Metallfilamente: Filamet und Ultrafuse

Es ist seit einiger Zeit möglich, Metallfilamente für das FDM 3D-Drucken auf dem Markt zu finden, aber sie sind nicht alle gleich. Was sind die Unterschiede zwischen ihnen?

Um diese Frage zu beantworten, muss der Unterschied zwischen metallisch gefärbten Filamenten und metallisch gefüllten Filamenten berücksichtigt werden. Erstere enthalten eine geringe Menge metallischer Partikel (5 % - 40 %), um ein metallisches Aussehen zu verleihen, das ausschließlich für ihre ästhetischen Eigenschaften verwendet wird. Je höher der Prozentsatz der Partikel, desto besser die Simulation des jeweiligen metallischen Materials.

Im Fall von metallgefüllten Filamenten ist die Beladung mit Metallpartikeln in der Regel sehr hoch (über 80 %), und es ist möglich, 3D-gedruckte Teile einem Sinterprozess zu unterziehen, bei dem das Bindemittel entfernt wird, wodurch 100 % metallische Teile entstehen.

Derzeit sind BASF und The Virtual Foundry zwei der bekanntesten Hersteller, die solche Materialien anbieten, mit denen alle metallischen Teile mit FDM 3D-Druck und einem Sinterprozess hergestellt werden können.

BASF bietet Ultrafuse Filamente an, darunter Ultrafuse 316 L und Ultrafuse 17-4 PH.

The Virtual Foundry hat andererseits unter dem Namen Filamet eine große Anzahl von Metallfilamenten entwickelt, wie z. B.: Filamet Stainless Steel 316L, Filamet Bronze, Filamet Copper, Filamet Aluminium 6061, Filamet High Carbon Steel, Filamet Tungsten, Filamet Inconel 718-34 oder Filamet Titanium 64-5.

Kompatibilität mit FDM 3D-Druckern

Eine der wichtigsten Eigenschaften von Metallfilamenten ist, dass man keine industriellen FDM 3D-Drucker benötigt, oder sogar einen professionellen. Metallfilamente wie Ultrafuse oder Filamet zeichnen sich dadurch aus, dass sie auf fast jedem FDM 3D-Drucker auf dem Markt gedruckt werden können.

Aufgrund der hohen Beladung mit Metall dieser Filamente muss eine gehärtete Stahldüse verwendet werden, um den Verschleiß des Filaments zu reduzieren. Druck- und Heizbetttemperaturen variieren je nach Hersteller und Material, überschreiten jedoch nicht 245°C Drucktemperatur und 120°C für das Heizbett.

Bild 1: Verschleiß der Messingdüse vs. gehärteter Stahl. Quelle: E3D.

Im Fall der Ultrafuse-Filamente von Basf bietet die Natur des Filaments eine gewisse Flexibilität und ist nicht sehr spröde, was es sehr einfach zu drucken macht.

Die Filamente von The Virtual Foundry bestehen andererseits aus einem hohen Prozentsatz an Metallfüllstoff und PLA als Bindemittel. Je nach Metall und Füllstoffgehalt des Materials können Filamet-Filamente etwas spröde sein und auf einigen 3D-Druckern aufgrund des Weges, den das Filament vom Spulenplatz zum Extruder zurücklegen muss, schwer zu drucken sein. Dies ist jedoch kein Problem, da The Virtual Foundry Filawarmer entwickelt hat, ein Gerät, das dafür sorgt, dass das Filament vor dem Drucken vollständig gerade ist, wodurch die Krümmung der Wicklung beseitigt und ein optimaler 3D-Druck des Materials erreicht wird.

Video 1: Installation von Filawarmer. Quelle: The Virtual Foundry.

Dimensionsverkleinerung

Metallfilamente erfordern Nachbearbeitung durch Sintern, um das Bindungspolymer aus dem Filament zu entfernen und so vollständig metallene Teile zu erhalten.

Da es sich um einen Prozess handelt, bei dem Material entfernt wird, muss berücksichtigt werden, dass die Abmessungen der resultierenden Teile bestimmte Variationen im Vergleich zu den Originalmessungen aufweisen werden. Das heißt, die Teile werden während des Sinterprozesses je nach Material und der Marke des Filaments mehr oder weniger Schrumpfung erfahren.

Dies ist zweifellos eine Schwierigkeit bei der Herstellung funktionaler Teile, bei denen dimensionale Genauigkeit oberste Priorität hat. Es ist jedoch möglich, den Schrumpffaktor zu ermitteln und die CAD-Modelle zu skalieren, um die gewünschten dimensionalen Ergebnisse zu erzielen.

Hier haben Ultrafuse und Filamet Materialien einige Unterschiede. Ultrafuse-Filamente haben einen Schrumpfbereich von 16-17 % in der XY-Achse und 19-20 % in der Z-Achse, im Vergleich zu einem Schrumpf von 7-10 % für Filamet-Filamente.

Im Fall von Filamet haben die endgültigen Teile eine Dichte von 80-85 %, obwohl die Teile länger gesintert werden können, was eine höhere Dichte und einen höheren Schrumpf im Vergleich zu den Originalteilen implizieren würde.

Für Ultrafuse bietet BASF einen umfassenden Benutzerleitfaden einschließlich Informationen zu Toleranzen, Schrumpfung und Skalierung, empfohlener Wandstärke usw., die sehr nützlich sein können.

Video 2: Ultrafuse Design Guide. Quelle: BASF.

Sinterprozess

Die Sinterprozesse, die für Ultrafuse und Filamet-Filamente entwickelt wurden, weisen bestimmte Unterschiede auf.

BASF verwendet in Ultrafuse-Filamenten ein spezifisches Bindemittel, das vor dem Sinterprozess eine katalytische Entbinderung erfordert, sodass die Nachbearbeitung als etwas komplexer als bei Filamet-Filamenten betrachtet werden kann. Innerhalb der Filamet-Filamente gibt es jedoch einige, die noch einen experimentellen Sinterprozess aufweisen, der keine Garantie hinsichtlich der Ergebnisse bietet.

Außerdem haben die meisten Filamet-Filamente weniger Anforderungen an die Sinteranlagen, da die meisten von ihnen in einem offenen Umgebungsofen gesintert werden können.

Bild 2: Tabelle mit Filamet-Informationen. Quelle: The Virtual Foundry.

A priori können bei der Verwendung dieser Filamente bestimmte Zweifel und Schwierigkeiten auftreten, insbesondere wenn der Benutzer nicht über die Mittel verfügt, um das Sintern der Materialien durchzuführen. Beide Hersteller bieten jedoch Lösungen in dieser Hinsicht an. BASF hat seinen eigenen Sinterservice, während Benutzer, die mit Filamet-Filamenten arbeiten möchten, uns kontaktieren können, um die Machbarkeit ihrer Projekte zu bewerten und die erforderliche Nachbearbeitung durchzuführen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.

Bild 3: BASF-Sinterservice.

Schlussfolgerungen

Die Palette an Metallfilamenten von Filamet ist zweifellos die umfangreichste auf dem Markt. The Virtual Foundry war der erste Hersteller, der sinterbare Metallfilamente auf den Markt gebracht hat, und hat eine breite Palette von Materialien entwickelt, die für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet sind.

Die Ultrafuse-Filamentpalette spezialisiert sich derzeit auf die Entwicklung von Edelstahlfilamenten, obwohl sie für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden können, wie z.B. Werkzeuge, Vorrichtungen, kleine Serienproduktion, funktionale Teile und Prototypen.

Was den 3D-Druck betrifft, benötigen Filamet-Filamente eine niedrigere Druck- und Betttemperatur als Ultrafuse-Filamente, obwohl einige Filamet-Materialien die Verwendung externer Geräte wie Filawarmer erfordern, um ein optimales Ergebnis zu gewährleisten.

Ultrafuse-Filamente ermöglichen die Verwendung von Düsen mit kleinerem Ausgangsdurchmesser, während Filamet-Filamente die Verwendung einer 0,6 mm Düse erfordern, mit Ausnahme von Filamet Tungsten.

Was den Sinterprozess betrifft, ist die Nachbearbeitung, der Filamet-Metallfilamente unterzogen werden müssen, einfacher und erfordert in vielen Fällen nicht die Verwendung eines Inertgasofens, sodass es relativ einfach sein kann, die erforderlichen Anlagen und Maschinen zum Sintern von 3D-gedruckten Teilen mit Filamet zu haben. Darüber hinaus kann sich der Benutzer bei fehlenden Anlagen oder Kenntnissen zur Durchführung des Sinterns an uns wenden. Andererseits befinden sich einige der Filamet-Filamente in der experimentellen Phase, sodass keine Garantie für das Sintern dieser Materialien besteht.

Im Fall von Ultrafuse müssen mit diesen Filamenten hergestellte Teile einer etwas kompexeren Nachbearbeitung unterzogen werden, obwohl BASF einen umfassenden Leitfaden mit relevanten Informationen zur Erzielung optimaler Ergebnisse mit Ultrafuse-Filamenten bietet. Darüber hinaus bietet BASF einen Entbindungs- und Sinterservice, der von ELNIK bereitgestellt wird, basierend auf dem Kauf von Gutscheinen, die den Entbindungs- und Sinterprozess sowie den Versand und die Rücksendung der Teile abdecken.

Zweifellos sind Metallfilamente innovative Materialien, die es den Benutzern von FDM 3D-Druckern ermöglichen, für eine Vielzahl von Anwendungen vollständig metallene Teile herzustellen. Mit Ultrafuse und Filamet können Benutzer das Material finden, das ihren Bedürfnissen am besten entspricht.