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3D-Druck Bauteil im additiven Fertigungsprozess FDM

Fused Deposition Modeling: Fertigungstechnologie mit vielen Vorteilen

Das 3D-Druckverfahren FDM ist ein schnelles, relativ einfaches Verfahren. Es wird oft unterschätzt, obwohl es viele Vorteile bietet und für industrielle Anwendungen perfekte Lösungen bietet. Lesen Sie mehr über geeignete Anwendungen, Materialien und Konstruktionsrichtlinien.

Wie funktioniert die additive Fertigungstechnologie FDM?

Fused Deposition Modeling FDM 3D-Druck

Das Fused Deposition Modeling (FDM) ist ein auf Extrusion basierendes 3D-Druck-Verfahren. Mit einer beheizten Düse, in Kombination mit einem Extruder, werden Kunststoff-Filamente geschmolzen und Schicht für Schicht aufgetragen. So entsteht auf dem Druckbett das 3D gedruckte Bauteil.

Volumenkörper werden bei diesem Produktionsverfahren nicht mit Material ausgefüllt, sondern meist mit Füllstrukturen versehen. Für überhängende Elemente müssen Stützstrukturen mitgedruckt werden. Diese verhindern, dass überhängende Elemente «in der Luft gedruckt» und durch die Schwerkraft nach unten gezogen werden. Das Material härtet bei der Abkühlung rasch aus.

Anschliessend werden die Stützstrukturen entfernt und die Oberflächen der Bauteile bei Bedarf durch Schleifen oder Lackieren nachbearbeitet.

Vorteile von FDM

  • Sehr grosse Materialauswahl
  • Kostengünstiges Verfahren
  • Kurze Produktionszeit

Konstruktionsrichtlinien für FDM 3D-Druck Bauteile

Ingenieur konstruiert am PC

Beim Konstruieren für den 3D-Druck von FDM Teilen sollten die minimalen Wandstärken berücksichtigt werden. Dies garantiert, dass sich das Bauteil problemlos drucken lässt.

Wenn ein Bauteil Schrägen oder Überhänge aufweist, müssen diese unter einem Winkel von 45 Grad mit Stützstrukturen versehen werden. Dies ist notwendig, damit sich die Bereiche nicht verformen. Die Stützstrukturen werden nach der Produktion entfernt. Dadurch kann die Oberfläche der Bauteile an diesen Stellen etwas weniger ebenmässig ausfallen. Im Idealfall sollten Winkel von 45 Grad und kleiner vermieden werden.

    Die Konstruktionsrichtlinien im Detail:

    • Kleinste Wandstärke: Düsendurchmesser 0.4 mm + 0.05 mm = 0.45 mm
    • Kleinste Details sollten in ihrer kleinsten Abmessung immer mindestens 2x grösser sein als der Düsendurchmesser: d.h. mindestens 0.8 mm
    • Schrägen sollten nie einen kleineren Überhangwinkel als 45° haben, sonst wird Stützmaterial notwendig
    • Überhänge (ganze Flächen) sollten nie länger als ca. 20 mm sein, sonst wird Stützmaterial notwendig

     

    Möchten Sie mehr wissen über generelle Konstruktions-Themen im 3D-Druck? Lesen Sie hier weiter:

    Mit FDM können viele 3D-Druck Materialien verarbeitet werden:

    Preislich attraktive Standardmaterialien: PLA, PETG, ABS

     

    Die Kunststoffe PLA, PETG und ABS können in verschiedensten Farben gedruckt werden, auf Wunsch auch nach RAL Farbcode. Die Materialien sind verhältnismässig preisgünstig und eignen sich ideal als Allrounder.

    Anwendungen:

    Die Materialien eignen sich für Modelle für Schulungen und Ausstellungen, schnell verfügbare Prototypen, kostengünstige Serienbauteile, Ersatzteile aus dem 3D-Druck.

    Faserverstärkte Kunststoffe für mehr Stabilität: PETG-CF, Onyx

    Bei den faserverstärkten Materialien werden die Bauteile mit stabilen Kurz- oder Endlosfasern verstärkt. So werden die Eigenschaften von additiv gefertigten Teilen optimiert auf hohe Zug- und Biegefestigkeiten von 71 MPa und hohe Wärmeformbeständigkeit von 145 °C.

     

    Zur Verfügung stehen z.B. die folgenden Verstärkungen:

    • Kohlefaserverstärkt: Onyx, Onyx-FR, PETG-CF
    • Glasfaserverstärkt: Onyx mit Endlosfasern Glasfasern*
    • Kevlarfaserverstärkt: Onyx mit Endlosfasern aus Kevlar*

    Anwendung:
    Die faserverstärkten Materialien eignen sich unter anderem für funktionelle Prototypen. Zudem können Leichtbau-Bauteile für Motorsport und Aviatik hergestellt werden, oder Teile für den Einsatz in Automation und Robotik.

    *Im Store mit "Nachbearbeitung" bzw. "individuelle Anfrage" auswählen

    Hochtechnische Materialien: ULTEM, PPSU, PC-ISO, Onyx

    Die hochtechnischen Materialien eignen sich für besondere Profi-Anwendungen, wo spezifische Eigenschaften gefragt sind wie folgt:

    3D-Druck Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen: PLA, GreenTEC

    Wenn es um die Nachhaltigkeit geht, finden sich im FDM auch dafür Materialien. So können Bauteil in 100% nachwachsenden Rohstoffen gefertigt werden.

    • Biologisch abbaubar (DIN EN ISO 14855): GreenTEC
    • Hergestellt aus Milchsäure: PLA
    • Rohstoff mit Lebensmittelzulassung (FDA): GreenTEC
    • RoHS und REACH konform: GreenTEC, PLA

    Nachbearbeitungen für Bauteile aus dem FDM 3D-Druck

    Je nach Anwendungszweck bieten sich die folgenden Nachbearbeitungen an:

    • Einsetzen von Gewindeeinsätzen
    • Einlegen von Normbauteilen in die 3D-Druck Teile (der Druckprozess wird zwischendurch gestoppt, die Bauteile eingelegt und weiter gedruckt)
    • Spachteln, Schleifen und Lackieren der Oberflächen

     

    Hinweis zur Bestellung: Bei Nachbearbeitungen, die im Konfigurator nicht verfügbar sind, bitte eine „individuelle Anfrage“ stellen und die Anwendung beschreiben.

     

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    Autor

    Markus Grimm
    Chief Virtual Printfactory

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