Hochgeschwindigkeits-FDM-3D-Druck

Hochgeschwindigkeitsausrüstung

Der Hochgeschwindigkeits-FDM-3D-Druck (Fused Deposition Modeling) gilt als bahnbrechender Fortschritt im additiven Fertigungsbereich. Diese Methode verwendet schnelle Extrusion von thermoplastischen Materialien, um beschleunigten Schicht-für-Schicht-Aufbau komplexer Designs zu ermöglichen. Der Hochgeschwindigkeits-FDM nutzt spezialisierte Drucker mit verbesserten Mechanismen wie Hochleistungs-Düsen und optimierte Heizsysteme, um schnelle Materialdeposition ohne Beeinträchtigung der Druckqualität zu ermöglichen.

Zuvor konnten Desktop-3D-Drucker die Druckgeschwindigkeitsgrenze von 80 mm/s nicht überschreiten. Die üblichen Einstellungen für Fadenbreite und Schichthöhe begrenzten den volumetrischen Fluss auf 6 mm³/s oder weniger. Die kürzliche Einführung von Hochgeschwindigkeits-3D-Druckern in dieser Markt­kategorie hat jedoch das Potenzial freigesetzt, Geschwindigkeiten zu erreichen, die in der 3D-Druckwelt zuvor unerreicht waren. Dieser Fortschritt bietet neue Möglichkeiten, diese beispiellosen Druckgeschwindigkeiten zu nutzen. Dieser Prozess reduziert signifikant die Produktionszeiten und ermöglicht eine effiziente Herstellung von Prototypen, funktionalen Teilen und komplexen Geometrien. Seine unübertroffene Geschwindigkeit steigert die Produktivität in industriellen Umgebungen und entspricht den Anforderungen von Fachleuten, die schnelle und präzise Fertigungslösungen in verschiedenen Branchen suchen.

Hochgeschwindigkeits-Filament

Allerdings kann die Extrusion von Standard-Filamenten auf Hochgeschwindigkeitsgeräten nicht die erwarteten Ergebnisse liefern. Deshalb sind Hochgeschwindigkeits-Filamente die beste Wahl für schnellen Druck. Diese Materialien sind sorgfältig entwickelt, um den Anforderungen einer schnellen und präzisen Material­extrusion gerecht zu werden und bestehen in der Regel aus fortschrittlichen Thermoplasten wie PLA, ABS, PETG oder speziellen Mischungen für schnellen Druck ohne Beeinträchtigung der strukturellen Integrität.

Hersteller entwickeln diese Filamente mit spezifischen Durchmesser­toleranzen und gleichbleibender Rundheit, um einen reibungslosen und zuverlässigen Materialfluss während der Hochgeschwindigkeits­extrusion zu gewährleisten. Darüber hinaus integrieren bestimmte Filamente Zusätze oder Verstärkungen, um Eigenschaften wie Festigkeit, Hitzebeständigkeit oder Flexibilität zu verbessern, die entscheidend sind für die Herstellung von langlebigen und funktionalen Prototypen oder Teilen in beschleunigtem Tempo. Die sorgfältige Auswahl der Filamente spielt eine entscheidende Rolle bei der Optimierung des Hochgeschwindigkeits-3D-Druckprozesses und bietet Fachleuten eine Vielzahl von Materialien für ihre spezifischen Anwendungs­anforderungen.

Stützfilamente für den Hochgeschwindigkeitsdruck

Die Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-Filamenten hat beeindruckende Fortschritte gemacht, um den Anforderungen schneller Extrusionen im 3D-Druck zu entsprechen. Dennoch besteht die Herausforderung im Mangel an kompatiblen Stützfilamenten, die in der Lage sind, diese gesteigerten Extrusions­geschwindigkeiten aufrechtzuerhalten. Der Unterschied in der Innovation zwischen Hochgeschwindigkeits-Filamenten und ihren unterstützenden Gegenstücken behindert die nahtlose Umsetzung von komp­lexen Designs und begrenzt das Potenzial von Hochgeschwindigkeitsgeräten und -filamenten, da weiterhin niedrige Druckgeschwindigkeiten erforderlich sind.

Die Behebung dieser Diskrepanz bleibt entscheidend, um einen ganzheitlichen Fortschritt im Hochgeschwindigkeits-FDM-3D-Druck sicherzustellen und fordert weitere Forschung und Entwicklung, um die Kluft zwischen schneller Filament­extrusion und angemessenen Fähigkeiten des Stützmaterials zu überbrücken. Genau dafür haben sich BASF Forward AM und Xioneer entschieden, ihre Bemühungen zu widmen.

BASF und Xioneer helfen, die Kluft zu überbrücken

BASF Forward AM, der führende Anbieter von 3D-Druckmaterialien, und Xioneer, ein wichtiger Lieferant für lösliche Stützmaterialien, haben zusammengearbeitet, um Hochgeschwindigkeits­druckfähigkeiten unter Verwendung ihrer Materialien auf Desktop-Druckern einzuführen. Unter Verwendung des Raise3D Pro3 Hyper FFFTM-Systems haben sie erfolgreich verschiedene Kombinationen von Modell- und Stützmaterial validiert. Die Verwendung von löslichen Stützen ist ein entscheidender Faktor, um Designflexibilität für Ihre Bauteile zu ermöglichen und die Produktion zu optimieren, indem der manuelle Arbeitsaufwand während der Nachbearbeitungsphase minimiert wird.

Bild 1: Ansaugkrümmer 3D-gedruckt mit VXL 90 löslichem Stützmaterial und Ultrafuse ABS Fusion+ Modellmaterial. Quelle: Xioneer.

Diese Validierungen bestätigten die Machbarkeit von Druckgeschwindigkeiten von bis zu 300 mm/s bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung eines Flusses von bis zu 30 mm³/s. Dieser Erfolg markiert einen signifikanten Fortschritt und zeigt eine Durchsatzleistung, die fünfmal größer ist als bei früheren 3D-Drucksystemen.

Tabelle 1: Die Kompatibilität der löslichen Stützmaterialien von Xioneer mit den Ultrafuse-Filamenten von BASF für den Hochgeschwindigkeits-FDM-3D-Druck. Quelle: BASF.

Kombinationen des Xioneer VXL Stützmaterials und des BASF Ultrafuse-Filaments, die für den Hochgeschwindigkeits­druck geeignet sind, sind mit "✓ HS" markiert. Materialien, die mit "✓" gekennzeichnet sind, sind für den Gebrauch bei normalen Extrusionsgeschwindigkeiten gültig. Inkompatible Kombinationen sind mit "✗" gekennzeichnet und Kombinationen, die noch zu validieren sind, sind mit "o" markiert.

Weitere Forschungen sind im Gange, um zusätzliche Materialkombinationen zu untersuchen, die für zukünftige Umsetzung vorgesehen sind. Insbesondere bleibt die Erreichung solch hoher Geschwindigkeiten, insbesondere an der Schnittstelle zwischen Modell- und Stützmaterialien, mit einem anderen Stützmaterial als VXL nach wie vor unerreichbar, hauptsächlich aufgrund von Haftungsproblemen bei erhöhten Geschwindigkeiten.