Fused Deposition Modeling (FDM)
Der FDM 3D-Druck – auch Fused Filament Fabrication (FFF) genannt – ist eine der häufigsten Methoden zum Drucken von 3D-Modellen. FDM gehört zu der Gruppe der Material-Extrusions-Verfahren.
Der Vorteil von FDM ist, dass es relativ einfach und kosteneffizient ist, da es hauptsächlich auf der Verwendung von Kunstoffen basiert, welche leicht zu beschaffen und zu verarbeiten sind. Ausserdem ist die Qualität der gedruckten Teile in der Regel gut und es steht eine breite Palette an Farben und Materialien zur Verfügung.
Dabei wird ein thermoplastisches Material in Form von Draht (Filament) mit einem Durchmesser von 1.75 mm oder 2.85 mm aufgeheizt und durch eine Düse gepresst (extrudiert) und schichtweise aufgetragen. Nach anschliessender Abkühlung entsteht so ein fest verbundenes Werkstück. Als Alternative zu den Filament-Rollen kann das Material mit dafür vorgesehenen FDM-Druckern auch in Form von Kunststoff-Pellets zugeführt werden.
Der FDM 3D-Druck eignet sich gut für den Einsatz in kleinen bis mittleren Serien sowie für Prototypen, Muster, Architekturmodelle, Modellbau, Vorrichtungen und Betriebsmittel, etc.
Anwendungen FDM 3D Druck
- Prototypenbau
- Betriebsmittel
- Hilfsmittel
- Werkzeugbau
- Modellbau
- Ersatzteile
- Gehäuse, Abeckungen, Halterungen
- Anschauungsmuster
- Konzeptmodelle
Vorteile FDM 3D Druck
- Kostengünstig
- Bauteile schnell verfügbar
- Grosse Materialauswahl
- Grosse Farbauswahl
- Materialien mit speziellen Eigenschaften (flammhemmend, elektrostatisch ableitend, UV-beständig, gummiartig, etc.) verfügbar
- Integration von RFID-Chips, Magneten, Muttern oder Gewindebuchsen möglich
- Auch grosse Bauteile möglich
Nachteile FDM 3D Druck
- Je nach Geometrie sind Stützstrukturen notwendig
- Anisotrope mechanische Eigenschaften (in Z-Richtung weniger belastbar)
- Für sehr feinen Details weniger geeignet (SLA ist dafür besser geeignet)
- Begrenzt skalierbar / begrenzte Masshaltigkeit
- Begrenzt belastbar
- Je nach Auflösung sichtbare Schichtlinien (können teilweise nachbearbeitet werden)
Die wichtigsten Materialien für den FDM 3D Druck
ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol)
ABS ist ein vielseitig einsetzbares Material mti einer hohen Festigkeit und dennoch einer gewissen Flexibilität.
Für Funktions- und Produktmuster oder Anwendungen in der Medizin, Elektonik, Architektur, etc.
Vorteile
- Hohe mechanische Festigkeit und Steifigkeit
- Chemische Beständigkeit
- Relativ gute Wärmeformbeständigkeit
- Gute Schlagzähigkeit
- Gute elektrische Isolations-Eigenschaft
- Auch elektrostatisch ableitend (ABS-ESD7)
- Auch transluszent (ABSi)
Nachteile
- Für grosse Bauteile ungeeigent infolge Verzug / Schwindung
- Für kleine, detaillierte Bauteile ungeeignet
ASA (Acrylnitril-Styrol-Acrylester)
Die mechanischen Eigenschaften und Anwendungsbereiche von ASA sind mit denjenigen von ABS vergleichbar. ASA ist jedoch UV- und Witterungsbeständig.
Vorteile
- Wie bei ABS
- Hohe UV- und Witterungsbeständigkeit
- Gute Farbbeständigkeit (UV-Strahlung)
- Hohe Widerstandsfähigkeit
- Hohe Temperaturbeständigkeit
- Gut nachbearbeitbar
Nachteile
- Wie bei ABS
Onyx
Onyx ist ein Polymaid (PA), das mit geschnittenen Kohlefasern gefüllt ist.
Für Anwendungen, bei denen eine hohe Festigkeit, Stefigkeit, Wärmebeständigkeit (und Flammwidrigkeit) benötigt wird.
Vorteile
- 1,4 x stärker und steifer als ABS
- Kann zusätzlich mit Endlosfasern verstärkt werden
- Hohe Oberflächengüte
- Chemische Beständigkeit
- Hohe Wärmebeständigkeit
- Auch mit hoher Flammwidrigkeit (Onyx FR)
Nachteile
- Teurer als Standard-Materialien wie PLA, PETG, etc.
PA 6 (Polyamid 6)
PA 6 (Nylon 6) ein vielseitig einsetzbarer Kunststoff und eignet sich insbesondere für funktionelle Prototypen.
Für Maschinenkomponenten oder Anwendungen in den Bereichen Chemie- und Pharmaindustrie, Elektronikindustrie, etc.
Vorteile
- Hohe Festigkeit / Abriebfestigkeit
- Hohe Steifigkeit
- Hohe Abriebfestigkeit
- Gutes Gleit- und Verschleissverhalten
- Chemische Beständigkeit (Öl, Fett, Kraftstoff)
- Gute Temperaturbeständigkeit
- Gewisse UV-Beständigkeit
PA-CF (Polyamid Carbon Fiber)
PA-CF ist ein mit Kohlefaser ergänztes Polyamid (Nylon) mit einer zusätzliche Steifigkeit, Festigkeit und Hitzebeständigkeit.
Für funktionelle Bauteile, bei denen eine hohe Festigkeit und Stefigkeit benötigt wird und/oder bei denen hohe Belastungen und Vibrationen auftreten.
Vorteile
- Wie bei PA
- Hohe Festigkeit und Steifigkeit
- Gute Wärme- und Chemikalienbeständigkeit
- Gute Dämpfungseigenschaften
- Gute elektrische Isolation
PC (Polycarbonat)
PC ist ein vielseitig einsetzbarer Kunststoff und eignet sich für zahlreiche Anwendungsbereiche.
Für funktionelle Konstruktionsteile und Prototypen (Vorrichtungs- und Betriebsmittelbau, mechanische Anwendungen, etc).
Vorteile
- Hohe mechanische Festigkeit und Steifigkeit
- Gute thermische Beständigkeit
- Gute elektrische Isolations-Eigenschaft
- Hohe Schlagfestigkeit
- Auch transparente Bauteile möglich
- Auch biokompatibel nach ISO 10993 (PC-ISO)
PEEK (Polyetheretherketon)
PEEK ist ein Hochleistungs-Thermoplast und erfordert spezielle Hochtemperatur FDM 3D Drucker.
Für Anwendungen in den Bereichen Chemie- und Pharmaindustrie, Elektronikindustrie, Medizin, etc.
Vorteile
- Hohe Festigkeit und Steifigkeit
- Hohe Zug- und Druckfestigkeit
- Hohe Belastbarkeit
- Hohe Hitzebeständigkeit
- Gute chemische Beständigkeit
- Biokompatibilität
- Geringe Gewicht
- Auch kohlefaserverstärkt (PEEK-CF)
PETG (Polyethylenterephthalat-Glycol)
PETG ist eine Alternative zu ABS und PLA. Flexibler und haltbarer als PLA und einfacher zu drucken als ABS.
Für funktionelle Bauteile und Prototypen (Medizin- und Lebensmitteltechnik, Vorrichtungs- und Betriebsmittel)
Vorteile
- Hohe Festigkeit und dennoch flexibel
- Relativ kostengünstig
- Transparente Bauteile möglich
- Temperatur- und Witterungsbeständig
- Chemikalienbeständigkeit
- Flexibilität / Elastizität
- Recyclebar / biologisch abbaubar
- Biokompatibilität
- Grosse Farbauswahl
- Auch kohlefaserverstärkt (PETG-CF)
- Auch flammhemmend nach UL94 (PETG-FR)
PLA (Polylactid)
PLA ist ein vielseitig einsetzbarer Kunststoff, der aus natürlichen Quellen wie Maisstärke hergestellt wird.
Für Prototypen, Modelle, Halterungen, Gehäuse, etc.
Vorteile
- Nachhaltig / biologisch abbaubar
- Kostengünstig
- Gute Steifigkeit und Härte
- Beständigkeit gegen Chemikalien
- Grosse Farbauswahl
- Grosse Auswahl an Material-Eigenschaften (glänzend, matt, transparent, fluoreszierend)
TPU (Thermoplastisches Polyurethan)
TPU ist ein vielseitig einsetzbares, elastisches, gummiartiges Material.
Für Bauteile welche eine gummiartige Eigenschaft aufweisen müssen wie Flexschläuche, Faltenbälge, Dämpfer, Dichtprofile, etc.
Vorteile
- Abriebfest / Verschleissfest
- Hohe dynamische Widerstandsfähigkeit
- Gute Elastizität und Dehnbarkeit
- Gute Dämpfungseigenschaften
- Chemikalienbeständigkeit (Öle, Fette)
- Witterungsbeständigkeit
- Biokompatibilität
- Unterschiedliche Härtegrade möglich (% Infill)
ULTEM (PEI / Polyetherimid)
ULTEM 1010 und ULTEM 9085 sind Höchstleistungs-Kunststoffe mit guter chemischer Beständigkeit.
Für Anwendungen in den Bereichen Chemie- und Pharmaindustrie, Elektronik- und Automobilindustrie, Medizin, Leichtbau, etc.
Vorteile
- Hohe Zug- und Druckfestigkeit
- Hohe Steifigkeit
- Hohe Chemikalienbeständigkeit
- Flammhemmend nach UL94-V
- Hitzebeständig bis 216°C (1010) / 153°C (9085)
- Lebensmittelkontakt-Zertifizierung NSF 51 (1010)
- Biokompatibilität nach ISO 10993/USP VI (1010)