Alle Kunststoffe, die bei hohen Temperaturen extrudiert werden, unterliegen beim Abkühlen einer Schrumpfung, die zwischen 0,3 % und 4 % liegen kann. Diese Schrumpfung kann zu Verformungen führen, wenn die Abkühlung nicht gleichmäßig erfolgt, was zu Problemen wie Verzug, Delaminierung von Schichten oder Maßveränderungen des Teils führen kann.

Tabelle 1. Prozentuale Schrumpfung verschiedener Kunststoffe, die beim FFF-3D-Druck verwendet werden. Quelle: SpecialChem.com

Um dieses Problem zu vermeiden, sollte die Temperatur um das Teil herum idealerweise während des gesamten Druckvorgangs leicht unter der Glasübergangstemperatur (Tg) des Materials liegen und nach dem Druck langsam auf Raumtemperatur gesenkt werden.

Tabelle 2: Tg und Drucktemperatur der verschiedenen Filamente. Quelle: Filament2print

Bei Materialien mit geringer Schrumpfung (weniger als 0,5 %) muss die Umgebung des Teils nicht erwärmt werden, da die Schrumpfungseffekte praktisch vernachlässigbar sind, so dass sie auf offenen 3D-Druckern problemlos gedruckt werden können, auch große Teile. Bei diesen Materialien handelt es sich hauptsächlich um PLA und die meisten PETg-Filamente (jedoch nicht um andere Copolyester wie PET oder CPE) sowie deren Derivate.

Es ist möglich, Materialien mit höherem Schrumpfungsprozentsatz auf offenen Druckern zu drucken, allerdings ist diese Möglichkeit auf kleine Teile beschränkt, so dass es bei dieser Art von Materialien ratsam ist, geschlossene Drucker oder Drucker mit einer aktiven Heizkammer zu verwenden.

Bild 1: Ein offener 3D-Drucker. Quelle: Prusa3D

Offene Drucker werden hauptsächlich für den Druck von PLA, PETg und flexiblen Filamenten empfohlen.

Geschlossene Drucker/Drucker mit einer passiv beheizten Kammer

Geschlossene Drucker sind solche, deren Druckbereich vollständig umschlossen ist. Einige Hersteller verwenden den Begriff passive Heizkammer, da sie dazu neigen, die von der Druckplattform erzeugte Wärme zu speichern.

Die Innentemperatur, die diese Drucker erreichen können, ist von Drucker zu Drucker sehr unterschiedlich und hängt von ihrem Material, ihrem Volumen, der Temperatur der Druckplattform, der Qualität der Isolierung und der Temperatur des Raums ab, in dem sie aufgestellt sind. Im Allgemeinen sind die besten Drucker in der Lage, Temperaturen zwischen 45°C und 65°C zu erzeugen.

Diese Temperaturen sind zwar nicht sehr hoch, liegen aber nahe an der Tg von Materialien wie Nylon, ABS oder ASA, wodurch sie leichter zu drucken sind und die Herstellung größerer Teile ermöglichen. Obwohl diese Druckertypen den Druck dieser Materialien erheblich verbessern, können sie bei großen Teilen versagen. Diese Drucker werden für den Druck kleiner bis mittelgroßer Teile aus PETg, ABS, ASA, Nylon oder HIPS empfohlen.

Bild 2: Ein 3D-Drucker mit einer passiv beheizten Kammer. Quelle: Raise3D

Im Allgemeinen ist es nicht ratsam, PLA in dieser Art von Druckern zu verwenden, wenn sie vollständig geschlossen sind, da die erzeugte Wärme den Tg-Wert des Filaments überschreiten kann, wodurch es im Hotend weich wird und einen Stau verursacht.

Geschlossene Drucker mit einer aktiven Heizkammer

Diese 3D-Drucker sind in der Lage, die Temperatur im Inneren der Kammer zu steuern. Sie sind in der Regel komplexer und kosten mehr als die vorherigen. Sie verfügen auch über Hochtemperatur-Hotends (400 ºC - 500 ºC) und Flüssigkeitskühlsysteme.

Es gibt zwei Arten: Hochtemperatur- und Niedertemperaturkammern.

Niedertemperatur-Wärmekammer

Aktive Niedertemperatur-Heizkammerdrucker Aktive Niedertemperatur-Heizkammerdrucker ermöglichen in der Regel kontrollierte Höchsttemperaturen zwischen 80 ºC und 120 ºC. Diese Drucker sind für die Herstellung von hochwertigen, großen ASA-, ABS-, Nylon- oder PC-Teilen ausgelegt.

Bild 3: Ein 3D-Drucker mit einer Niedrigtemperatur-Heizkammer. Quelle: 3ntr

Obwohl diese Art von 3D-Druckern manchmal als kompatibel mit PEEK angepriesen wird, sind sie in der Regel nicht mit allen PEEK-Typen kompatibel, sondern nur mit einigen Niedertemperatur-PEKK, und immer auf kleine Teile beschränkt.

Diese Arten von 3D-Druckern sind ideal für die Herstellung von ABS-, ASA-, Nylon- und PC-Teilen, die eine gute Dimensionsstabilität und geringe Verformungen erfordern, was sie zur besten Option für die Herstellung technischer Teile oder funktioneller Komponenten aus diesen Materialien macht.

Beheizte Hochtemperaturkammer

Sie ermöglichen im Allgemeinen die Steuerung von Temperaturen im Bereich von 160 ºC - 180 ºC. Diese Drucker sind speziell für die Herstellung von Teilen aus PEEK, PEKK und PEI ausgelegt, so dass die Verwendung anderer Materialien nicht üblich ist. Diese Geräte sind teuer und erfordern spezialisiertes und geschultes Personal für ihre Verwendung.

Bild 4: Ein 3D-Drucker mit einer beheizten Hochtemperaturkammer. Quelle: Dynamical3D

Bei der Auswahl eines Druckertyps ist es sehr wichtig, im Voraus zu bestimmen, welche Art von Teilen und Materialien verwendet werden sollen.

In diesem Leitfaden werden die Konzepte in allgemeiner Form erörtert und es wird nicht auf eine bestimmte Marke oder ein bestimmtes Modell eingegangen, auch wenn diese an einigen Stellen erwähnt werden. Die Kalibrierungs- und Einstellverfahren der verschiedenen Marken und Modelle können sich erheblich voneinander unterscheiden. Es wird daher empfohlen, vor der Lektüre dieses Leitfadens das Handbuch des Herstellers zu konsultieren.