Eigenschaften und Fertigungsmuster von Metallfilamenten Filamet™

The Virtual Foundry ist ein amerikanisches Unternehmen, dem es nach jahrelanger Forschung gelungen ist, das Sortiment der Metallfilamente Filamet™ zu entwickeln. Diese Filamente ermöglichen es, durch eine Nachbearbeitung, die auf dem Sintern basiert, vollständig metallische Stücke zu erhalten.

Auf diese Weise ist The Virtual Foundry zum Pionier und zur maximalen Referenz im 3D-FDM-Metalldruck geworden.

Was sind Filamente Filamet™?

Die Filamente Filamet™ werden aus einem unedlen Metall und einem biologisch abbaubaren und ökologischen Polymer (PLA) gebildet. Diese Fäden enthalten in ihrer Zusammensetzung hohe Anteile an Metallpartikeln. Durch die Verwendung von PLA als Bindemittel sind sie jedoch extrem einfach zu bedrucken, da ihre Druckeigenschaften denen von PLA ähneln, so dass jeder Benutzer eines FDM-3D-Druckers Teile mit diesen Filamenten herstellen kann.

Video 1: Was ist Filamet? Quelle: Die virtuelle Gießerei.

Die meisten auf dem Markt befindlichen Metallfäden enthalten einen minimalen Anteil an Metallpartikeln, etwa 30 %; daher werden sie in der Regel nur für dekorative Zwecke entwickelt. Die mit Filamet™-Filamenten gedruckten Teile haben jedoch nach dem Sintern die Eigenschaften des entsprechenden Grundmetalls.

Ein Beispiel hierfür wäre das Filament Filamet™ von Copper: Ein mit Filamet™ Copper gedrucktes Teil hat erst dann leitende Eigenschaften, wenn es dem Sinterprozess unterzogen wurde.

Bild 1: Mit Filamet™ hergestellte Konen aus ungesintertem und gesintertem Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt. Quelle: The Virtual Foundry.

Das Ergebnis nach dem Sintern des 3D-gedruckten Teils wird ein Ganzmetallteil sein, was bisher im 3D-FDM-Druck nicht denkbar war. Mit Filamet™ werden also ähnliche Eigenschaften wie mit der DMLS-Technologie erreicht, allerdings mit gewissen Einschränkungen.

Aufgrund der Notwendigkeit, die mit diesem Filament gedruckten Teile zu sintern, wobei das PLA eliminiert wird, haben die Teile:

• Gewisse Porosität
• Volumenverlust
• Keine Isotropie

Video 2: Dichte der Filamet-Filamente. Quelle: The Virtual Foundry.

Derzeit hat Filamet™ die folgenden Stränge:

• Edelstahl 316 L - 80 % Metallpartikel + 20 % PLA
• Bronze - 80 % Metallpartikel + 20 % PLA
• Kupfer - 90 % Metallpartikel + 10 % PLA
• Aluminium 6061 - 65 % Metallpartikel + 35 % PLA
• Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt - 75 % Metallpartikel + 25 % PLA
• Wolfram - 95 % Metallpartikel + 5 % PLA

Filamet cobre

Filamet bronce

Filamet acero
inox 316L

Filamet
aluminio 6061

Merkmale von Filamet™

Die Dichte der Filamente Filamet™ ist aufgrund des hohen Anteils an Metallpartikeln und der Dichte des entsprechenden Metalls deutlich höher als die von Standard-PLA.

Beim Drucken mit Filamet™-Filamenten wird die Verwendung einer Düse aus gehärtetem Stahl empfohlen, da die Filamente einen hohen Anteil an Metallpartikeln enthalten. Außerdem sollte, je nach Material, eine Düse mit mindestens 0,6 mm Austrittsdurchmesser verwendet werden, um ein Verklemmen zu vermeiden. Mit Ausnahme des Filaments Filamet™ aus Wolfram, das die Verwendung einer Düse mit einem Auslassdurchmesser von bis zu 0,3 mm erlaubt; und des Filaments Filamet™ aus High Carbon Steel, das die Verwendung einer Düse mit einem Auslassdurchmesser von mindestens 0,8 mm erfordert.

Bild 2: Düsenverschleiß von Messing vs. gehärtetem Stahl Quelle: E3D.

Eine weitere Folge der hohen Beladung dieser Filamente mit metallischen Partikeln ist eine größere Zerbrechlichkeit des Filaments vor dem Aufschmelzen, da sie sehr geringe Anteile an bindendem Polymer in ihrer Zusammensetzung haben. Dank der permanenten Forschungs- und Entwicklungsarbeit von The Virtual Foundry ist diese Zerbrechlichkeit jedoch immer weniger in den Fäden zu finden, wie im folgenden Video zu sehen ist:

Video 3: Zerbrechlichkeit von Filamet-Filamenten Quelle: The Virtual Foundry.

Beim Drucken von Filamet™-Filamenten ist es sehr wichtig, dass das Filament vor dem Eintritt in den Extruder so gerade wie möglich ist, aber diese Filamente haben aufgrund der Wicklung eine gewisse Krümmung. Um dies zu lösen, hat The Virtual Foundry einen Filawarmer, ein Gerät, das aus einem Zylinder, der das Filament erwärmt, und einem Temperaturregler besteht.

Bild 3: Filawarmer im Inneren einer Filamentspule platziert. Quelle: Die virtuelle Gießerei.

Dieses Gerät sollte vertikal, innerhalb der Spule, platziert werden, wobei der Eingang so nah wie möglich an der Filamentspule und der Ausgang an der Eingangsöffnung des Extruders ausgerichtet ist. The Virtual Foundry empfiehlt, den Heizzylinder aufzuhängen, damit sich die Spule frei drehen kann.

Vídeo 4: Filawarmer. Quelle: The Virtual Foundry.

Während das Material den Heizzylinder durchläuft, verliert es seine Krümmung und erhöht seine Flexibilität; die Zugfestigkeit wird reduziert, um Bruch zu verhindern und den Druck zu erleichtern.

Beim Drucken mit Filamet™-Filamenten muss deren hervorragende Haftung auf der Unterlage berücksichtigt werden. Es wird daher empfohlen, Blue Tape zu verwenden, um die Druckunterlage beim Entfernen der bedruckten Teile nicht zu beschädigen.

Gesintert aus Filamet™

Nach der Entnahme aus der Abdruckbasis müssen die Teile gesintert werden, um ein Ganzmetallteil zu erhalten. Durch diesen Prozess wird das PLA, das Teil des Filaments ist, entfernt. Solange dieser Prozess nicht durchgeführt wird, haben die Teile nicht die Eigenschaften des Grundmetalls, aus dem das verwendete Filament besteht.

Video 5: Häufig gestellte Fragen zu Filamet™. Quelle: The Virtual Foundry.

Sintern ist ein Verfahren zur Herstellung fester Teile aus einem Objekt aus verdichtetem Metallpulver, das bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur wärmebehandelt wird, die aber hoch genug ist, um die Metallpartikel fest miteinander zu verbinden, so dass ein vollkommen fester Block entsteht.

Das Sintern kann in einem Ofen mit offener Umgebung oder in einer Vakuum- oder inerten Umgebung durchgeführt werden. In unserem Beitrag Wie man Vollmetallteile mit FDM-Druck erhält erfahren Sie mehr über das Sintern und die verschiedenen Öfen, mit denen dieser Prozess durchgeführt werden kann.

Wenn Sie keinen Ofen haben, der die Anforderungen für das Sintern von 3D-gedruckten Teilen mit Filamet™-Filamenten erfüllt, können Sie sich mit uns in Verbindung setzen und wir informieren Sie über die Machbarkeit und die Bedingungen für das Sintern in unseren Einrichtungen.

Nachbearbeitung von Filamet™

Nachdem das filamentgedruckte Teil Filamet™ gesintert wurde, kann es durch Schleifen und Polieren der Oberflächen nachbearbeitet werden, wie Sie es mit einem Metallteil tun würden. Es wird empfohlen, ein Wasserschleifpapier zu verwenden, um die Drucklinien und andere kleine Verformungen zu reduzieren, und jedes Mal ein Schleifpapier mit feinerer Körnung zu verwenden.
Zum Schluss können Sie ein rotierendes Werkzeug mit einer Polierscheibe verwenden und Polierpaste auftragen, um den gewünschten Glanz zu erzielen. Je nach Basismetall des Filaments können die beim Sintern entstehenden Teile geschliffen, mit Hitze geglättet und sogar geschweißt werden.

Die Filamente Filamet™ von The Virtual Foundry ermöglichen erstmals die Herstellung von Ganzmetallteilen im 3D-FDM-Druck, die relativ einfach nachbearbeitet werden müssen.

Dies ist ein sehr wichtiger und nützlicher Durchbruch für verschiedene Industriezweige: Hersteller von 3D-Druckern, biomedizinische Innovationen, Entwicklung von Düsentriebwerken, Strahlungsabschirmung, Weltraumforschung, Kernenergie, Zahnmedizin, Künstler oder Modedesign.