Fused Deposition Modeling (FDM) 3D-Druck: Technologie-Übersicht

Dieser Artikel fasst alles zusammen, was Sie über Fused Deposition Modeling wissen müssen: Wie das Verfahren funktioniert, welche Materialien kompatibel sind und welche Vor- und Nachteile das 3D-Druckverfahren mit sich bringt.

Fused Deposition Modeling (FDM) ist ein additives Fertigungsverfahren, das mittels Extrusion 3D-Drucke herstellt. Als Ausgangsmaterial dient ein Kunststoffdraht, sogenannte thermoplastische Filamente. Der geschmolzene Kunststoff wird Schicht für Schicht auf einem durch das CAD-Modell vorgegebenen Pfad aufgetragen (extrudiert), so wird nach und nach das gesamte Teil aufgebaut. FDM ist aufgrund seiner hohen Genauigkeit, niedrigen Fertigungskosten und einer großen Auswahl an unterschiedlichen Materialien eines der weitverbreitetsten 3D-Druckverfahren der Welt.

Wie funktioniert Fused Deposition Modeling (FDM)?

Bei FDM besteht das Ausgangsmaterial aus thermoplastischen Filamenten, die während des Fertigungsprozesses zuerst verflüssigt und anschließend wieder in der gewünschten und durch das CAD-Modell festgelegten Form verfestigt wird.

Ein typischer FDM-Drucker besitzt zwei verschiedene Spulen: Eine für das Druckmaterial und eine weitere für das Stützmaterial. Der FDM 3D-Druckvorgang lässt sich grob in drei Schritte unterteilen:

FDM icon animation
  • Schritt 1 – Nach Eingabe der CAD-Daten wird der zuvor eingerichtete Kunststoffdraht durch Erhitzen in der beheizbaren Düse verflüssigt.
  • Schritt 2 – Dieser geschmolzene Kunststoff wird als Schicht durch die Extruderdüse, die sich auf einem durch das CAD-Modell festgelegten Pfad bewegt, auf die Schaumstoff-Platte aufgebracht. Dieser Vorgang des Aufbringens von flüssigen/halbflüssigen Materialschichten auf die jeweils vorangegangene Schicht wird wiederholt. Falls das Modell Überhänge oder andere Strukturen enthält, die sich möglicherweise wölben oder verbiegen können, werden häufig Stützstrukturen verwendet. Das Material der Stützstrukturen kann je nach Wahl aus dem gleichen oder aus einem anderen Material bestehen.
  • Schritt 3 – Gegebenenfalls eingesetzte Stützstrukturen werden nach dem Druck entfernt.

Materialien für den FDM 3D-Druck

Zu den gängigsten Hart Kunststoffen, die Xometry für FDM anbietet, gehören: ABS, ABS ESD7, ABS M30, ASA, Nylon PA12, Nylon PA12 CF, Kohlefaserverstärktes Polyamid 12, PC-ABS Polycarbonat, PC-ISO Polycarbonat, PC-ähnlicher hitzebeständiger Kunststoff, PC-Polycarbonat, PLA, PETG, PEEK, ULTEM 1010, und ULTEM 9085.

ASA, ein amorpher Thermoplast mit verbesserter Witterungsbeständigkeit, wird aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften häufig in der Prototypenentwicklung eingesetzt. Außerdem ist er in vielen verschiedenen Farben verfügbar.

FDM PETG Wie gedruckt

FDM ASA Black Wie gedruckt

FDM PLA Wie gedruckt

Vorteile des FDM 3D-Druckverfahrens

Im Folgenden werden die wichtigsten Faktoren besprochen, die FDM zu einem der beliebtesten 3D-Druckverfahren machen.

Kosten-Nutzen-Faktor

FDM gilt als eines der günstigsten Fertigungsverfahren für den 3D-Druck. Vor allem bei kleinen Stückzahlen, von Einzelanfertigungen bis hin zu kleinen Batches, ist FDM im Vergleich mit teureren Alternativen wie SLA oder SLS die perfekte Wahl. Außerdem ist das Ausgangsmaterial günstiger und leicht erhältlich. Daher ist die Prototypenentwicklung mit mehreren Iterationen und Anpassungen mit FDM günstiger als mit anderen Fertigungsverfahren.

Da FDM-Teile direkt in Farbe und mit einem guten Oberflächenfinish gefertigt werden können, entfallen aufwändige Nachbearbeitungsschritte wie Färben und Behandeln der Oberfläche sowie die damit verbundenen Kosten.

Kurze Bearbeitungsdauer

Hinsichtlich der Druckgeschwindigkeit ist FDM schneller als viele andere Fertigungsverfahren. Da die Kunststofffilamente leicht erhältlich sind, kommt es bei großen Batches ebenfalls nicht zu Zeitproblemen. Xometry liefert FDM-Teile innerhalb von nur 3 Werktagen.

Vollfarbige Drucke möglich

Heute stehen mehr als 40 verschiedene Farben für FDM-Drucker zur Auswahl und fast täglich kommen neue Farbtöne dazu. Die Farbe des gefertigten Teils entspricht genau der Farbe des eingesetzten Filaments. Falls die gewünschte Farbe nicht erreicht wurde, können auch Nachbearbeitungsschritte wie Färben oder Lackieren eingesetzt werden.

Weniger Materialverschwendung 

Da FDM-Drucker Teile durch Schmelzen und anschließendes Verfestigen der Kunststoff-Filamente herstellen, gibt es im Gegensatz zu MJF oder SLS, die Materialien in Pulverform verwenden, keine Chance zur Materialverschwendung. Außerdem besteht die Möglichkeit auf Stützstrukturen zu verzichten, wenn das Modell entsprechend optimiert wird.

Große Auswahl an unterschiedlichen Materialien

Es stehen mehr als 10 verschiedene Kunststoffarten als Filament für FDM zur Verfügung. Von Materialien geringer Festigkeit bis hin zu hochfesten Materialien (PP, TPU, Nylon PA, ABS, PETG, PLA, PC in absteigender Reihenfolge nach Zugfestigkeit) steht eine lange Liste unterschiedlicher Materialien für den FDM-Druck zur Auswahl. Die Auswahl des Materials liegt je nach Bedarf im Ermessen des Herstellers. Die gute Verfügbarkeit der Materialien stellt einen weiteren wichtigen Vorteil dar. Da die Materialien sehr häufig eingesetzt werden, sind sie leicht erhältlich und das zu einem niedrigen Preis.

Nachteile des FDM 3D-Drucks

Neben den vielen Vorteilen, die FDM als 3D-Druckverfahren bietet, hat es auch ein paar typische Nachteile, die beachtet werden sollten. 

Rillen auf den Oberflächen

Die mit FDM gedruckten Teile besitzen im Gegensatz zu mit SLA oder Carbon DLS aus Kunstharz gefertigten Teilen keine glatte Oberfläche. Da bei FDM geschmolzener Kunststoff Schicht für Schicht aufgetragen wird, entsteht hierbei an der Oberfläche eine sichtbare Stufenstruktur. In der nebenstehenden Abbildung sind die typische Rillenstruktur und die damit verbundene raue Oberfläche deutlich sichtbar. Außerdem führt der zugrundeliegende Adhäsionsmechanismus, der benachbarte Schichten zusammenhält, zu anisotropen Eigenschaften. Weitere Nachbearbeitungsschritte und damit verbundene Kosten sind notwendig, um eine glatte Oberfläche zu erhalten.

FDM PLA Closeup

Kleine Details verschwimmen

Aufgrund der Eigenschaften des geschmolzenen Kunststoffs verschwimmen feine Merkmale und kleine Details. Unter den 3D-Druckverfahren besitzt Fused Deposition Modeling die geringste Maßgenauigkeit und die niedrigste Auflösung. Daher eignet es sich nicht zur Fertigung komplizierter Details. FDM ist jedoch eine ausgezeichnete Wahl für die Prototypenentwicklung, wenn kleine Details nicht so wichtig sind. Falls Detailgenauigkeit und Maßhaltigkeit für Ihren Zweck entscheidend sind, sollten Sie auf FDM verzichten.

Xometry FDM 3D-Druck-Service

Xometry Europe bietet Fused Deposition Modeling Service online und On-Demand für 3D-Druckprojekte an, sowohl für Prototypen als auch für Serienteile. Mit einem Netzwerk aus mehr als 2.000 Partnern in ganz Europa ist Xometry in der Lage, FDM 3D-Druckteile in bis zu 3 Tagen zu liefern. Laden Sie Ihre CAD-Dateien auf der Xometry Instant Quoting Engine hoch, um sofort ein Angebot mit verschiedenen Fertigungsoptionen für Ihren FDM 3D-Druck zu erhalten.

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