexen Modellen bedeutet, dass Design-Details beeinträchtigt werden, daher sollte die Geschwindigkeit für bessere Details verringert werden. Führen Sie einige experimentelle Tests durch, um die genaue Geschwindigkeit zu finden. Dicke Schichten können schneller gedruckt werden, aber sie beeinträchtigen kleine Details. Im Gegensatz dazu sind dünnere Schichten großartig für kleine Details, verbrauchen jedoch viel Zeit. Finden Sie eine geeignete Schichthöhe entsprechend Ihren Druckanforderungen.

Temperatureinstellungen und Kühlung

Verschiedene Filamente haben unterschiedliche Schmelzpunkte. Daher drucken einige von ihnen am besten bei hoher Geschwindigkeit und umgekehrt. Lesen Sie das Filament-Handbuch, um die richtige Temperatur zu finden. Eine beheizte Bauplatte fördert eine bessere Schichthaftung. Heizen Sie also das Bett mit der richtigen Temperatur vor, die für Ihr Filament geeignet ist. Eine ordnungsgemäße Kühlung der Schichten ist entscheidend, um Fädenziehen und Auslaufen zu vermeiden. Verwenden Sie Kühlventilatoren, um Überhitzung zu verhindern, damit die Filamente schneller aushärten.

Designüberlegungen

Erfahren Sie, wie Sie das richtige Filament entsprechend dem Design und der Komplexität des Drucks auswählen. Die Wandstärke sollte ebenfalls mit dem Design kompatibel sein. Verwenden Sie bei Bedarf Stützstrukturen und berücksichtigen 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 die Herstellung von 3D-Drucken verwendet wird.

Warum ist FDM besser?

FDM ist ein fortschrittlicher 3D-Druckprozess, der schnell, erschwinglich ist, qualitativ hochwertige Drucke produziert 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 dieselbe additive Fertigungstechnologie, aber SLS-Drucker verwenden im Gegensatz zu FDM-Druckern Laser, um pulverförmige Materialien selektiv zu sintern, anstatt geschmolzene thermoplastische Filamente.

Was sind die Nachteile des FDM-Drucks?

Rauhe Oberflächenbeschaffenheit, Fädenziehen und Auslaufen, Verziehen und Schrumpfen sind einige der häufigen Nachteile des FDM-Drucks.

Wofür ist FDM gut?

Die Technologie bietet vielfältige Anwendungen wie Vorrichtungen und Halterungen, Prototyping, Architekturmodelle und mehr. Der FDM-Druck hat zahlreiche Vorteile und es ist schwierig, alle in diesem Artikel zu erfassen. Er hat den Druckprozess viel schneller, einfacher und kostengünstiger gemacht. Er hat eine Revolution im Prototyping und in der Fertigung ausgelöst.