Der 3D Druck hat in den letzten Jahren an Popularität gewonnen und wird in vielen Bereichen immer wichtiger. Eine der verbreitetsten Technologien ist der FDM 3D Druck (Fused Deposition Modeling). Aber wie genau funktioniert FDM 3D Druck? In diesem Artikel nehmen wir Sie mit auf eine Reise durch die Welt des FDM Drucks und erklären dir Schritt für Schritt, wie alles funktioniert.

Was ist FDM 3D Druck?

FDM steht für Fused Deposition Modeling und ist eine additive Fertigungstechnologie. Dabei wird Material Schicht für Schicht aufgetragen, um ein dreidimensionales Objekt zu erstellen.

FDM wurde Ende der 1980er Jahre von Scott Crump erfunden und später von seiner Firma Stratasys patentiert. Seitdem hat sich die Technologie rasant entwickelt und ist heute aus vielen Bereichen nicht mehr wegzudenken.

Industrielle FDM 3D Druck sind zum Werkzeug vieler Branchen geworden. Vom Prototyp bis zur Serienfertigung lässt sich mit 3D Druck bereits eine Bandbreite unterscheidlicher Produkte aus Kunststoff erzeugen. Sollten Sie auf der Suche nach einem erfahrenen 3D Druck Service Anbieter sein, stehen wir Ihnen mit unserem Wissen und unserer über 30 FDM Maschinen starken 3D Druckfarm gerne zur Verfügung.

 

 3D Druckfarm Regal aus Bambulab P1P FDM 3D Drucker.

 

Technischer Ablauf des FDM 3D Drucks

In nur fünf Schritten zeigen wir Ihnen, wie Sie von der Idee bis zum fertigen FDM 3D Druck kommen. Wir arbeiten uns schrittweise bis zum fertigen Druckobjekt voran! Falls Sie bereits ein 3D Druck Experte sind, springen Sie einfach auf das Kapitel Anwendungen des FDM 3D Drucks um alles über die Vor und Nachteile des FDM 3D Drucks zu erfahren.

Schritt 1: Design des 3D Druckobjektes

Zu Beginn war die Idee. Doch wie geht es weiter? Um Ihre Idee für ein Objekt nutzbar für den 3D Druck zu machen kommen Sie kaum um ein 3D Design herum. Sie benötigen also eine 3D Grafik Ihres Wunschobjektes. Diese können Sie auf 3 Arten erhalten.

 

Die Erzeugung eines 3D Modells passiert meist mittels 3D Design Software, wie Autodesk Fusion 360, Blender oder Tinkercad. Die Programme unterscheiden sich aufgrund Ihrer Funktionen und sind entweder besser geeignet für industriell präzise Bauteile (CAD-Software) oder für freie Formen im Design- und Gamingbereich (Blender). Für Anfänger im 3D Design eignet sich besonders das Online 3D Design Tool Tinkercad.

• Scannen mittels 3D Scanner

Wenn Sie bereits ein physisches Objekt haben, welches Sie vervielfältigen möchten, können Sie dieses auch einfach mittels 3D Scanner in ein 3D Modell übersetzen. 3D Scanner von Revopoint sind sehr preiswerte und gute Modelle für Anfänger. Nach dem 3D Scan Prozess sollten Sie Ihr 3D Modell prüfen und Fehler im Scanprozess händisch mit 3D Design Software ausbessern.

• Downloaden von 3D Modell Plattformen

Sollten Sie kein Talent für 3D Design oder keinen 3D Scanner besitzen, können Sie auch auf Plattformen die passenden 3D Modelle finden. Bei Printables, Thingiverse oder Cults3D finden Sie eine große Auswahl an verschiedenen 3D Modellen.

Schritt 2: Vorbereitung des 3D Drucks (Slicen)

Sobald Sie ihr 3D Modell als Datei erhalten haben können Sie sich dem Slicing zuwenden. Mit 3D Slicer Programmen werden 3D Modell Dateien wie .stl, .obj oder .stp in das maschinenlesbare .gcode Dateiformat umgewandelt. Als 3D Druckanfänger ist es wichtig diese Dateiformate zu kennen und Sie unterscheiden zu können.

•  STP

Eine .stp Datei (auch .step Datei genannt) ist ein standardisiertes Dateiformat für den Austausch von 3D-Modelldaten zwischen verschiedenen CAD-Systemen und enthält umfassende Informationen über das Modell, einschließlich Geometrie und Materialeigenschaften.

• STL

Eine .stl Datei ist ein Dateiformat, das 3D-Modelle durch die Beschreibung der Oberfläche eines Objekts in Form von Dreiecken speichert und häufig für den 3D-Druck verwendet wird. Eine .stl Datei ist in Ihrer Größe kleiner als .stp Dateien, dafür nur mehr sehr eingeschränkt in mittels Software bearbeitbar.

• OBJ

Eine .obj Datei ist ein standardisiertes Dateiformat, das 3D-Modelldaten speichert und geometrische Informationen wie Punkte, Linien und Flächen beschreibt. Sie wird oft für Freiformen anstatt der .stl Datei verwende, da Sie exaktere Objektoberflächen wiedergibt und nicht auf Dreiecke beschränkt ist.

• GCODE

Eine .gcode Datei ist ein Textdokument, das Anweisungen für CNC-Maschinen oder 3D-Drucker enthält, um Bewegungen, Geschwindigkeiten und Temperaturen für die Herstellung eines physischen Objekts zu steuern.

G-Code-Generierung

Der G-Code ist eine Maschinensprache, die den Drucker steuert. Er enthält Informationen über Bewegungen, Temperaturen und Geschwindigkeiten die für den 3D Drucker essentiell sind. Bevor Sie also den Druck beginnen können, müssen Sie Ihr 3D Modell slicen. Gängige Software erhalten Sie meist von Ihrem 3D Drucker Hersteller, beliebt sind Prusa Slicer, Bambu Slicer oder Orca Slicer. Beim Slicen erstellt die Software Maschinenlesbaren Code den sogenannten GCODE. Er enthält Informationen über Bewegungen, Temperaturen und Geschwindigkeiten. Die erstellte GCODE Datei wird auf den 3D Drucker per USB, WLAN oder über die Cloud übertragen. Beim Slicen kommt es vor allem darauf an, die richtigen Druckparameter einzustellen um das gewünschte Druckresultat zu erhalten.

 Querschnitt eines 3D gedruckten Objektes mit Gyroid Füllung.

• Drucktemperatur

Die richtige Temperatur für das Filament ist entscheidend. Zu niedrige Temperaturen führen zu schlechter Haftung, zu hohe Temperaturen verursachen Materialverformungen.

• Druckgeschwindigkeit

Die Druckgeschwindigkeit beeinflusst die Druckqualität und die Dauer des Drucks. Langsame Geschwindigkeiten sorgen für bessere Details, schnelle für kürzere Druckzeiten.

• Schichthöhe

Die Schichthöhe bestimmt die Detailgenauigkeit und die Stabilität des Drucks. Dünnere Schichten ergeben feinere Details, dickere Schichten führen zu schnelleren Drucken.

• Stützmaterial

Sollte Ihr Objekt Überhänge besitzen, ist es ratsam mit Stützmaterial zu arbeiten. Dieses unterstützt die Regionen mit zu hohen Überhängen. Damit wird sichergestellt, dass keine hängenden Strukturen entstehen. Stützmaterial muss nach Beenden des 3D Druckes händisch entfernt werden.

• Füllung

Im FDM 3D Druck werden Objekte grundsätzlich mit hohlen Zwischenräumen gedruckt. Der Grund dafür ist der Linienartige Extrusionsprozess. Mithilfe der Füllung kann eingestellt werden wie viel material an Füllung in den Objekten genutzt werden soll. Mehr Füllung (40-60%) führt zu stabileren Objekten, eine geringe Füllung von ca. 15-20% führt zu leichteren Objekten.

• Wandlinien

Mithilfe von Wandlinien kann definiert werden, wie dick die Wandstärke von Objekten sein soll. Diese Einstellung kann immens dazu beitragen, wie stabil 3D Druckobjekte sind. Bereits 2 Wandlinien sind.

Schritt 3: Der Extrusionsprozess

Sobald die GCODE Datei am 3D Drucker ist, kann der 3D Druck beginnen. Zuerst kalibriert sich der Drucker, anschließend wird die Heizplatte und die Düse des Druckers erhitzt. Der Druckkopf des 3D Druckers schmilzt das Filament, bis es formbar ist. Dann wird es durch eine Düse extrudiert und Schicht für Schicht auf die Bauplattform aufgetragen, zumindest wenn Sie nicht vergessen haben das Filament einzulegen. Die folgende Bauteile eines 3D Druckers sollten Sie kennen.

 

 

• Druckkopf und Extruder

Der Druckkopf ist das Herzstück des Druckers. Er beinhaltet die Düse und den Extruder, der das Filament fördert.

• Heizbett und Bauplattform

Das Heizbett sorgt dafür, dass die untere Schicht des Drucks gut haftet und nicht verzieht. Die Bauplattform ist die Fläche, auf der der Druck entsteht.

• Steuerungselektronik

Die Elektronik steuert die Bewegungen des Druckkopfs und des Heizbetts sowie die Extrusion des Filaments. Sie ist das Gehirn des Druckers.

Schritt 4: Die Rolle des Filaments

Das Filament ist das Ausgangsmaterial beim FDM Druck. Es besteht meist aus Kunststoffen wie PLA, PETG oder ABS und wird auf Rollen geliefert. Die Art und Qualität des Filaments haben großen Einfluss auf das Endergebnis. Sparen Sie also nicht an der falschen Stelle!

 

 

• PLA

Polylactid (PLA) ist ein biologisch abbaubarer Kunststoff und das beliebteste Material im FDM Druck. Es ist einfach zu drucken und ideal für Anfänger.

• ABS

Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) ist robust und hitzebeständig. Es eignet sich für technische Anwendungen, erfordert jedoch eine beheizte Bauplattform.

• PETG

Polyethylenterephthalat-Glykol (PETG) kombiniert die Vorteile von PLA und ABS. Es ist stark, flexibel und einfach zu drucken.

• Weitere 3D Druck Filamente

Neben den gängigen Materialien gibt es zahlreiche Spezialfilamente wie Holz-, Metall- und Karbonfaserverbundstoffe, die besondere Eigenschaften bieten.

Schritt 5: Nachbearbeitung von 3D Drucken

Nachdem Ihr 3D Drucker die Herstellung des Druckobjektes abgeschlossen hat, können Sie ihr Objekt nach Abkühlen der Druckoberfläche einfach entfernen. Nutzen Sie Spachteln, um Ihr Objekt einfach von der Druckoberfläche zu lösen. Wow, ihr erstes Druckobjekt, Gratulation! Zur Entfernung von Supportstrukturen eignen sich sehr gut kleine Zangen. Kanten oder sogenannte Brims können Sie mittels Entgrater mühelos entfernen.

 

• Entfernen von Stützstrukturen

Viele Drucke benötigen Stützstrukturen, die nach dem Druck entfernt werden müssen. Dies kann manuell oder mit speziellen Werkzeugen erfolgen.

• Schleifen und Glätten

Um eine glatte Oberfläche zu erhalten, können Drucke geschliffen und geglättet werden. Hierfür eignen sich Schleifpapier und chemische Glättungsmethoden wie Aceton-Dämpfe.

• Bemalen und Beschichten

Um den Druck zu verschönern, kann er bemalt oder beschichtet werden. Spezielle Grundierungen und Farben sorgen für ein professionelles Finish.

Fehlerbehebung im FDM Druck

Zu den häufigsten Problemen gehören schlechte Haftung der ersten Schicht, Verstopfungen der Düse und Warping (Verziehen) des Drucks.

• Schlechte Haftung und Warping (Verziehen)

Eine beheizte Bauplattform und ein gutes Kalibrierungssystem helfen, Haftungsprobleme zu vermeiden. Nutzen Sie spezielle Klebestifte, um eine verbesserte Haftung von schwer druckbaren Materialien zu erhalten.

• Verstopfung der Düse

Regelmäßige Reinigung und Wartung des Druckers verhindern Verstopfungen. Reinigen Sie die Düse mit einer Nadel oder wenden Sie das sogenannte „Cold-Pull Verfahren“ an, um die Düse von Verstopfungen zu befreien.

Anwendungen des FDM 3D Drucks

• Prototyping

FDM-Druck im Prototyping ermöglicht die schnelle und kostengünstige Herstellung von funktionsfähigen Prototypen aus thermoplastischen Materialien, was Designern und Ingenieuren erlaubt, ihre Entwürfe zu testen, zu verfeinern und vor der Massenproduktion zu validieren.

• Kunst und Design.

Künstler und Designer nutzen FDM Druck, um komplexe und individuelle Kunstwerke zu schaffen. Dank dieser neuen Technologie lassen sich für Künstler neue Objekte erschaffen, die mit herkömmlichen Verfahren bisher nicht umsetzbar waren.

• Medizin und Forschung

In der Medizin und Forschung ermöglicht der FDM Druck die Erstellung maßgeschneiderter Modelle von Knochen oder Organen, die vor allem zur Vorbereitung komplexer Operationen ein gutes Hilfsmittel sind.

• Architektur

FDM Druck in der Architektur ermöglicht die kosteneffiziente und präzise Erstellung von Modellen und maßstabsgetreuen Gebäudekomponenten aus thermoplastischen Materialien, wodurch die Entwurfs- und Planungsprozesse erheblich beschleunigt werden.

Zukunft des FDM 3D Drucks

•  Technologische Fortschritte

Technologische Fortschritte im FDM 3D Druck umfassen verbesserte Druckgeschwindigkeiten, höhere Präzision, erweiterte Materialvielfalt, automatische Kalibrierung, integrierte Fehlererkennung sowie die Entwicklung von Multimaterial- und Mehrfarbendruck, wodurch die Anwendungsbereiche und die Qualität der gedruckten Objekte erheblich gesteigert werden.

• Markttrends

Der Markt für FDM Druck wächst stetig. Markttrends im FDM 3D Druck umfassen eine zunehmende Nachfrage nach personalisierten Produkten, die Integration von 3D Druck in industrielle Fertigungsprozesse, die Verbreitung nachhaltiger und recycelbarer Materialien, die Entwicklung benutzerfreundlicher Drucker für den Heimgebrauch sowie den wachsenden Einsatz in der Medizin, Architektur und im Bildungswesen.

FDM Druck vs. andere 3D Druckverfahren

• SLA (Stereolithographie)

SLA verwendet flüssiges Harz und UV-Licht, um hochdetaillierte Drucke zu erzeugen. SLA ist besonders bei Miniaturfiguren aufgrund der hohen Auflösung sehr beliebt. Nachteile von SLA umfassen hohe Material- und Betriebskosten, begrenzte Materialvielfalt, längere Nachbearbeitungszeiten aufgrund der erforderlichen Aushärtung und Reinigung, potenziell gesundheitsschädliche Harze sowie Einschränkungen bei der Größe der druckbaren Objekte und der Haltbarkeit der gedruckten Teile im Vergleich zum FDM 3D Druckverfahren.

• SLS (Selektives Lasersintern)

SLS nutzt Laser, um Pulverschichten zu verschmelzen. Es eignet sich für robuste und funktionale Teile, ist aber ebenfalls kostspielig. Die Nachteile von SLS sind höhere Anschaffungskosten für die Drucker, längere Produktionszeiten aufgrund der Notwendigkeit von Abkühlungsphasen, raue Oberflächen der gedruckten Teile, die Nachbearbeitung erfordern, sowie Einschränkungen bei der Materialauswahl im Vergleich zu anderen 3D-Drucktechnologien wie FDM.

• Vor- und Nachteile der FDM 3D Drucktechnolgie

FDM Druck ist kostengünstig und einfach zu bedienen, bietet aber nicht die höchste Detailgenauigkeit. Andere Verfahren bieten feinere Details, sind aber teurer und aufwändiger.

Umweltaspekte des FDM 3D Drucks

Der FDM 3D Druck hat verschiedene Umweltaspekte, die berücksichtigt werden müssen. Einerseits können biologisch abbaubare Materialien wie PLA und recycelte Filamente den ökologischen Fußabdruck verringern. Andererseits verbrauchen 3D-Drucker Strom, dessen Umweltbelastung durch den Einsatz erneuerbarer Energiequellen gesenkt werden kann. Abfall entsteht durch Stützstrukturen und Fehlprints, die durch optimiertes Design und wasserlösliche Materialien minimiert werden können. Recycling von Druckabfällen in neues Filament hilft ebenfalls, die Umweltbelastung zu reduzieren.

 

 

• Recycling von Filamenten

Einige Filamente können recycelt und wiederverwendet werden, was die Umweltbelastung reduziert. Unternehmen wie die Recycling Fabrik helfen Ihnen dabei Ihren 3D Druckabfall zu recyceln und bieten Ihnen recyceltes Filament für Ihren 3D Druck an.

• Nachhaltige Materialien

Es gibt eine wachsende Auswahl an umweltfreundlichen Filamenten, die biologisch abbaubar (PLA) oder aus recycelten Materialien (rPLA, rPETG) hergestellt sind.

Tipps und Tricks für Anfänger

•  Wahl des richtigen Druckers

Einsteiger sollten auf Benutzerfreundlichkeit und Support achten. Beliebte Einsteigermodelle sind der Prusa i3 MK4 oder Bambulab P1S.

• Pflege und Wartung

Regelmäßige Wartung und Reinigung verlängern die Lebensdauer des Druckers und sorgen für konstante Druckqualität.

FDM 3D Druck die vielseitige Drucktechnologie

FDM 3D Druck ist eine vielseitige und zugängliche Technologie, die in vielen Bereichen Anwendung findet. Mit den richtigen Kenntnissen und etwas Übung können sowohl Anfänger als auch Profis beeindruckende Ergebnisse erzielen.