Die Farbentwicklung im FFF-3D-Druck

Die Entwicklung der Farbe im FFF-3D-Druck

Der Fused-Filament-Fabrication (FFF)-3D-Druck hat in den letzten Jahren eine bedeutende Entwicklung erfahren, nicht nur in Bezug auf Präzision oder Materialien, sondern auch in der Art und Weise, wie Farbe in gedruckte Teile integriert wird. Von den Anfängen mit nur einem Extruder bis hin zu den heutigen Multimaterial-Systemen hat sich die Technologie an die Bedürfnisse von Anwendern angepasst, die sowohl Funktionalität als auch Ästhetik suchen.

Bild 1: Monochromes Teil neben einem polychromen Modell. Quelle: Flickr/Fdecomite

Ursprünglich erlaubte der FFF-Druck nur die Verwendung einer einzigen Farbe pro Teil, beschränkt auf das, was ein einzelner Extruder liefern konnte. Um also ein polychromes Teil zu erhalten, musste es aufgeteilt und jede Partie separat mit einer anderen Farbe gedruckt werden, was entweder das Wechseln der Spulen oder die Nutzung mehrerer Drucker parallel erforderte. Diese Technik wird „Swap by Layer“ genannt, und mit spezieller Software lassen sich sehr professionelle Oberflächen erzielen.

Bild 2: Gedruckte monochrome Teile. Quelle: DLA.mil

Mit der Einführung eines zweiten Extruders war es möglich, zwei Farben oder Materialien zu kombinieren. Das erste System war das abhängige Dual-Extrusionssystem (zwei Extruder auf einem einzigen Schlitten), das den Druck von löslichen oder bicolor Stützstrukturen relativ einfach ermöglicht und mechanisch sowie kostengünstiger ist als andere Mehrkopf-Systeme. Es besteht jedoch ein Risiko der Farbkontamination oder Kollision der Düsen, außer es werden Systeme wie der Hebekopf von Raise3D eingesetzt, die dieses Risiko eliminieren und das System effizient und sicher machen. Andererseits kann das nutzbare Volumen der X-Achse reduziert werden, und die Wartung verdoppelt sich, da zwei Hotends statt einem vorhanden sind.

Es gibt auch das IDEX-System – unabhängige Dual-Extruder. In diesem System hat jeder Extruder seine eigene X-Achse oder seinen eigenen Schlitten. Während einer druckt, wird der andere in eine Ecke „geparkt“, wodurch Interferenzen minimiert und Kontaminationen sowie Kollisionen vermieden werden. Dies ermöglicht Spiegel- oder Dupliziermodi, um die Produktivität zu erhöhen, sowie eine geringere bewegte Masse pro Schlitten, was Präzision und Geschwindigkeit steigert. Allerdings sind die Kosten höher, die Kalibrierung der Köpfe komplexer und Firmware/Mechanik muss fortgeschrittener sein. Zudem ist die Wartung beider Köpfe erforderlich, und das nutzbare Volumen der X-Achse bleibt kleiner.

Darüber hinaus kann ein Teil gleichzeitig in zwei Farben gedruckt werden, oder als Duplikat oder Spiegel, jeweils in einer Farbe, oder unterschiedliche Materialien verwendet werden, z. B. für Stütze und Modell.

Bild 3: Im Spiegelmodus gedruckte Teile in zwei Farben. Quelle: Raise3D

Parallel dazu wurden Lösungen mit anderer Philosophie eingeführt, um Polychromie zu erreichen, wie der XYZ da Vinci Color, der ein Tintenspritzsystem auf weißem Filament integrierte und so eine vollfarbige Lösung bot, wenn auch mit technischen Einschränkungen.

Video 1: Präsentation des XYZ da Vinci Color. Quelle: Youtube

Darauf folgten Drucker mit automatischem Werkzeugwechsel, die verschiedene Köpfe verwenden können, um mehrere Farben oder Materialien präziser zu drucken. In dieser Konfiguration wird ein einzelner beweglicher Kopf verwendet, der während des Drucks automatisch verschiedene Werkzeuge (z. B. Extruder oder Düsen aus unterschiedlichen Materialien) an den Schlitten anschließt. Im Gegensatz zu Multimaterialsystemen mit nur einem Extruder ist jedes Werkzeug unabhängig und wird bei Bedarf am Schlitten angebracht. Dies ist ein komplexes und somit teures System. Die Komplexität kann auch eigene Probleme mit sich bringen, insbesondere beim Koppeln und Trennen der Extruder.

Bild 4: Multi-Werkzeugkopf. Quelle: CNC Kitchen

Heutzutage ermöglichen Multimaterial-Systeme wie Prusa MMU oder Bambu Lab AMS das Wechseln mehrerer Filamente über einen einzelnen Extruder und eröffnen damit vielseitigere und detailliertere Multicolor-Drucke. Diese Systeme lagern die Materialspulen in eigenen Mechanismen mit Motor und führen das Filament in einen Puffer oder Hub. So wird das Filament korrekt gespannt für einen reibungslosen Wechsel, der automatisch vom Drucker gemäß der gewählten Farb- und Materialkonfiguration für jeden Druckauftrag durchgeführt wird. Mehrere Einheiten können kombiniert werden, wodurch in bestimmten Konfigurationen bis zu 24 Farben gleichzeitig möglich sind (Bambu Lab H2D, 4 AMS 2 Pro und 8 AMS HT).

Bild 5: 2 AMS verbunden mit der Bambu Lab X1. Quelle: BambuLab

Farbe in den Filamenten

Die Farbe des Filaments ist ein entscheidender Aspekt im 3D-Druck, wenn ein ästhetisch ansprechendes Erscheinungsbild, ein spezielles Finish oder eine visuelle Farbkennzeichnung erforderlich ist. Hersteller haben umfangreiche Farbpaletten und verschiedene Oberflächen entwickelt, um funktionale und dekorative Anforderungen zu erfüllen.

Bild 6: Multicolor-Filamentspulen. Quelle: WikiCommons

Zu den gängigsten Oberflächen gehören:

• Seide (Silk): glänzend und seidig, ideal für dekorative Teile.

• Matt: reduziert Reflexionen und kaschiert Schichtlinien.

• Satin: Balance zwischen Matt und Glanz.

• Glänzend: lebendige Farben mit starkem Oberflächenreflex.

• Bicolor oder Multicolor: hergestellt mit Farbübergängen innerhalb eines Filaments.

• Thermo- oder Lichtwechsel-Farbe: Farbe ändert sich je nach Temperatur oder Licht.

• Glow-in-the-dark: leuchtet im Dunkeln nach Lichteinwirkung.

• Transluzent: lässt Licht durchscheinen, mit unterschiedlichen Transparenzgraden.

Eine der größten Herausforderungen bleibt die Farbkonstanz zwischen Chargen, besonders in professionellen Anwendungen, die Reproduzierbarkeit erfordern. Hersteller wie Fillamentum und Polymaker garantieren Homogenität durch strenge Qualitätskontrollen und stabile Formulierungen. Dadurch bleibt die Farbe und das Finish eines Teils konstant, auch wenn die Spule gewechselt wird.

Die Panchroma-Filamente von Polymaker sind darauf ausgelegt, eine fortschrittliche Farbkonstanz zu gewährleisten, und obwohl sie nicht direkt in Standard-Systeme wie Pantone oder RAL integriert sind, ermöglichen sie eine Annäherung über die HEX-Werte der Farben:

Jede Farbe der Panchroma-Reihe (über 150 Kombinationen und 17 Oberflächen) wird werkseitig mit präzisen HEX-Codes validiert, wodurch eine Zuordnung zu den grafischen Pantone- oder industriellen RAL-Standards durch digitale Konvertierung möglich ist. Mit dem exakten HEX-Wert (z. B. “#1C1C1C” für Charcoal Black) können Profis Online-Ressourcen oder spezielle Software wie HueForge nutzen, um die nächstgelegene Pantone- oder RAL-Farbe zu finden. Zubehör wie der BIQU AJAX TD1S ermöglicht außerdem, die Transmission Distance (TD) der Filamente exakt zu messen und die reale Farbe im HEX-Format zu erfassen.

In diesem Kontext stellt sich Panchroma als umfassende Lösung dar. Diese von Polymaker entwickelte Reihe bietet:

• Eine breite Palette an Vollton- und Spezialfarben, damit stets eine Auswahl verfügbar ist.
• Vielfalt an Oberflächen (matt, silk, satiniert etc.), angepasst an jede Anwendung. Kombinieren Sie sie für spektakuläre Ergebnisse.
• Hohe Farbgleichmäßigkeit zwischen Spulen und Chargen dank präziser Formulierung. Keine Inkonsistenzen mehr zwischen den Spulen.
• Vollständige Kompatibilität mit Multimaterial- und Multicolor-Systemen, was eine perfekte Farbübergabe in Systemen wie AMS oder MMU gewährleistet. Materialien und Maße sind optimal auf diese Geräte abgestimmt.

Bild 8: Die umfangreiche Auswahl an verfügbaren Optionen in Panchroma. Quelle: Polymaker

Ein Hauptvorteil von Panchroma besteht darin, dass alle Farben so konzipiert sind, dass sie visuell und technisch (Temperaturen, Retraktion, Haftung etc.) zusammenarbeiten. Dies ermöglicht hochwertige Multicolor-Drucke ohne Kompromisse bei der Prozesssicherheit.

Zahlreiche Beispiele von mit Panchroma gedruckten Teilen sind auf der Webseite und in den sozialen Medien von Polymaker zu finden und zeigen die Vielseitigkeit des Systems für künstlerische, funktionale, pädagogische oder Produktdesign-Projekte.

Es ist erwähnenswert, dass die früheren Filamente PolyTerra und PolyLite unter der Marke Panchroma zusammengefasst wurden, wobei ihre Eigenschaften erhalten blieben, jedoch an ein neues Nomenklatur- und Kompatibilitätssystem angepasst wurden, um die Auswahl für Anwender zu vereinfachen.

Kombiniert man diese Filamente mit professioneller Software wie HueForge, lassen sich Multicolor-Ergebnisse von höchster Qualität erzielen:

Bild 9: Beispiel für den Einsatz mehrerer Farben in Kombination mit HueForge. Quelle: HueForge.

Fazit

Der FFF-3D-Druck hat die Begrenzung auf wenige Farben überwunden. Dank Hardware-Fortschritten und der Entwicklung von Filamenten wie der Panchroma-Reihe ist es nun möglich, Multicolor-Ergebnisse mit Präzision, Ästhetik und Zuverlässigkeit zu erzielen. Die Kombination einer konsistenten Farbpalette, vielfältiger Oberflächen und Chargenkonsistenz macht Panchroma zu einer Referenz im aktuellen Multicolor-Ökosystem.

In einem Umfeld, in dem visuelle Qualität genauso wichtig ist wie Funktionalität, bietet ein robustes und vorhersehbares Farbsystem einen Wettbewerbsvorteil für Designer, Hersteller und 3D-Druck-Profis.