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    als nur 3D Druck?


    CAD Konstruktion

    in SolidWorks - erledigen wir auch.

FDM Dienstleister
Fused Deposition Modeling

auch bekannt als FFF (Fused Filament Fabrication)

Ein Endlosfaden des Kunststoffes ABS wird erhitzt und in sehr weicher Form Schicht für Schicht auf ein dreidimensional berechnetes Muster aufgebracht. Die einzelnen Schichten verschmelzen beim Auftragen zu einem gewissen Grad. Da die einzelnen Schichten des ABS sich beim Abkühlen verziehen würden, muss der Bauraum des 3d-Druckers auf etwa 80 Grad beheizt werden. Die endgültige Abkühlung und Verhärtung findet also mit einer gewissen Verzögerung statt. Auf diese Weise können mit den Profimaschinen größere Bauteile mit hoher Präzision erzeugt werden.

Wir drucken generell mit dem Kunststoff ABS-M30 in schwarz. Da das Material ABS sich gut verkleben lässt, ist die Größe der Bauteile nicht auf die Größe des Bauraums beschränkt.

Fortus_400mc

Wir verwenden die Fortus 400MC von der Firma Stratasys. Ihr Bauraum hat eine Größe von 406 x 355 x 406mm (Länge, Breite, Höhe = XYZ-Achsen). Die Schichtstärke auf der Höhenachse Z beträgt 0,254mm. Die so erzeugten Funktionsteile beziehungsweise Werkstücke sind auf der XY-Ebene sehr robust, jedoch auf der Z-Achse durch die Schichtenverbindung nicht sehr belastbar. Durch die relativ große Schichtstärke auf der Höhenachse kann bei Kreisverläufen im Aufbau eine optisch rau wirkende Oberfläche entstehen. Eine Nachbehandlung ist relativ aufwendig.

Die Maschine und das Material sind einfach zu handhaben, der gesamte Prozess erfordert nur eine kurze Vorlaufzeit. Dementsprechend schnell kann die das fertige Produkt beim Kunden ankommen. Die durchschnittliche Dauer von der Bestellung bis zur Lieferung beträgt zwei bis drei Tage.

Durch die einfache Handhabung und das relativ kostengünstige Material erreicht dieses Verfahren in der Einzelfertigung auch größerer Bauteile das beste Preis-Leistungsverhältnis, obwohl beim Aufbau komplexer Strukturen zusätzlich Stützmaterial benötigt wird.

Das Verfahren ist ausgezeichnet geeignet für

  • Montage- und Schweißschablonen
  • Einstelllehren
  • Versuchsteile und mechanische Funktionsmuster
  • Plastik-Verkleidungen zur ersten Anprobe
  • Schutzgehäuse für Industrieroboter
  • Fertigungshilfsvorrichtungen
  • Messvorrichtungen
  • Montagevorrichtungen

3D Druck Produkte aus der Fortus 400MC

FDM zusammengefasst

Vorteile

  1. Bestes Preis-Leistungsverhältnis bei großem Bauteilvolumen und Einzelfertigung
  2. Kurze Produktionsdauer: Kann binnen 2-3 Tage beim Kunden sein.
  3. Teile können sich zu größeren Elementen verkleben lassen
  4. Sehr robuste Funktionsteile
  5. Sehr stabil in der xy Ebene, auch für den Dauereinsatz geeignet

Nachteile

  1. Mechanisch relativ schwache Verbindung von Schicht zu Schicht (Z-Achse)
  2. Relativ grobe Auflösung bei Kreisverläufen in der Z Achse, in diesen Fällen optisch nicht ideal
  3. Oberflächenveredelung nur mit hohem Aufwand
  4. Je nach Konstruktion kann eine materialaufwändige Stützstruktur benötigt werden

FDM Verfahren – Einführung

FDM Druck mit ABS Faden

Hier erhalten Sie als Service von uns einige nähere Informationen zur Herstellung von Modellen oder Prototypen mit dem FDM Verfahren und den dabei verwendeten Materialien. Der Begriff Fused Deposition Modeling (FDM) lässt sich etwa mit „Verschmelzendes Ablage Modellieren“ übersetzen und wurde von seinem Erfinder F. Scott Crump bei Gründung der Firma Stratasys markenrechtlich geschützt. Dieses 3D Druck Verfahren aus den späten 80ern wurde jedoch zusammen mit der Firma Stratasys schnell erfolgreich. Also brauchte es einen weiteren Namen, damit die Konkurrenz ebenfalls eine Bezeichnung verwenden konnte. Die Mitbewerber ließen sich etwas einfallen. Die Fused Filament Fabrication (FFF), zu Deutsch etwa „Verschmelzende Heißfaden Fabrikation“ meint also so ziemlich dasselbe, sorgt bei den Kunden unserer FDM Druck Dienstleistung aber immer noch für Verwirrung. Die Methode bzw. das Verfahren ist aus heutiger Sicht ebenso einfach wie genial und hat sich durch seine einfache Handhabung vor allem auch bei den 3D Druck Heimwerkern durchgesetzt. Aber auch in der professionellen Fertigung gehört das FDM sicher zu den am häufigsten eingesetzten Techniken. Das liegt an drei wichtigen Vorteilen, die das FDM auszeichnet. Zum einen ist das Ausgangsmaterial günstig in der Herstellung und Anschaffung. Für Endverbraucher wird der Kubikzentimeter ABS für unter einem Euro angeboten, damit sind die Bauteile aus dem 3D Drucker trotz des benötigten Stützmaterials auch für Laien bzw. Nicht-Firmenkunden erschwinglich. Zum anderen sind die Materialien der ABS Reihe sehr stabil und beständig gegen Abnutzung. Trotz einer gewissen Schwäche der Verklebungs- bzw. Verschmelzungsstellen auf der Z Achse weisen die Bauteile aus diesen Materialien eine hohe Stabilität auf der X und Y Achse auf und lassen sich daher auch für den Einsatz in Maschinen oder Getrieben verwenden. Der dritte große Vorteil liegt in der schnellen Produktionsmöglichkeit. Für den 3D Drucker wird nur eine geringe Vorlauf- und Einrichtzeit benötigt, der Ablauf beim Drucken geht zügig voran, und so können Sie als Kunde Ihr fertiges Bauteil schon zwei bis drei Tage nach dem ersten Kontakt mit uns und der anschließenden Bestellung im Briefkasten finden.

Die Materialien für den FDM Druck

Wir verwenden für den Druck mit dem FDM Verfahren durchgängig das ABS-M30 in schwarz. Tatsächlich sind in den letzten Jahren viele thermoplastische Materialien erfolgreich für den Druck per Rapid Prototyping mit FFF oder FDM eingesetzt worden, davon die meisten reine Kunststoffe. Jeder Kunststoff weist im Drucker spezielle Eigenschaften und Besonderheiten auf, die ihn z.B. für besondere Ansprüche an die Prototypen prädestinieren. Letztendlich haben sich jedoch von den verschiedenen Materialien zwei Kunststoffe als marktbeherrschend für dieses Verfahren im 3D Druck durchgesetzt. Beide ähneln sich in ihren Eigenschaften, dennoch hat sich das ABS bei 3D Druck24 eindeutig gegen das PLA durchgesetzt. Polyactid ist ein biologisch abbaubarer Kunststoff aus der Polyester Gruppe, der aus Rohstoffen wie Maisstärke oder Zuckerrohr hergestellt wird. PLA besteht praktisch aus vielen aneinandergereihten Monomeren der Milchsäure. Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) dagegen setzt sich aus den drei namensgebenden Monomeren zusammen und gehört damit zu den Terpolymeren. Bereits 1946 entwickelt, liegen gute Erfahrungswerte mit diesen Materialien vor. Trotz seiner Bioverträglichkeit als wichtigem Argument haben wir uns gegen das PLA für unseren Druckservice entschieden. Das ABS M-30 überzeugt beim Druck gegenüber dem PLA mit folgenden Vorteilen.

  • ABS ist für den Druck in Herstellung, Einkauf und Verarbeitung deutlich kostengünstiger. Das ist ein klarer Service-Vorteil für unsere Kunden.
  • Von den Materialien her ist das PLA im Verhältnis zu ABS nach dem Drucken spröder und anfälliger für Witterungsfaktoren. Unter normalen atmosphärischen Einflüssen besteht nach einiger Zeit Bruchgefahr für die Modelle bzw. Prototypen.
  • ABS verfügt über eine elastischere und glattere Oberfläche. Damit ist es leichter verklebbar und nach dem Druck einfacher nachzubearbeiten. Dagegen reagiert das PLA wesentlich empfindlicher, wenn man die spröde Oberfläche durch Fräsen, Bohren oder Beschichten veredeln möchte.
  • ABS braucht im Drucker eine höhere Verarbeitungstemperatur als PLA. Die Erweichungstemperatur liegt beim Druck bei etwa 120 Grad im Verhältnis zu den 80 Grad für PLA. Auch muss der Bauraum-Boden als Heizbett im Drucker auf etwa 125 Grad vorgeheizt werden. Für die Düse liegt die Temperatur mit etwa 230 Grad auch um etwa 30-40 Grad höher als für das PLA. Jedoch stellen diese Faktoren nur den Laien daheim vor Probleme. Im professionellen Einsatz der fertigen Prototypen oder Modelle zählt letztendlich die sehr viel höhere thermische Belastbarkeit des ABS als entscheidendes Argument.
  • Im Herstellungsprozess reagiert das ABS im Drucker empfindlich auf unterschiedliche Temperaturen in der Abkühlung der Schichten und reagiert dann gerne mit dem sogenannten WARP-Effekt. Dabei krümmen sich die Formteile oder blähen sich auf, weil einzelne Schichten im Druck mit unterschiedlicher Dauer zusammenschmelzen. Dieser Faktor spielt jedoch beim Einsatz professioneller Maschinen wie unserer Fortus 400 von Stratasys keine Rolle.

ABS besticht also durch höchste Schlagfestigkeit und wird daher auch für ein sehr populäres Spielzeug benutzt. Sie alle wissen wie nahezu „unkaputtbar“ die großen Ausführungen der bekannten Legosteine sind. Genau wie die Legosteine sind auch die verschiedenen ABS Variationen in den unterschiedlichsten Farben wie Weiß, Rot, Blau, Gelb usw. lieferbar. Jedoch stellen diese Varianten einige besondere Ansprüche in Verarbeitung und Druck und sind nicht so kostengünstig wie das ABS-30M in schwarz. Für Prototypen oder Modelle in größeren Bauserien und speziellen Farbwünschen empfehlen wir unseren Kunden eine nachträgliche Färbung im Farbbad.

Das FDM Verfahren bei uns im Druckservice

Nach Eingang oder Konstruktion Ihrer 3D CAD Daten durch uns erhält die Stratasys Fortus 400 MC Large alle nötigen CAD Informationen, der Bauraum wird auf etwa 80 Grad aufgeheizt und das Gerät mit dem aufgerollten ABS-Faden bestückt. Das ABS wird auf etwa 130 Grad erhitzt und durch die auf 230 Grad erhitzte Düse extrudiert, also langsam herausgepresst. Dabei wird zuerst ein punktartiges Raster auf der Oberfläche des Heizbetts in der Grundrissform des Modells angelegt. Im nächsten Durchlauf werden diese Punkte durch eine neue Schicht verbunden, verschmolzen und durch eine kurze Abkühlungsphase leicht stabilisiert und verhärtet. Schicht um Schicht wächst so das Modell langsam in die Höhe. Dabei kann das Modell einen Hohlkörper oder einen Vollkörper bilden. Die Schichtstärke beträgt jeweils etwa 0,25mm, die Wandstärke liegt bei etwa 1mm. Details können mit einer Genauigkeit von etwa 0,5mm abgebildet werden. Wenn das Modell Kurvenverläufe auf der Z-Achse aufweist, also in der Höhe gesehen, können diese Kurvenverläufe durch die schichtweise Auftragung jedoch nicht ideal nachgebaut werden. Jede Schicht muss ja um einige Millimeter-Bruchteile versetzt aufgetragen werden, um den Kurvenverlauf nachzubilden. Diese kleinen Verlaufsunterbrechungen bilden einen optischen Nachteil, der auch in einer Nachbearbeitung nur relativ aufwändig abgemildert werden kann. Für höchste optische Ansprüche werden wir dann in unserem Druckservice möglicherweise ein anderes Verfahren wie das SLS Lasersintern oder den Druck im Polyjet empfehlen.

Je nach Formgebung enthalten die Modelle auch überhängende Teile bzw. bilden sich während des Prozesses überhängende Teile, die erst nach Fertigstellung wieder einen stabilen Verbund mit dem Hauptkörper haben. Rein durch die Schwerkraft würden diese Teilkörper während der Schichtgebung und des Abkühlungsprozesses im Drucker nach unten gezogen werden, also absacken. Um diesen Effekt zu vermeiden, enthält die Konstruktion der Daten mit der Software von Vornherein her stützende Bestandteile, die während des Druckvorgangs mit aufgeschichtet werden. Jedoch besteht ihre Verklebung bzw. Verschmelzung mit dem Hauptkörper jeweils nur aus einigen Klebepunkten, so dass das Stützmaterial nach der Fertigstellung des Modells leicht entfernt werden kann.

Unser Service als FDM Druck Dienstleister

Nach dieser Einführung nehmen wir an, dass Ihnen das FDM Verfahren mit ABS Faden in unserem Druckservice jetzt eigentlich gut geläufig sein sollte. Dennoch reicht das natürlich noch nicht aus, um sich gleich beim ersten Kontakt wirklich für dieses Verfahren zu entscheiden, wenn Sie und Ihr Unternehmen noch keine umfassenden Erfahrungen mit dem 3D Druck haben. Bei der 3D Druck24 GmbH sehen wir es als unsere wichtigste Aufgabe und unseren besten Service an, Sie als Kunden wirklich zufrieden zu stellen – denn nur dann werden Sie und wir zu langfristigen Partnern. Daher zögern Sie bitte nicht, jederzeit Kontakt zu uns aufzunehmen, wenn wir Sie zu irgendeiner Frage informieren können. Dazu gehört beim ersten Kontakt mit uns als Service auf jeden Fall die Auswahl des für Sie besten Verfahrens. Wir wägen zusammen mit Ihnen genauestens die verschiedenen Faktoren ab, die letztendlich zur besten Entscheidung für Sie führen. Wir werden also mit Ihnen die folgenden Fragen klären.

  • Welche Aufgaben soll das Modell in Ihrem Unternehmen erfüllen, welchen Belastungen wird es ausgesetzt?
  • Welche Eigenschaften muss Ihr Modell oder Ihr Prototyp in Fragen der Festigkeit, Stabilität und der Temperaturbeständigkeit aufweisen?
  • Welche optischen Ansprüche sollten auf jeden Fall erfüllt werden?
  • Bevorzugen Sie eine bestimmt Farbgebung, muss die Oberfläche bestimmte Eigenschaften aufweisen? Welche sind das?
  • In welcher Stückzahl benötigen Sie das Bauteil?
  • In welchem Zeitraum soll Ihre Bestellung abgewickelt worden sein?
  • Liegen Ihnen die CAD Daten bereits vor? Welche Software haben Sie verwendet?
    (Zu unserem Service gehört auch die Konstruktion Ihres Modell in CAD)

Mit der Klärung dieser Fragen werden wir gemeinsam die für Sie und Ihr Unternehmen günstigste Entscheidung treffen. Wir freuen uns auf den Kontakt mit Ihnen und wünschen Ihnen viel Erfolg mit Ihrem 3D-Projekt und unserem Service.

3D Druck24 – Ihr Dienstleister für Rapid Prototyping mit dem besten Service.