Eigenschaften und Fertigungsmuster von Metallfilamenten Filamet™

The Virtual Foundry ist ein amerikanisches Unternehmen, das nach jahrelanger Forschung die Palette an Metallfilamenten Filamet™ entwickelt hat. Diese Filamente ermöglichen es durch Nachbearbeitung mittels Sinterns, vollständig metallische Teile zu erhalten.

So ist The Virtual Foundry zum Pionier und zur maximalen Referenz in der 3D FDM-Metallverarbeitung geworden.

Was sind Filamet™-Filamente?

Die Filamente Filamet™ bestehen aus einem Basismetall und einem biologisch abbaubaren und umweltfreundlichen Polymer (PLA). Diese Filamente enthalten hohe Anteile an Metallpartikeln in ihrer Zusammensetzung. Durch die Verwendung von PLA als Bindemittel sind sie jedoch äußerst einfach zu drucken, da ihre Druckeigenschaften denen von PLA ähnlich sind und es jedem Benutzer eines 3D FDM-Druckers ermöglichen, Teile mit diesen Filamenten herzustellen.

Video 1: Was ist Filamet ?. Quelle: The Virtual Foundry.

Die meisten Metallfilamente auf dem Markt enthalten einen Mindestprozentsatz an metallischen Partikeln, etwa 30 %; daher werden sie normalerweise nur für dekorative Zwecke entwickelt. Die mit Filamenten Filamet™ gedruckten Teile haben jedoch nach dem Sintern die Eigenschaften des entsprechenden Basismetalls.

Ein Beispiel dafür wäre das Filament Filamet™ Kupfer: Ein mit Filamet™ Kupfer gedrucktes Stück wird keine leitenden Eigenschaften haben, bis es dem Entbinderungsprozess unterzogen wurde.

Bild 1: Kegel aus Filamet™ aus ungesintertem und gesintertem Hochleistungsstahl. Quelle: The Virtual Foundry.

Das Ergebnis nach dem Sintern des 3D-gedruckten Teils wird ein völlig metallisches Teil sein, etwas Unvorstellbares bis jetzt im Bereich des 3D FDM-Drucks. Mit Filamet™ werden somit Eigenschaften erreicht, die denen der DMLS-Technologie ähnlich sind, jedoch mit bestimmten Einschränkungen.

Aufgrund der Notwendigkeit, die mit diesem Filament gedruckten Teile zu sintern, bei denen PLA eliminiert wird, werden die Teile haben:

• Bestimmte Porosität
• Volumenverlust
• Nicht-Isotropie

Video 2: Dichte von Filamet-Filamenten. Quelle: The Virtual Foundry.

Derzeit hat Filamet™ folgende Filamente:

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

Merkmal von Filamet™

Die Dichte der Filamente von Filamet™ ist viel höher als die von Standard-PLA, aufgrund des hohen Anteils an metallischen Partikeln und der Dichte der beteiligten Metalle.

Beim Drucken mit Filamet™-Filamenten wird empfohlen, eine gehärtete Stahldüse zu verwenden, aufgrund des hohen Anteils an Metallpartikeln in den Filamenten. Darüber hinaus sollte je nach Material eine Düse mit mindestens 0,6 mm Auslassdurchmesser verwendet werden, um Verstopfungen zu vermeiden. Mit Ausnahme des Filaments Filamet™ aus Wolfram, das die Verwendung einer Düse mit bis zu 0,3 mm Auslassdurchmesser ermöglicht; und des Filaments Filamet™ aus hochfestem Stahl, für das die Verwendung einer Düse mit mindestens 0,8 mm Auslassdurchmesser erforderlich ist.

Bild 2: Messingdüse vs. gehärteter Stahl. Quelle: E3D.

Eine weitere Folge der hohen Belastung durch metallische Partikel dieser Filamente ist eine größere Sprödigkeit des Filaments vor dem Schmelzen, da sie sehr geringe Anteile an Bindungspolymer in ihrer Zusammensetzung haben. Dank der kontinuierlichen Forschung und Entwicklung von The Virtual Foundry nimmt diese Sprödigkeit jedoch in ihren Filamenten immer weiter ab, wie im folgenden Video zu sehen ist:

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

Beim Druck von Filamenten Filamet™ ist es sehr wichtig, dass das Filament vor dem Eintritt in den Extruder so gerade wie möglich ist, aber diese Filamente weisen eine gewisse Krümmung aufgrund der Wicklung auf. Um dieses Problem zu lösen, bietet The Virtual Foundry einen Filawärmer, ein Gerät bestehend aus einem Zylinder, der das Filament erwärmt, und einem Temperaturregler.

Bild 3: Filawärmer im Inneren einer Filamentrolle platziert. Quelle: The Virtual Foundry.

Dieses Gerät muss vertikal innerhalb der Rolle platziert werden, wobei der Eingang so nahe wie möglich an der Filamentrolle und der Ausgang mit dem Eingangsloch des Extruders ausgerichtet sein sollte. The Virtual Foundry empfiehlt, den Heizzylinder aufzuhängen, um der Rolle eine freie Drehung zu ermöglichen.

Video 4: Filawärmer. Quelle: The Virtual Foundry.

Beim Durchlaufen des Heizzylinders verliert das Material seine Krümmung und erhöht seine Flexibilität; wodurch die Zugfestigkeit reduziert wird, um Brüche zu verhindern und den Druck zu erleichtern.

Beim Drucken mit Filamenten Filamet™ muss deren hervorragende Haftung an der Basis berücksichtigt werden. Es wird empfohlen, Blue Tape zu verwenden, um beim Entfernen der gedruckten Teile die Druckbasis nicht zu beschädigen.

Sintern von Filamet™

Nach dem Entfernen von der Druckbasis müssen die Teile gesintert werden, um ein vollständig metallisches Teil zu erhalten. Durch diesen Prozess wird das PLA entfernt, das Teil des verwendeten Filaments ist. Bis dieser Prozess durchgeführt wird, haben die Teile nicht die Eigenschaften des Basismetalls, das das verwendete Filament bildet.

Video 5: FAQs Filamet. Quelle: The Virtual Foundry.

Sintern ist ein Prozess zur Herstellung fester Teile aus einem Objekt, das aus komprimiertem Metallpulver besteht, dem eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur, jedoch hoch genug zur Bindung der Metallpartikel in einer widerstandsfähigen Weise, verabreicht wird, was zu einem vollständig festen Block führt.

Das Sintern kann in einem Ofen in offener Umgebung oder in einer Vakuum- oder Inertumgebung durchgeführt werden. In unserem Beitrag Wie man mit FDM-Druck allmetallene Teile herstellt erfahren Sie mehr über das Sintern und die verschiedenen Öfen, die für diesen Prozess verwendet werden können.

Wenn Sie keinen Ofen haben, der den Anforderungen für das Sintern von 3D-gedruckten Teilen mit Filamenten Filamet™ entspricht, können Sie uns kontaktieren und wir informieren Sie über die Machbarkeit und Bedingungen des Sinterns in unseren Einrichtungen.

Nachbearbeitung von Filamet™

Nachdem das mit Filament Filamet™ gedruckte Stück gesintert wurde, kann es durch Schleifen und Polieren der Oberflächen nachbearbeitet werden, wie es bei einem Metallstück gemacht würde. Es wird empfohlen, Nassschleifpapier zu verwenden, um die Drucklinien und andere kleine Verformungen zu reduzieren, und jedes Mal ein feineres Schleifpapier zu verwenden.

Schließlich können Sie ein rotierendes Werkzeug mit einer Polierscheibe verwenden und Polierpaste auftragen, um den gewünschten Glanz zu erzielen. Je nach Grundmetall des Filaments können die aus dem Sintern resultierenden Teile geschliffen, mit Hitze geglättet und sogar geschweißt werden.

Die Filamente Filamet™ von The Virtual Foundry ermöglichen es erstmals, vollständig metallische Teile durch 3D-FDM-Druck herzustellen, was eine relativ einfache Nachbearbeitung erfordert.

Dies ist ein sehr wichtiger und nützlicher Durchbruch für verschiedene Branchen: Hersteller von 3D-Druckern, biomedizinische Innovation, Entwicklung von Strahltriebwerken, Strahlenschutz, Raumfahrt, Kernenergie, Zahnmedizin, Künstler oder Modegestaltung.