Während des Druckvorgangs drückt der Extruder das Filament in das Hotend, wo es geschmolzen und durch die Düsenöffnung extrudiert wird. Während dieses Vorgangs wird im Inneren der Düse ein Druck erzeugt, der den Kunststoff durch die Düse nach außen drückt.

Sobald der Extruder jedoch aufhört, das Filament zu ziehen, wird der Druck in der Düse aufrechterhalten, so dass weiterhin eine kleine Menge geschmolzenen Kunststoffs ausfließt, bis der Druck innerhalb und außerhalb der Düse ausgeglichen ist.

Dieses Phänomen führt dazu, dass bei Verdrängungsbewegungen, bei denen kein Material extrudiert werden sollte, weiterhin eine kleine Menge an Material austritt. Dadurch entstehen kleine Tröpfchen und feine Fäden auf der Oberfläche des Werkstücks.

Bild 1: Auswirkung einer schlechten Schrumpfungskonfiguration (links) und einer richtigen (rechts) Quelle: Filament2print

Um dies zu vermeiden, verwenden FFF-3D-Drucker einen Mechanismus, der als Retraktion bekannt ist. Bevor der Extruder eine Verdrängungsbewegung ausführt, zieht er eine kleine Menge Filament zurück, wodurch der Druck in der Düse abgebaut wird. Wenn die Verdrängungsbewegung endet und eine Extrusionsbewegung beginnt, drückt der Extruder eine weitere kleine Menge Filament, bis die Düse gefüllt ist und der Druck in der Düse wiederhergestellt ist.

Um die Druckqualität maximal zu optimieren, ist es sehr wichtig, die Rückzugsparameter für jedes Material einzustellen.

Parameter der Schrumpfung

Die grundlegenden Schrumpfungsparameter sind:

• Rückzugsentfernung: Dies ist die Länge des Filaments, das der Extruder zurückzieht. Sein Wert hängt neben der Art des Materials von der Länge zwischen dem Extruder und dem Hotend ab. Bei Direktextrudern liegt der Wert im Bereich von 0,4 mm bis 1,2 mm, während er bei Bowdensystemen zwischen 2 mm und 10 mm liegt. Als Faustregel für die Berechnung eines Anfangswerts für den Schrumpfungsabstand in einem Bowdensystem kann man 1 % der Länge des Bowdenrohrs verwenden. Für ein Bowdensystem mit einem 40 cm langen Rohr wird beispielsweise ein Schrumpfungsabstand von 4 mm angesetzt. Es ist wichtig, die technischen Daten des Gerätes zu konsultieren, da viele Hersteller einen maximalen Rückzugsabstand für ihr Gerät angeben. Ein Überschreiten dieses Wertes führt höchstwahrscheinlich zu einer Verstopfung.

• Rückzugsgeschwindigkeit: Dies ist die Geschwindigkeit, mit der der Extrudermotor das Filament zurückzieht. Sehr niedrige Geschwindigkeiten verhindern keine Tröpfchen auf der Oberfläche des Werkstücks, während sehr hohe Geschwindigkeiten Bisse im Filament verursachen können. Der Wert dieser Geschwindigkeit liegt im Allgemeinen zwischen 25 mm/s und 45 mm/s, wobei 30 mm/s bei direkten Systemen und 40 mm/s bei Bowdensystemen der üblichste Wert ist.
• Entfernung des Abzugs: Dies ist die Menge an Filament, die der Extruder nach dem Zurückziehen des Filaments extrudiert. In der Regel wird derselbe Wert wie der Fadeneinzugsabstand verwendet. Manchmal kann es notwendig sein, einen anderen Wert zu verwenden, insbesondere bei Bowdensystemen. Wird nach dem Zurückziehen ein kleiner Tropfen auf der Oberfläche des Teils festgestellt, sollte dieser Wert verringert werden, während bei einem kleinen Spalt der Wert erhöht werden muss. Im Allgemeinen sollte sie um etwa 5-10 % erhöht oder verringert werden. Manche Software verwendet den Begriff Rückstelldistanz, wobei dieser Wert die Zunahme oder Abnahme des Schrumpfungswertes darstellt. Ein Rückstellabstand von 0 würde beispielsweise den gleichen Rückstell- und Schrumpfungsabstand verwenden, während ein Wert von -0,2 den Schrumpfungsabstand minus 0,2 mm als Schrumpfungsabstand annehmen würde.
• Rückzugsgeschwindigkeit: Dies ist die Geschwindigkeit, mit der das Filament während der Bewegung extrudiert wird. Im Allgemeinen wird sie den gleichen Wert wie die Einfahrgeschwindigkeit oder einen etwas niedrigeren Wert annehmen.

Bild 2: Schnitt durch die Schwindungskonfiguration in verschiedenen Laminierprogrammen. Quelle: Filament2print

Neben diesen grundlegenden Parametern gibt es noch weitere, die die Qualität des Werks beeinflussen:

• Mindestabstand nach dem Einfahren: Dies ist die Mindestverschiebungsstrecke, vor der ein Rückzug durchgeführt wird. Dadurch werden unnötige Rückzüge vermieden, wenn der Versatz sehr klein ist.
• Lift, Z-Lift oder Z-Hop: Wenn ein anderer Wert als 0 eingestellt wird, hebt das Hotend die angegebene Strecke an, während es den Rückzug durchführt, und senkt sich dann nach dem Offset wieder ab. Diese Funktion hilft, Abdrücke auf der Oberfläche des Werkstücks zu vermeiden und verhindert das Auftreten von Fäden. Ein Wert zwischen 100% und 200% der Schichthöhe ist in der Regel ausreichend.
• Reinigen beim Einfahren, Einfahren, Düsenreinigung: Führt eine kleine Bewegung des Heizelements beim Einfahren aus, um die Düse zu reinigen und die Naht zu verbergen. In einigen Programmen ist dies ein aktivierbares Kontrollkästchen, in anderen kann der Wert eingestellt werden.

Nicht jede Software enthält alle diese Parameter, und einige dieser Parameter können sich von einer Software zur anderen unterschiedlich verhalten. Bevor Sie die Werte der Rückzugsparameter ändern, sollten Sie das Handbuch der Software konsultieren, um zu verstehen, wie sich die einzelnen Parameter verhalten.

Kalibrierung der Schrumpfungsparameter

Da es mehrere Parameter gibt, ist es schwierig, auf einfache Weise eine geeignete Kombination zu finden. Dazu ist es notwendig, mehrere Tests in mehreren Stufen durchzuführen, bis die richtigen Werte erreicht sind. Die Schrumpfungsparameter müssen für jedes Material unabhängig voneinander eingestellt werden. Dazu müssen wir zuvor die geeignete Drucktemperatur für jedes Material und den idealen Extrusionsfluss bestimmen.

Zunächst müssen der richtige Rückzugsweg und die richtige Rückzugsgeschwindigkeit ermittelt werden, so dass die übrigen Parameter deaktiviert oder auf den voreingestellten Werten belassen werden müssen.

Die optimalen Werte für die Rückzugsgeschwindigkeit und den Rückzugsabstand sind die niedrigsten Werte, die das Auftreten von Fäden während der Verschiebebewegungen vermeiden. Zur Ermittlung dieser Werte sind die folgenden Schritte zu unternehmen:

• Es sollte eine niedrige Rückzugsgeschwindigkeit eingestellt werden, vorzugsweise 25 mm/s.
• Es ist ein Zwischenwert für den Schrumpfabstand festzulegen: 0,8 mm bei Direktextrudern, 0,75 % der Rohrlänge bei Bowdenextrudern.
• Anschließend wird ein Schrumpfungstest gedruckt. Es ist möglich, mehrere in bekannten Dateiablagen erstellte Dateien zu finden.
• Das Ergebnis wird überprüft:
• Wenn keine Fäden erscheinen, wird die Schrumpfstrecke um die Hälfte reduziert.
• Wenn Fäden auftreten, erhöhen Sie den Rückzugsabstand um 50 %.
• Wiederholen Sie den Vorgang so oft wie nötig, bis Sie ein zufriedenstellendes Ergebnis erhalten.

In jedem Fall sollten bei Direktextrudern Abstände von nicht mehr als 3 mm und bei Bowdensystemen von nicht mehr als 5 % der Rohrlänge eingehalten werden. Ist es nicht möglich, innerhalb dieses Bereichs ein akzeptables Ergebnis zu erzielen, sollte die Schrumpfrate um 5 mm/s erhöht und der Vorgang wiederholt werden. Es wird nicht empfohlen, Schrumpfgeschwindigkeiten von mehr als 40 mm/s zu verwenden. Wenn dann immer noch kein zufriedenstellendes Ergebnis erzielt wird, sollte die Kombination gewählt werden, die die besten Ergebnisse liefert.

Bei einigen Druckern und Filamenten ist es unter Umständen nicht möglich, die Fäden vollständig zu entfernen, auch nicht mit der besten Kombination aus Geschwindigkeit und Schrumpfstrecke. In diesen Fällen ist es ratsam, andere Funktionen wie "Z-Lift", "Reinigen beim Einfahren", "Einlaufen" oder "Düsenreinigung" zu aktivieren, die helfen, Fäden zu minimieren oder zu beseitigen.

Probleme im Zusammenhang mit der Fehlkonfiguration von Retraktionen

Die Folgen von zu hohen oder zu niedrigen Werten der Schwindungsparameter sind sehr unterschiedlich. Während zu niedrige Werte für die Rückzugsgeschwindigkeit und den Rückzugsabstand rein ästhetische Folgen haben (Auftreten von Fäden und Tröpfchen auf den Teilen), führt die Einstellung zu hoher Werte häufig zu Verstopfungen im Inneren der Wärmebremse. Denn wenn der Rückzug zu lang ist, erreicht die geschmolzene Spitze des Filaments die kalte Zone der Wärmeunterbrechung, dehnt sich aus und blockiert sie.

Wenn Sie nach der Einstellung des Rückzugs feststellen, dass es zu Staus kommt, insbesondere bei langen Ausdrucken, sollten Sie den Rückzugsabstand etwas verringern.