Fused Deposition Modeling (FDM)

Was ist Fused Deposition Modeling (FDM)?

Fused Deposition Modeling (FDM) ist ein weit verbreitetes additives Fertigungsverfahren, das zur Erstellung von dreidimensionalen Objekten verwendet wird. Auch bekannt als Schmelzschichtung oder Fused Filament Fabrication (FFF), nutzt FDM geschmolzenes thermoplastisches Material, um schichtweise Bauteile aufzubauen. Dieses Verfahren ermöglicht die schnelle und präzise Herstellung von Prototypen, Modellen und funktionalen Bauteilen.

Exkurs: Was sind additive Fertigungsverfahren?

Additive Fertigungsverfahren, auch als 3D-Druck bekannt, sind Herstellungstechniken, bei denen dreidimensionale Objekte schichtweise aufgebaut werden, indem Materialien schrittweise aufgetragen oder ausgehärtet werden. Diese Verfahren ermöglichen die direkte Erstellung von komplexen Formen aus digitalen 3D-Modellen, ohne die Notwendigkeit von Formen oder Werkzeugen. Additive Fertigung findet in verschiedenen Branchen Anwendung, von der Produktentwicklung bis zur Medizin, indem es schnelle Prototypen, funktionale Bauteile und komplexe Strukturen ermöglicht.

FDM-Verfahrensweise

1. Vorbereitung des Modells: Ein digitales 3D-Modell wird in eine spezielle Software geladen, die das Modell in Schichten aufteilt und Steuerbefehle für den Drucker generiert.
2. Materialvorbereitung: Thermoplastisches Filamentmaterial wird auf Spulen geliefert. Das Material kann verschiedene Kunststoffe wie ABS, PLA oder PETG sein. Das Filament wird in den Drucker eingesetzt und auf die erforderliche Temperatur erhitzt, um es zu schmelzen.
3. Druckprozess: Der 3D-Drucker extrudiert das geschmolzene Filament durch eine Düse auf das Druckbett. Die geschmolzene Schicht erstarrt schnell und haftet auf der vorherigen Schicht.
4. Schicht für Schicht: Der Drucker bewegt die Düse entsprechend den Anweisungen der Software, um jede Schicht des Modells nacheinander zu erstellen. Dieser Schicht-für-Schicht-Prozess setzt sich fort, bis das vollständige Modell hergestellt ist.
5. Aushärtung und Abkühlung: Nach dem Druck härtet das geschmolzene Material aus und kühlt ab. Das Modell wird stabil und kann aus dem Drucker entfernt werden.

Eigenschaften und Anwendungen

• Vielseitigkeit: FDM kann eine breite Palette von thermoplastischen Materialien verwenden, was zu verschiedenen mechanischen und ästhetischen Eigenschaften führt. Dies ermöglicht die Anpassung an spezifische Anforderungen.
• Prototyping: FDM wird häufig für die schnelle Erstellung von Prototypen und Konzeptmodellen verwendet, um Designkonzepte zu überprüfen und zu verfeinern.
• Fertigung funktionaler Bauteile: Neben Prototypen können FDM-Drucker auch funktionsfähige Teile wie Gehäuse, Halterungen und Werkzeuge herstellen.
• Bildung: FDM wird in Bildungseinrichtungen eingesetzt, um Schüler und Studenten mit 3D-Drucktechnologien vertraut zu machen.
• Rapid Tooling: FDM kann zur Herstellung von Vorrichtungen, Formen und Werkzeugen verwendet werden, die in der Produktion von Serienbauteilen benötigt werden.
• Konzeptüberprüfung: Unternehmen nutzen FDM, um Konzepte schnell zu validieren, bevor teurere Produktionsverfahren eingesetzt werden.

Fused Deposition Modeling (FDM) ist ein leistungsstarkes und zugängliches 3D-Druckverfahren, das in verschiedenen Branchen für schnelle Prototypenerstellung, Produktentwicklung und Fertigung funktionaler Bauteile eingesetzt wird.

Wie genau sind FDM-Drucker?

Die Genauigkeit von FDM 3D-Druckern kann je nach Modell, Hersteller und Einstellungen variieren. Hier sind einige Faktoren, die die Genauigkeit von FDM-Druckern beeinflussen:

Schichtdicke (Layer Height): Die Schichtdicke, mit der der Drucker arbeitet, beeinflusst die vertikale Auflösung des gedruckten Objekts. Je dünner die Schichten, desto glatter und genauer wird die Oberfläche sein, jedoch auf Kosten einer längeren Druckzeit.

Düsendurchmesser: Die Größe der Düse, durch die das geschmolzene Filament extrudiert wird, beeinflusst die Präzision. Kleinere Düsendurchmesser ermöglichen detailreichere Drucke, erfordern jedoch möglicherweise längere Druckzeiten.

Positionierungsgenauigkeit: Die Genauigkeit, mit der der Drucker die Düse in den drei Dimensionen bewegen kann, ist ein entscheidender Faktor. Präzise Positionierung ermöglicht genaue Drucke.

Mechanische Stabilität: Ein solides Rahmen- und Antriebssystem trägt zur Minimierung von Vibrationen und Verformungen während des Druckprozesses bei, was wiederum die Genauigkeit verbessert.

Druckbettnivellierung: Ein korrekt ausgerichtetes Druckbett ist wichtig, um sicherzustellen, dass die erste Schicht des Drucks gleichmäßig aufgetragen wird. Unebenheiten können zu Verzugsproblemen führen.

Materialqualität: Die Qualität des verwendeten Filaments kann ebenfalls die Genauigkeit beeinflussen. Hochwertiges Filament mit konsistenter Dicke und Materialeigenschaften führt zu besseren Ergebnissen.

Kalibrierung: Regelmäßige Kalibrierung des Druckers, der Schrittmotoren und der Einstellungen ist wichtig, um die Genauigkeit aufrechtzuerhalten.

Es ist wichtig zu beachten, dass FDM-Drucker im Vergleich zu anderen professionellen 3D-Druckverfahren wie Stereolithografie (SLA) oder Selektivem Lasersintern (SLS) möglicherweise eine etwas geringere Genauigkeit aufweisen können. Dennoch haben moderne FDM-Drucker in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht und sind in der Lage, präzise und akzeptable Ergebnisse für eine Vielzahl von Anwendungen zu liefern. Wenn höchste Genauigkeit erforderlich ist, sollten Sie die Druckereinstellungen sorgfältig auswählen, qualitativ hochwertiges Filament verwenden und den Druckprozess überwachen, um sicherzustellen, dass die gewünschte Genauigkeit erreicht wird.