Abenteuer 3D-Druck Blog

Wissenswertes über 3D-Druck

  • Wie funktioniert ein 3D Drucker?

    Was ist ein 3D Drucker?

    Du hast schon von 3D Druckern gehört und fragst Dich nun, wie funktioniert ein 3D Drucker eigentlich? Vielleicht hast Du schon einmal einen aus nächster Nähe sehen können, nur das Prinzip ist Dir noch nicht klar? Dann bist Du hier richtig, denn in diesem Beitrag möchte ich Dir möglichst einfach erklärt zeigen, wie ein 3D Drucker funktioniert.

    Noch einmal kurz zum Einstieg: Ein 3D Drucker kann aus einem bestimmten Material ein reales Objekt erschaffen, z. B. eine Vase, ein Zahnrad, ein kleines Häuschen oder eine Tasse. Da gibt es beinahe keine Einschränkungen. Höchstens das verwendete Material und die Größe Deines Objekts setzen Dir Grenzen. Nachdem wir das noch einmal eben geklärt haben, sollten wir uns überlegen, woraus ein 3D Drucker besteht. Denn so können wir die Frage "Wie funktioniert ein 3D Drucker?" besser beantworten. Nun also zunächst zur Frage, woraus sich 3D Drucker zusammensetzen und wo die Unterschiede der verschiedenen 3D Drucker liegen. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf FDM 3D Drucker, die häufigsten 3D Drucker.

    Komponenten Deines 3D Druckers

    Die mechanischen Komponenten

    Die Achsen

    Um ein dreidimensionales Objekt drucken zu können, muss Dein 3D Drucker jeden Punkt in einem fest definierten dreidimensionalen Raum erreichen können. Dabei repräsentiert die x-Achse den Weg von links nach rechts. Die y-Achse repräsentiert den Weg von vorne nach hinten und die z-Achse den Weg von unten nach oben. Um zu den passenden Koordinaten zu gelangen, verfügt Dein 3D Drucker über starre Achsen, an denen sich der Druckkopf zur geeigneten Position bewegt. Der Antrieb erfolgt in X- und Y-Richtung mittels Zahnriemen und Schrittmotoren.

    In z-Achse bewegt sich Dein 3D Drucker an einer Spindel, deren Gewindesteigung letztlich dafür verantwortlich ist, wie klein die Bewegungen in die Höhe werden können. Daraus ergeben sich auch Deine kleinstmöglichen Schichthöhen für Deinen 3D Druck. Zugleich befindet sich am Boden eine Druckplatte, auf der Dein 3D Druck beginnend mit der ersten Schicht aufbaut.

    Filamentförderung

    Um ausreichend Material zu fördern, verfügt Dein 3D Drucker über einen oder mehrere Feeder, meist als Extruder bezeichnet. Das sind Schrittmotoren mit einem angebauten Zahnrädchen, das Dein Filament bewegt. Meist liegt dem Zahnrädchen gegenüber ein Kugellager, das mit einer Feder Gegendruck an das Zahnrad ausübt. Höherwertige Komponenten nutzen dazu ein weiteres Zahnrad. Auf diese Weise wird das Filament in exakten Schritten vor und zurückbewegt.

    Druckkopf

    Am Druckkopf angekommen wird das Material aufgeschmolzen, um es mit einer Düse auf der Druckplatte auftragen zu können. Dein 3D Drucker verfügt dafür über einen oder mehrere Druckköpfe. Jeder Druckkopf erhält damit das zugeordnete Material durch den Feeder zugeschoben. Dies erfolgt manchmal direkt, ohne weiteres Schlauchstück. Dann heißt es Direktextruder oder direct drive. Wenn sich zwischen Feeder und Druckkopf ein Schlauchstück befindet, sprechen wir von einem Bowdensystem. Das Schlauchstück besteht dabei meist aus PTFE oder PFA und wird in Kupplungen oder Coupler eingesteckt, die den Schlauch (Bowden) festhalten.

    Die elektronischen Komponenten

    Dein 3D Drucker verfügt über ein Netzteil zur Stromversorgung sowie einer Hauptplatine zur Verarbeitung der Druckbefehle und der Ansteuerung der weiteren elektronischen Komponenten. Über ein Display kannst Du den Drucker steuern und den Druckfortschritt überwachen. Netzwerkanschlüsse über USB, LAN, oder WLAN ermöglichen Dir die Verbindung zu Deinem Computer. Über SD-Karten und USB-Sticks werden oftmals Druckaufträge eingelesen und vom Drucker gestartet.

    Alle mechanischen Komponenten werden von Schrittmotoren angetrieben. Die Schrittmotoren besitzen über ihre Wicklung eine feste Schrittweite, die sie mit jedem Stromimpuls drehen. Über Anlegen der Spannung an bestimmten Anschlüssen kann sich der Motor durch die dadurch entstehende Polung gegenüber einem Magneten entweder in die eine oder andere Richtung drehen.

    Verschiedene Bauarten

    Bei 3D Druckern gibt es verschiedene Bauarten, wie der 3D Drucker aufgebaut ist. Sie lassen sich in kartesische Drucker und Delta-Drucker unterscheiden.

    Kartesische Bauart

    Bei der kartesischen Bauart hast du unabhängig voneinander bewegliche Achsen in X-, Y- und Z-Richtung. Dabei gibt es unterschiedliche Konzepte, wie sich Deine Achsen bewegen können. Alle diese Konzepte haben ihre Vor- und Nachteile. Lass uns kurz in die verschiedenen Konzepte abtauchen.

    Prusa / Mendel Style

    Diese Drucker haben einen festen Rahmen um die x-Achse herum, sodass es wie ein Fenster aussieht, wenn Du ihn von vorne betrachtest. Entlang der x-Achse bewegt sich der Druckkopf starr von links nach rechts und zurück. Die Bauplattform bewegt sich anhand der y-Achse nach hinten und vorne. Die z-Achse bewegt die x-Achse mit dem Druckkopf nach oben oder unten. Der Vorteil liegt in einer kostengünstigen und leichten Rahmenkonstruktion. Als Nachteil ergibt sich der im Verhältnis zur Bauplattform größere Platzbedarf nach vorne und hinten. Diese Bauform wirst Du vor allem im Einsteigersegment am häufigsten finden. Das prominenteste Beispiel ist der Prusa i3.

    Creality Ender 3: 3D Drucker im Prusa/Mendel Style
    Creality Ender 3 - ein 3D Drucker im Prusa Style

    Ultimaker / Darwin Style

    Bei diesem Typ 3D Drucker hast Du einen starren Außenrahmen des Druckers. Er sieht daher einem Würfel oder Quader ähnlich. Der Druckkopf kann sich durch seine Aufhängung auf zwei Achsen in X- und Y-Richtung frei bewegen. Dagegen ist die Bauplattform starr an der z-Achse aufgehängt und bewegt sich von oben nach unten. Der Vorteil liegt in der steiferen Gehäusekonstruktion, was höhere Druckgeschwindigkeiten ermöglicht. Der Nachteil ergibt sich aus höheren Kosten für die Gehäusekonstruktion und die schwierigere Zugänglichkeit zum Druckbett.

    Ultimaker 2+ Connect 3D Drucker im Ultimaker/Darwin Style
    Ultimaker 2+ Connect im namensgebenden Ultimaker Style

    CoreXY und H-bot Style

    Bei diesen 3D Druckern ist der Druckkopf auf einer starren x-Achse montiert, die sich nach vorne und hinten bewegen lässt. Das Druckbett ist jeweils starr und bewegt sich nur in der z-Achse. Bei Großraumdruckern kannst Du diesen Bautyp häufig antreffen.

    Angetrieben werden CoreXY Drucker von zwei langen Zahnriemen, die beide am Druckkopf montiert sind. Dabei werden die x- und y-Achse von jeweils zwei Motoren angetrieben. Der Vorteil liegt in hohen Druckgeschwindigkeiten bei hoher Präzision. Als Nachteil kann die größere Anzahl an Antriebskomponenten genannt werden.

    H-bot 3D Drucker sind den CoreXY 3D Druckern sehr ähnlich. Jedoch kommt für die x- und y-Achse jeweils nur ein Motor zum Einsatz. Verwendet wird ein langer Zahnriemen, der den kompletten Drucker und den Weg zum Druckkopf umläuft. Dieser Zahnriemen ist nur an einer Seite des Druckkopfs fest angebracht. An der gegenüberliegenden Seite läuft er frei durch den Druckkopf. H-bot Systeme zeichnen sich durch hohe Präzision aus und kommen mit weniger Antriebskomponenten als CoreXY 3D Drucker aus. Für gute Ergebnisse müssen diese Drucker aber perfekt ausgerichtet sein und Du musst ein Auge auf das Drehmoment der Motoren haben.

    BigRep One 3D Drucker im CoreXY Style
    Großraumdrucker von BigRep im CoreXY Style

    Delta Bauart

    Bei der Deltabauart hast Du ebenfalls ein starres Druckbett, doch diesmal kann es nicht bewegt werden. Stattdessen wird der Druckkopf anhand von drei z-Achsen an denen er mit Stangen befestigt ist von unten nach oben und in alle X- und Y-Richtungen bewegt. Die X- und Y-Bewegungen werden durch ein unterschiedlich starkes Anheben der verschiedenen z-Achsen erreicht. Delta Drucker haben aufgrund Ihrer Bewegungsabläufe stets runde Druckbetten. Für viereckige Bauteile verlierst Du also Druckraum im Vergleich zu den anderen Drucksystemen. Runde Objekte können den Raum dagegen perfekt ausnützen. Vorteile dieses Systems liegen in hohen Druckgeschwindigkeiten und im Vergleich höheren Bauräumen. Die Nachteile liegen in der komplizierteren Steuerung und Ausrichtung, weshalb diese 3D Drucker gerade für Anfänger oft eine Herausforderung sind.

    Delta WASP 2040 Pro, 3D Drucker im Delta Style
    Delta 3D Drucker Delta WASP 2040 Pro

    Wie arbeiten die Komponenten des 3D Druckers zusammen?

    Die Steuerung

    Die Hauptplatine ist das zentrale Herzstück Deines 3D Druckers. Über sie werden alle Steuersignale an die übrigen elektronischen Komponenten geleitet. Die Steuerungsbefehle wiederum sind im Gcode hinterlegt. Du hast sie zuvor in Deinem Slicer aufgrund Deiner Parameter aus 3D Drucker, Bauteil und Druckeinstellungen festgelegt. Die Hauptplatine übersetzt diese Befehle und schickt die entsprechenden Signale weiter. So können sich zugleich die Achsen und der Feeder bewegen, während über das Heizkabel die Temperatur erzeugt wird und über den Temperatursensor gemessen wird. Auf diese Weise kann zur richtigen Zeit am richtigen Ort Material aufgetragen werden.

    Die Achsen

    Wie zuvor beschrieben, sind Deine Achsen beweglich. So können Sie über Zahnriemen und Spindeln und angetrieben von Schrittmotoren Deinen Druckkopf und/oder das Druckbett an die benötigte Stelle bewegen. Von der Auswahl der verwendeten Komponenten hängt dabei ab, wie exakt die Bewegungen erfolgen können. Das beeinflusst dann auch Deine Druckauflösung. Meist kommen bei den Motoren Nema17 Schrittmotoren zum Einsatz. In der Regel haben diese eine Schrittweite von 1,8° Grad. So lassen sich mit einer Motorumdrehung 200 exakte Schritte erzeugen. Höherwertige Motoren haben eine Schrittweite von 0,9° Grad, wodurch sie mit einer Motorumdrehung doppelt so viele Schritte abbilden. Mit jedem Schritt übersetzt durch Zahnriemenscheiben und übertragen auf Zahnriemen bewegt sich Deine Achse um ein Stück. Die z-Spindel und der Feeder werden meist direkt angetrieben.

    Der Druckkopf

    Über den Feeder wird das Material in Deinen Druckkopf gefördert. Dieser besteht meist aus einem Kühlkörper und einem Heizblock, die über ein Röhrchen - die Hitzebremse (heat break) - verschraubt werden. In den Heizblock werden zudem die Düse, der Temperatursensor und das Heizkabel eingesetzt. Der Kühlkörper sorgt zusammen mit der Hitzebremse dafür, dass überschüssige Wärme nicht nach oben steigt und das Filament zu früh erweicht. Im Heizkörper wird die nötige Hitze erzeugt und gehalten, um das Filament auf einen bestimmten Temperaturbereich aufzuheizen. Denn nur innerhalb dieses Temperaturbereichs kannst Du das Filament auftragen.

    Am Druckkopf befinden sich meistens ein oder mehrere Lüfter. Die Lüfter führen Abwärme vom Kühlkörper und kühlen je nach Bedarf den aufgetragenen Kunststoff ab. Über die Bauteilkühlung erreichst Du geeignete Druckergebnisse für Deinen 3D Druck. Die Einheit aus Feeder und Druckkopf ist der Extruder Deines 3D Druckers. Im allgemeinen Sprachgebrauch hat sich jedoch Extruder als Bezeichnung für die Fördereinheit durchgesetzt.

    Wie funktioniert der 3D Drucker

    Nachdem wir nun alles über die Komponenten gelernt haben, greifen wir noch einmal unsere Eingangsfrage auf. Wie funktioniert ein 3D Drucker?

    Du benötigst eine 3D Zeichnung

    Als Basis für Deinen 3D Druck benötigst Du eine dreidimensionale Zeichnung. Diese findest Du zum Teil kostenlos oder kostenpflichtig im Internet. Idealerweise lernst Du darüber hinaus das Zeichnen. So kannst Du mit eigenen Entwürfen völlig individuelle 3D Drucke erzeugen, die genau auf Deinen Bedarf zugeschnitten sind. Jetzt benötigst Du noch einen 3D Drucker und eine Slicing Software.

    Du benötigst einen 3D Drucker

    Die Wahl Deines 3D Druckers solltest Du nach oben genannten Vor- und Nachteilen der unterschiedlichen Bautypen eingrenzen. Im weiteren Schritt solltest Du Dir überlegen, wie viel Dein 3D Drucker kosten darf. Als Faustformel darf hier gelten, wer billig kauft, kauft teuer. Denn je weniger der 3D Drucker kostet, desto geringwertiger sind seine Komponenten und desto schlechter sind Deine Druckergebnisse. Achte also darauf, was Dir wirklich wichtig ist, bevor Du Dich entscheidest.

    Du benötigst eine Slicer Software

    Slicer für Deinen 3D Drucker gibt es kostenlos und kostenpflichtig am Markt. Je nach Hersteller des 3D Druckers verwenden diese auch eigene Software, die speziell auf deren 3D Drucker zugeschnitten sind. Jeder Software gleich ist, dass Sie Dein 3D Modell in einzelne Scheiben schneidet, welche dann die Druckbahnen Deines 3D Druckers sind. Je nachdem, welche Software Du verwendest, stehen Dir verschiedene Optionen für Auswahl von bereits definierten 3D Druckern, bereits definierten Materialien und unterschiedlichen Druckparametern. Nicht selten verwenden Nutzer mehr als einen Slicer, je nachdem welche Anforderungen sie an das vorliegende Bauteil haben. Es gibt also nicht per se eine richtige Software. Es kommt vielmehr auf Deine Bedürfnisse an. Vergleiche daher unterschiedliche Software auf Deine Bedürfnisse und wähle die für Dich passendste(n).

    Du benötigst geeignetes Material

    Wenn die Zeichnung fertig ist und das Slicing erledigt ist, braucht Dein 3D Drucker noch das passende Filament. Die Einstellungen für Drucktemperatur, Druckbetttemperatur und Bauteilkühlung entnimmst Du den Angaben des Filamentherstellers und übernimmst sie im Slicer. Bei der Materialwahl orientierst Du Dich an den Anforderungen, die Dein fertiges Bauteil am Ende erfüllen soll. Stimmen geslicte Materialparameter und eingesetztes Material im Drucker überein, kannst Du mit Deinem 3D Druck beginnen.

    Du übergibst den Druckauftrag

    Alles ist bereit für den 3D Druck. Das wichtigste wird der Erfolg Deiner ersten Druckschicht sein. Achte also darauf, dass Dein Druckbett korrekt ausgerichtet ist, bevor Du startest. Dein Drucker benötigt nun den Druckauftrag aus dem Slicer. Das ist eine Gcode Datei, die Du wahlweise nach Druckerausstattung über USB, LAN oder WLAN an den Drucker sendest. Kann der Drucker den so erhaltenen Druckauftrag nicht lokal zwischenspeichern, solltest Du vorzugsweise Deinen Gcode über SD-Karte oder USB-Stick an den 3D Drucker übergeben. So vermeidest Du Druckabbrüche aufgrund eines Übertragungsfehlers.

    Du startest und überwachst Deinen 3D Druck

    Jetzt, da der Drucker seinen Druckbefehl erhalten hat und nach dem Aufheizen seine Arbeit aufnimmt, solltest Du Dir die Zeit nehmen, den Fortschritt der ersten Schicht zu beobachten. Viel hängt davon ab, ob diese gelingt. Sollte es bei dieser ersten Schicht zu Problemen kommen, prüfe nochmals die Einstellungen im Slicer und die Ausrichtung Deines Druckbetts. Erst nach der gelungenen ersten Schicht kannst Du Deinen 3D Drucker alleine arbeiten lassen. Werfe dennoch von Zeit zu Zeit einen Blick darauf, für den Fall, dass während des Druckfortschritts Fehler auftreten, die Dein Eingreifen erfordern.

    Wie Du am besten lernst, wie ein 3D Drucker funktioniert

    Du willst ganz tief in die Materie eindringen, wie ein 3D Drucker funktioniert? Dann macht es am meisten Sinn, Du baust Dir von Grund auf einen eigenen 3D Drucker zusammen. Eine gute Quelle für alle Fragen zu einem 3D Drucker Selbstbau findest Du z. B. im deutschen RepRap Forum. Sei Dir dabei bewusst, dass Du einiges an Zeit aufbringen wirst, um Deinen Wunsch-3D-Drucker zu bauen. Insbesondere bei der Verwendung hochwertiger Komponenten wirst Du mehr Geld investieren, als bei manch fertigem 3D Drucker am Markt.

    Alternativ dazu kannst Du Dir auch einen Bausatz eines 3D Drucker Herstellers kaufen. Dein Vorteil, Du benötigst weniger Zeit für Recherchen und erhältst alle Komponenten fix und fertig zum Aufbau. Damit lernst Du bereits eine ganze Menge zur Mechanik und der Verkabelung des 3D Druckers.

    Einfacher ist es natürlich, Du kaufst Dir ein Fertiggerät und investierst die Zeit in die Anwendung des 3D Druckers. Damit sparst Du Zeit und Mühe und den ersten Überblick hat Dir bereits dieser Artikel vermittelt. Wie auch immer Du Dich entscheidest, mit Deinem Interesse für 3D Druck eröffnen sich für Dich neue Welten. Ich wünsche Dir viel Spaß beim Abenteuer 3D Druck.

  • LGX Extruder von Bondtech

    Alles, was Du über den LGX Extruder wissen musst

    LGX™ steht für Large Gears eXtruder. Moment, LGX Extruder steht für Large Gears eXtruder? Wird mein Extruder nun noch größer? Und was ist neu an Bondtechs Dual Drive Technology und dem LGX™?
    Diese Fragen gehen Dir womöglich durch den Kopf, wenn Du vom LGX Extruder hörst. Die Dual Drive Technology von Bondtech ist eine Referenz in Sachen Filamentzuführung. Das ist Dir womöglich bereits bekannt. Dennoch hat Bondtech weiteres Verbesserungspotenzial gesehen. Also hat sich Bondtech selbst herausgefordert, um ihre bewährten Extruder noch weiter zu verbessern.

    LGX Extruder von Bondtech
    Verschiedene Varianten des LGX™ Extruders

    Und Bondtech ist der Auffassung, die Herausforderung gemeistert zu haben. Denn die Dual Drive Technology des LGX™ ist ein weiterer großer Sprung nach vorne in der Filamentzuführungs-Technologie. Sieben entscheidende Verbesserungen hat Bondtech vorgenommen. Überzeuge Dich nachfolgend selbst, welchen Mehrwert Dir als Anwender der neue Extruder bringt.

    7 Gründe, weshalb Du auf den LGX Extruder setzen solltest

    Größere Antriebsräder

    Antriebsrad des LGX Extruders
    Nahaufnahme eines der Antriebsräder des LGX™ Extruders

    Für erhöhten Filamentgrip. Durch die großen Antriebsräder des LGX™ greifen mehr Zähne gleichzeitig in das Filament. Das erhöht den Grip bei dem von Dir verwendeten Filament. Das Risiko, dass Dir das Filament abgeschliffen wird, oder die Zahnräder durchrutschen, wird nochmals verringert. Zusammen mit dem eigens für den LGX gebauten Schrittmotor vermeidest Du auch Schäden durch die erzwungene Zuführung von Filament zu verstopften Hotends.

    Filamentvorspannhebel

    Hebel zur Vorspannung des Filaments
    Bereits im LGX™ Extruder integriert: ein Hebel zum Vorspannen des Filaments

    Für wiederholbare Ergebnisse. Die sonst bei Bondtech üblichen Komponenten Scharnier, Rändelschraube und Feder sind nun durch den Filamentvorspannhebel ersetzt. Mit dem kalibrierten, 6-fach voreinstellbarem Hebelsystem kannst Du aus vordefinierten Filamentspannungen wählen. Die erste Position des Hebels, ganz links, löst den Griff der Antriebsräder auf das Filament. In dieser Position kannst Du das Filament ganz einfach laden und entladen.

    Indem Du den Hebel nach rechts drückst, erhöhst Du den Druck der Antriebsräder auf das Filament. An 5 weiteren Positionen rastet der Hebel ein, um Dir exakt wiederholbare Einstellungen, für ebenso exakt wiederholbare Ergebnisse zu ermöglichen. Mit dem LGX™ Extruder kannst Du mit allen Filamenten drucken. Der Extruder ist mit abrasiven, starren, semiflexiblen, flexiblen und weichen Filamenten kompatibel und der Hebel unterstützt Dich bei der passenden Vorspannung.

    Multifunktions-Interface-Buchse

    LGX Extruder mit integrierter Multifunktions-Interface-Buchse
    LGX™ Extruder mit Multifunktions-Interface-Buchse an der Unterseite

    Für den schnellen Wechsel von Werkzeugen oder Anwendungen. Mal schnell von Bowdenzug auf Direktantrieb wechseln und zurück? Kein Problem, Du benötigst nur zwei verschiedene Interfaces, die Du mit wenigen Handgriffen tauschst. Und schon steht Dir ein anderes Fördersystem zur Verfügung, schnell und einfach. Du möchtest stattdessen die Hotends tauschen? Auch das ist ganz einfach gelöst. Denn auch hier kannst Du durch einen schnellen und einfachen Tausch des Interfaces das komplette Hotend wechseln.

    Das Interface ermöglicht Dir das Anschließen oder Austauschen von Schnittstellensteckern, die verschiedene Anwendungen oder Hotends bedienen, ohne den Extruder zu öffnen. Dabei musst Du nur 2 Schrauben lösen und wieder anziehen.

    Du hast ganz eigene Ideen, was Du mit dem Interface verwirklichen könntest? Dann ans Werk, Du musst lediglich den Adapter entwerfen und schon hast Du dein eigenes Interface. So einfach war die Anbindung des Extruders noch nie. Es ist eine offene Tür für zukünftige Bondtech- oder Drittanbieter-Stecker, um den Bereich der verfügbaren Lösungen zu erweitern.

    Wartungsfenster der Antriebsräder

    LGX Extruder mit Wartungsfenstern für die Antriebsräder
    Draufsicht auf den LGX Extruder mit den Wartungsfenstern für die Antriebsräder rechts und links

    Für eine einfache Reinigung. Staub und Filamentreste lagern sich unweigerlich an jedem Extruder ab. Dadurch verliert Dein Extruder mit der Zeit seinen Grip. Der LGX Extruder sieht mit den teilweise offen liegenden Antriebsrädern erstaunlich aus. Doch das dient nicht der Optik, oder dass Du sofort sehen kannst, dass sich die Zahnräder drehen. Das ist zwar auch ein Vorteil, doch dieses Detail bietet Dir Zugang zu einer einfachen Wartung.

    So kannst Du die Zähne der Antriebsräder mit einer Bürste reinigen. Du kannst auch Luft durchblasen, oder den Schmutz absaugen. Bei all diesen Optionen musst Du Deinen LGX Extruder nicht einmal demontieren. Du kannst ihn an der Stelle sauber halten, an der er sich befindet - kein Öffnen, kein Abnehmen ist nötig.

    Kompaktes, leichtes und symmetrisches Design

    LGX Extruder mit Motor und ohne Hotend
    Bondtech LGX Extruder: kompakt, leicht und symmetrisch designt

    Für mehr Leistung und Kompatibilität. Der LGX Extruder ist besonders kompakt und leicht. Seine Abmessungen ohne Erweiterungen betragen lediglich 42x42x51 mm. Sein Eigengewicht beschränkt sich auf 218,6 g. Damit erhältst Du die kleinste und leichteste Lösung für die gebotene Leistung. Dies ist die derzeit führende Lösung auf dem Markt.

    Zugleich ist der LGX Extruder so symmetrisch wie möglich, um Dir die größtmögliche Kompatibilität bieten zu können. Fragen wie in der Vergangenheit, nach einer Standardversion oder einer gespiegelten Version stellen sich für Dich nicht mehr. Es gibt einfach nur noch eine, und sie wird zum Standard werden.

    Mehrere Befestigungspunkte

    LGX Extruder mit zahlreichen Befestigungspunkten
    Mit zahlreichen Befestigungspunkten ausgestattet: Bondtech LGX™ Extruder

    Für eine einfache und flexible Einrichtung. Das kennst Du vielleicht, Du möchtest eine neue Komponente an Deinem 3D Drucker befestigen, aber es gibt keine geeigneten Befestigungspunkte. Der LGX™ ist der erste Extruder von Bondtech, der mit so vielen Befestigungslochmustern ausgeliefert wird.
    Unten, vorne, hinten, links und rechts. Du hast die Wahl, es gibt so viele Möglichkeiten, ihn zu montieren, oder etwas an ihm zu befestigen. Diese Flexibilität macht es Dir leicht, den LGX an den meisten Rahmentypen oder Achsen zu befestigen.

    Und ... ein kleiner Schritt für eine grünere Zukunft

    Verpackung des LGX Extruders
    Karton ohne Bleiche und Beschichtung

    Produktverpackung ohne Bleiche und ohne Beschichtung. Ein kleiner Schritt in die richtige Richtung. Denn Bondtech ersetzt die bisherigen gebleichten und beschichteten weißen Schachteln mit Farbdrucken. Der LGX macht den Anfang und kommt nun im schlichten Karton mit schwarzem Aufdruck. Die Tinte wiederum ist auf Basis nachhaltiger Materialien hergestellt werden. Die Bondtech LGX™-Boxen kannst Du vollständig recyceln.

    Wie Du den LGX™ Extruder anwendest

    LGX Extruder mit verschiedenen Interfaces
    Der LGX Extruder mit drei verschiedenen Interfaces

    Wie zuvor beschrieben, stehen Dir beim LGX Extruder unterschiedliche Interfaces zur Verfügung. Dadurch erhältst Du die einfache Möglichkeit, den LGX ganz nach Deinen Bedürfnissen einzusetzen. Nachfolgend kannst Du Dich über drei verschiedene Standardanwendungen informieren.

    LGX™ als Bowden Extruder

    LGX Bowden Interface
    LGX™ Bowden Interface
    LGX Bowden Extruder
    LGX™ Bowden Extruder

    Indem Du den mitgelieferten Bowdenschnittstellenstecker auf der Multifunktionsschnittstellenbuchse installierst, kannst Du den LGX™ als Bowdenextruder verwenden. Als erstes Modell wird dabei der Anycubic Mega-X mit dem LGX™ B unterstützt. Du kannst diese Variante auch auf anderen Bowdensystemen verwenden.

    Ein Direktextruder mit dem LGX™

    LGX™ Direct Interface
    LGX™ Direct Interface
    LGX™ Direkt Extruder
    LGX™ Direkt Extruder

    Wenn Du den Direktantriebs-Schnittstellenstecker auf der Multifunktions-Schnittstellenbuchse installierst, ist Dein LGX™ für den Einsatz als Direktextruder bereit. Verwendest Du diesen Schnittstellenstecker, ist das Montagemuster für die Hotends von Slice Engineering integriert. Damit kannst Du sofort das Copperhead™ oder das Mosquito™ Hotend installieren.

    Beispiele für Direktantriebs-Setups kannst Du nachfolgend sehen.

    LGX™ mit Copperhead™
    LGX™ mit Copperhead™

    LGX™ mit Copperhead™ für Hobby-Anwender

    Deine Wahl für alle Standardanwendungen, wie z. B. der 3D Druck mit PLA oder PET-G.

    LGX™ mit Mosquito™ Standard
    LGX™ mit Mosquito™ Standard

    LGX™ mit Mosquito™ Standard für professionelle Anwender

    Deine Wahl für höher temperierte Filamente, wie z. B. ABS, ASA, Ultem, etc.

    LGX™ mit Mosquito™ Magnum
    LGX™ mit Mosquito™ Magnum

    LGX™ mit Mosquito™ Magnum für Anwender in der Fertigung

    Wenn Du zu hohen Temperaturen gleichzeitig hohen Materialfluss benötigst.

    LGX™ mit Mosquito™ Liquid
    LGX™ mit Mosquito™ Liquid

    LGX™ mit Mosquito™ Liquid für spezifische Anwendungen

    Für den Anschluss einer Wasserkühlung an das Hotend.

    Beachte bei allen vorgenannten Lösungen bitte, dass die Umgebungstemperatur des Extruders 80 °C nicht überschreiten darf.

    Der LGX™ als vollwertiger Druckkopf

    LGX™ als kompletter Druckkopf
    LGX™ als kompletter Druckkopf
    LGX™ Kühlkörper und Heizblock-Interface
    LGX™ Kühlkörper und Heizblock-Interface
    Copperhead™ Heizblock und Heatbreak
    Copperhead™ Heizblock und Heatbreak

    Mit eigenen Schnittstellensteckern können praktisch beliebig viele Optionen entworfen werden, um spezielle Setups für den LGX™ zu erstellen. Bondtech hat mit der Veröffentlichung des LGX™ Extruders ein Setup vorgestellt, das auf einer luftgekühlten Cold-Block-Anwendung mit dem Copperhead™ aufbaut.

    Indem Du den luftgekühlten Cold-Block-Schnittstellenstecker in der Multifunktionsschnittstellenbuchse einsetzt, kannst Du Deinen LGX Extruder direkt mit einem Copperhead Heizblock kombinieren. So erhältst Du einen Druckkopf mit kurzem Filamentweg. Da diese Kombination besonders gut zum Drucken von flexiblen Filamenten geeignet ist, nennt ihn Bondtech LGX™ for Flexibles.

    Das Set ist ausgestattet mit einem Copperhead™ Hot Block, einer Copperhead™ LGX™ Heat Break und einer Bondtech Coated Brass Nozzle. Der LGX™ For Flexibles verarbeitet jede Art von Material, aber besonders gut die flexiblen und weichen Materialien.

  • Das Mosquito Hotend mit dem BMG-M verbinden

    Wie Du Dein Mosquito Hotend am Bondtech BMG-M Extruder montierst

    Du hast Dir zur Verbesserung Deines 3D Druckers das Mosquito Hotend und den BMG-M Extruder geholt? Herzlichen Glückwunsch, eine gute Wahl für hervorragende 3D Drucke. In der nachfolgenden Anleitung zeigen wir Dir, wie Du Dein Mosquito Hotend mit dem BMG-M Extruder verbindest. Wir gehen Schritt für Schritt mit Bildern durch die Anleitung und leiten Dich an, sodass Du keine Probleme hast und ganz leicht folgen kannst. Und so kannst Du das Mosquito Hotend mit dem BMG-M verbinden.

    Diese Produkte verwendest Du

    Folgende Produkte benötigst Du für diese Anleitung:

    BMG-M Extruder
    BMG-M Extruder
    Mosquito Hotend
    Mosquito Hotend
    Mosquito Hotend Lüfter
    Mosquito Lüfter

    Folgendes Werkzeug benötigst Du für diese Anleitung:

    1,5 mm Innensechskantschlüssel
    1,5 Sechskantschlüssel
    2,5 mm Innensechskantschlüssel
    2,5 Sechskantschlüssel

    Hinweise zur Anleitung

    In diesem Leitfaden zeigen wir Dir die Installation eines Mosquito-Hotends auf einem Bondtech Mini Geared for Mosquito (BMG-M)-Extruder. Auf den Bildern wird Dir eine gespiegelte Version gezeigt. Die gespiegelte Version öffnet sich nach links. Du findest von vorne betrachtet das Scharnier und die Rändelschraube daher auf der linken Seite. Im Gegensatz dazu findest Du bei der Standardversion das Scharnier und die Rändelschraube auf der rechten Seite des Extruders. Welche Version Du selbst verwendest, spielt für diese Anleitung keine Rolle. Auch beim Hotend spielt es keine Rolle, ob Du das Mosquito Standard Hotend oder das Mosquito Magnum verwendest. Und nun viel Erfolg beim Verbinden Deines BMG-M mit Deinem Mosquito.

    Die Anleitung haben wir im Original von der Bondtech Seite mit freundlicher Erlaubnis von Nuno Santiago entnommen und übersetzt.

    Schritt 1 – Identifiziere alle benötigten Teile und Werkzeuge

    Alle benötigten Teile und Werkzeuge, um das Mosquito Hotend mit dem BMG-M zu verbinden
    Übersicht aller benötigten Teile und Werkzeuge
    • --> 1x BMG-M Extruder
    • --> 1x Mosquito-Hotend
    • --> 1x 12V oder 24V Lüfter
    • --> 2x Schrauben für den Lüfter
    • --> 1x Beutel mit Sechskantschlüsseln (mit Mosquito-Hotend geliefert)
    • --> 2x M2,5x6 mm Schrauben (mit Mosquito-Hotend geliefert)

    Schritt 2 – BMG-M vorbereiten

    BMG-M mit gelockerten Gehäuseschrauben
    Diese drei Schrauben der BMG Abdeckung solltest Du entfernen
    BMG-M mit entfernten Gehäuseschrauben
    Die entfernten Schrauben legst Du beiseite, Du benötigst Sie später wieder

    Entferne die drei Schrauben M3x35 mm aus der Abdeckung Deines BMG-M. Dieses Vorgehen erleichtert Dir später das Ausrichten beim Zusammenbauen Deines BMG-M. Vergiss nicht, die Schrauben zum Schluss wieder einzusetzen.

    Schritt 3 – Verbinden von BMG-M und Mosquito Hotend

    Dein BMG-M hat die erforderlichen Anschlussstellen für das Mosquito Hotend an seiner Unterseite. Zwei Passstifte werden in Öffnungen am Hotend eingeführt. Metalleinsätze am Extruder dienen der Verschraubung mit dem Hotend.

    Verbindungen von BMG-M Extruder und Mosquito Hotend
    Passstifte und Metalleinsätze im Extruder passen in das Mosquito Hotend
    BMG-M und Mosquito zusammengeführt
    Extruder und Hotend werden zusammengeführt und ausgerichtet

    Füge Extruder und Hotend so zusammen, dass bei beiden die Beschriftung nach oben zeigt. Die Bohrungen für Heater und Thermistor zeigen so nch hinten. Diese Ausrichtung ist kein Muss, aber sie wird Dir empfohlen.

    Schritt 4 – Verschraube das Mosquito-Hotend

    Zum Verschrauben hilft Dir ein kleiner Trick: nimm die Schraube mit dem 2.5 mm Sechskantschlüssel auf.

    Schraube mit Innensechskantschlüssel aufnehmen
    Nimm mit dem 2,5 mm Sechskantschlüssel eine M2,5x6 mm Schraube auf

    Setze die Schraube in das linke Schraubenloch ein und drehe den Sechskantschlüssel von links nach rechts, um in das Gewinde einzurasten

    Schraube links oben am Hotend einführen
    Einführen der Schraube in das linke obere Loch

    Ziehe anschließend die Schraube fest.

    Schraube links oben am Hotend anziehen
    Anziehen der Schraube

    Drehe als nächstes den Extruder vorsichtig um, indem Du die Abdeckung mit dem restlichen Extrudergehäuse festhältst. Nimm nun die zweite M2,5x6 mm Schraube mit dem Innensechskantschlüssel auf. Führe die Schraube in das zweite Gewinde ein und drehe den Sechskantschlüssel von links nach rechts, um das Gewinde zu greifen.

    Schraube hinten am Hotend einführen
    Einsetzen der zweiten Schraube an der Rückseite

    Wenn die Schraube im Gewinde gegriffen hat, kannst Du den Extruder nach oben halten und die Schraube festziehen.

    Schraube hinten am Hotend anziehen
    Anziehen der zweiten Schraube

    Schritt 5 – Lüfter am Mosquito Hotend anbringen

    Der 25-mm-Kühllüfter wird mit Hilfe der 2 oberen Schraubenlöcher am Mosquito-Hotend befestigt. Überlege Dir vorher, wie Du die Kabel verlegen möchtest und richte Sie entsprechend aus. Die Kabelführung hängt letztlich davon ab, wie Du das Set aus Extruder und Hotend an Deinem Drucker installierst.

    Ausrichten der Befestigungslöcher des Lüfters
    Ausrichten der Befestigungslöcher des Lüfters am Hotend

    Platziere den Lüfter mit dem Aufkleber nach unten auf Deinem Mosquito Hotend.

    Platzieren des Hotend Lüfters
    Platzieren des Lüfters auf dem Hotend

    Schritt 6 – Lüfter befestigen

    Verwende die Schrauben aus der Verpackung des Lüfters und nimm Dir den 1,5 mm Innensechskantschlüssel zur Hand. Setze die Schrauben in den Lüfter ein.

    Einsetzen der Schrauben des Lüfters
    Einsetzen der Schrauben des Lüfters

    Ziehe zunächst die linke Schraube an und achte darauf, sie nicht zu fest anzuziehen. Der Kunststoff des Lüfters sollte sich nicht verbiegen.

    Schraube links am Lüfter anziehen
    Linke Schraube des Lüfters anziehen

    Ziehe nun noch die rechte Schraube an.

    Schraube rechts am Lüfter anziehen
    Rechte Schraube des Lüfters anziehen

    Zuletzt nimmst Du noch die drei Schrauben M3x35 mm, die Du zu Beginn aus der Abdeckung Deines BMG-M entfernt hast zur Hand und schraubst sie wieder ein. Du hast nun BMG-M Extruder und Mosquito Hotend komplett zusammengebaut. Du siehst, es war ganz leicht, das Mosquito Hotend mit dem BMG-M zu verbinden.

    Mosquito Hotend mit dem BMG-M verbunden
    Mosquito Hotend mit dem BMG-M verbunden

    Hast Du noch Fragen oder Anregungen? Dann sende uns eine Nachricht oder hinterlasse uns einen Kommentar, wir freuen uns, von Dir zu hören.

  • Mosquito™ Hotend Anleitung

    Wie Du das Mosquito™ Hotend erfolgreich montierst

    Mosquito Standard Hotend
    Mosquito™ Standard Hotend von Slice Engineering™
    Mosquito Magnum Hotend
    200Für mehr Materialdurchsatz: Mosquito™ Magnum Hotend
    Mosquito Standard V2 Hotend
    Ab 2019: Mosquito™ Standard V2 Hotend
    Mosquito Magnum V2 Hotend
    Von Slice Engineering™: Mosquito™ Magnum V2 Hotend

    Mit meiner Mosquito™ Hotend Anleitung zeige ich Dir, welche Komponenten verbaut werden. Ich zeige Dir, wie Du das Hotend einbaust und wie Du es im Wartungsfall zerlegst und zusammensetzt. Außerdem gebe ich Dir Tipps, worauf Du achten solltest. Mit den Hotends von Slice Engineering aus den USA triffst Du genau die richtige Wahl, wenn es Dir um hohe Leistungsfähigkeit und kleinen Formfaktor geht. Bevor ich Dir die Anleitung präsentiere, möchte ich nachfolgend noch kurz die Vorteile des Hotends beschreiben.

    Leistungsvorteile Mosquito™ Hotend

    Schneller Düsenwechsel

    Mit dem Slice Engineering™ Mosquito™ Vollmetall-Hotend lassen sich die Düsen in 10 Sekunden problemlos austauschen. Das zum Patent angemeldete Design von Mosquito™ widersteht dem Drehmoment beim Düsenwechsel. Dadurch musst Du den Heatblock nicht mehr mit einem Schraubenschlüssel halten. So hast Du die zweite Hand frei und vermeidest eine mögliche Beschädigung der Drähte des Temperatursensors und Heaters. Zugleich kann das Vorheizen des Hotends entfallen, und damit das Risiko, sich zu verbrennen.

    Überragende Leistung

    Die verbaute Heatbreak aus Kupferlegierung des Mosquito™ bietet eine überragende Leistung bei gleichzeitig verringerter Wandstärke. Mit weniger als 20 % Wandstärke der üblichen monolithischen Heatbreaks aus Vollmetall gelingt es daher trotz des dünneren Metalls, den unerwünschten Wärmefluss von der Schmelzzone entlang des Filamentweges nach oben zu minimieren. Dennoch ist Mosquito™ nach wie vor das robusteste verfügbare Hotend, da seine Heatbreak nicht als Stützelement dient, wie es bei anderen Hotends der Fall ist.

    Effizienter Heizblock

    Der Heizblock des Mosquito™ wiederum ist eine mehrteilige Bimetallkonstruktion. Im Kern - und damit genau dort, wo viel Hitze benötigt wird - besteht der Heizblock aus einer Kupferlegierung mit einer Wärmeleitfähigkeit von 320 W/mK. An seiner Außenseite hingegen, wo eigentlich keine größere Wärmeabstrahlung erforderlich und gewünscht ist, besteht er aus einer Edelstahllegierung mit einer Wärmeleitfähigkeit von 15 W/mK.

    Dieses innovative Hotend wurde entwickelt, um im FDM 3D-Druck bei hohen Temperaturen und hoher Geschwindigkeit zu drucken. Mosquito™ ist für den Betrieb bis zu 450 °C ausgelegt. Das bedeutet, es können alle druckbaren Thermoplaste, einschließlich PEEK, Ultem (PEI), ASA, Nylon und viele weitere, gedruckt werden. Damit das auch bei deinem 3D-Drucker klappt, musst Du es zunächst installieren. Die nachfolgende allgemeine Anleitung hilft Dir, die richtigen Schritte in der richtigen Reihenfolge einzuhalten. Wenn Du noch kein Mosquito™ Hotend hast, findest Du es hier:

    Nun aber weiter zur Mosquito™ Hotend Anleitung, denn darum geht es hier ja in erster Linie.

    Mosquito™ Hotend Anleitung zur Montage

    Ich stelle vor, das Mosquito Hotend von Slice Engineering:

    Mosquito Hotend Bestandteile
    Die Komponenten des Mosquito™ Hotends

    Es gibt also zwei Varianten des Hotends, die sich jedoch nur bei der verwendeten Heatbreak unterscheiden. Darüber hinaus besitzt das Magnum Hotend noch einen zusätzlichen Wärmeisolator.

    Mosquito Standard Heat Break
    Heatbreak des Mosquito™ Standard Hotends
    Mosquito Magnum Heat Break
    Heatbreak des Mosquito™ Magnum Hotends

    Einen passenden Adapter finden

    Da dein 3D-Drucker nicht mit dem Mosquito Hotend ausgeliefert wurde, benötigst Du einen passenden Adapter zur Aufnahme des Hotends. Für viele populäre Drucker sind bereits Daten zum selbst drucken verfügbar. Mosquito™ Adapter für verschiedene Drucker werden von Slice Engineering™, anderen 3D-Druckunternehmen und der enthusiastischen 3D-Druckergemeinschaft entwickelt. So findest Du eine wachsende Auswahl an Dateien auf der Website von Slice Engineering, für Adapter zur Anwendung bei besonders hohen Temperaturen gibt es auch Metalladapter. Darüber hinaus kannst Du das Mosquito Hotend auf den BMG-M Extruder von Bondtech montieren. Dieser Extruder auf Basis des beliebten BMG Extruders wurde speziell für das Mosquito Hotend angepasst.

    Groovemount Adapter aus zwei Ansichten
    Groovemount Adapter für das Mosquito™ Hotend
    Schaftadapter auf Mosquito Hotend
    Schaftadapter montiert auf einem Mosquito™ Hotend
    Mosquito Hotend mit gedrucktem Adapter
    Gedruckter Adapter auf dem Mosquito™ Hotend
    BMG-M Extruder mit Mosquito Hotend
    Mosquito™ Hotend mit BMG-Extruder

    Adapteranschluss am Hotend

    An der Oberseite des schwarzen Aluminiumkühlkörpers des Mosquito™ Hotends findest Du jeweils ein Paar M 2,5 x 0,45 Gewindebohrungen und ein Paar M 2,5 Senkloch-Durchgangsbohrungen. Die Bohrungen an der Oberseite verwendest Du zur Montage an einem Adapter oder Extruder. An der Unterseite findest Du ein Paar M 2,5 x 0,45 Gewindebohrungen.  Jedes dieser drei Bohrungspaare kannst Du zur Befestigung an deinem 3D-Drucker verwenden.  Für die M 2,5 Durchgangslöcher kannst Du M 2,5 x 0,45 Zylinderschrauben mit Innensechskant verwenden. Falls Du das Mosquito™ an einem Kunststoffteil befestigst, kannst Du selbstschneidende Kunststoffschrauben verwenden.

    Draufsicht auf das Mosquito Hotend mit den Anschlüssen
    Draufsicht auf das Mosquito™ Hotend mit seinen Anschlüssen zur Befestigung und Schlauchzuführung

    Der Kühlkörper des Mosquito™ verfügt an der Oberseite über einen Zugang für PTFE-Schläuche mit einem Außendurchmesser von 4 mm. Deshalb ist der Durchmesser der Bohrung 4,1 mm und 1 mm Tief, in die Du den Schlauch einsetzen kannst. Dabei solltest Du darauf achten, das Loch des Schlauches genau auf das Loch der Heatbreak auszurichten. Slice Engineering™ empfiehlt den Capricorn XS Schlauch, da sein Innendurchmesser nur 1,9 mm misst. Dadurch verhinderst Du, dass übergroßes Filament in die Heatbreak gelangt und dort hängen bleibt.

    Verwendung der Bornitrid-Paste

    Bornitrid Paste
    Bornitrid Paste von Slice Engineering™

    Slice Engineering™ empfiehlt und vertreibt Bornitrid-Paste für die Verwendung des Hotends, Du kannst auch jede Bornitrid-Paste einer anderen Marke verwenden. Das solltest Du deshalb tun, da das Hotend dann auch bei den hohen Temperaturen funktioniert, für die es ausgelegt ist.  Bornitrid wird seit Jahrzehnten als Wärmeübertragungs- und Trennschicht für industrielle Heizpatronen verwendet.  Mit ihrer Verwendung verbesserst Du die Wärmeübertragung:

    • Von der Heizpatrone zum Heizblock, um die Lebensdauer der Heizpatrone zu verlängern
    • Vom Heizblock zum Temperatursensor, um die Reaktionszeit zu verkürzen und die Genauigkeit der Temperaturmessungen zu verbessern
    • Vom Heizblock bis zur Heatbreak zur Verbesserung der Leistung bei hohen Durchflussraten beim Drucken mit Düsen mit großem Durchmesser
    • Zur Verbesserung der Abdichtung zwischen Düse und Heatbreak

    Bornitrid-Paste kannst Du im allgemeinen in Baugruppen, die bei Temperaturen bis 1000 °C betrieben werden, als elektrisch isolierende Wärmeübertragungs- und Anti-Haft-Masse verwenden.

    Die Paste ist jedoch wässrig, daher muss der Wasseranteil verdampfen, bevor die Verbindung zu einem elektrischen Isolator wird. Solange die Paste feucht ist, beeinträchtigt sie die Messungen deines Temperatursensors. Das liegt daran, dass die Zuleitungsdrähte des Sensors mit der feuchten Paste benetzt sind.  Sobald die Paste vollständig getrocknet ist, erhältst Du wieder normale Messwerte. Am besten lässt Du die Paste entweder über Nacht trocknen. Falls es schnell gehen muss, kannst Du den Heater in mehreren kurzen Zyklen auf eine Temperatur unter 100 °C aufheizen.

    Beachte bitte: Vermeide es, zum Trocknen der Paste eine Temperatur von über 100 °C einzustellen. Dadurch würde der Wasseranteil zu sieden beginnen und die Paste mit dem Dampf verflüchtigen.

    Installation des Temperatursensors

    Mosquito Thermistor
    Thermistor für Mosquito™ Hotends

    Slice Engineering hat einen geeignet Thermistor auf den Markt gebracht, den Du mit deinem Hotend verwenden solltest. Mosquito™ funktioniert aber auch mit allen in 3D-Druckern üblichen Temperatursensortypen.

    Patronensensoren mit 3 mm Durchmesser wie die von Slice Engineering™

    1. Entferne eine der beiden Halteschrauben (M3-Linsenkopfschraube) vom Heizblock.
    2. Trage mit dem mitgelieferten Applikator-Tupfer der Bornitrid-Paste etwas Paste in den Sensorschacht des Heizblocks und auf die Oberfläche der Patrone auf.
    3. Führe den Sensor in den Sensorschacht ein.
    4. Setze die zuvor entfernte Halteschraube wieder ein.
    5. Wische die überschüssige Bornitridpaste mit einem Wattestäbchen ab und lasse sie dann wie im vorigen Abschnitt beschrieben trocknen.
    Mosquito Heater
    Heater für Mosquito™ Hotends

    Sensoren mit Gewindebolzen mit M3-Gewinde

    1. Entferne eine der beiden Halteschrauben aus dem Heizblock.
    2. Trage etwas Bornitrid-Paste auf das Gewinde und die Schulter des Sensors auf.
    3. Installiere den Sensor in die Gewindebohrung, die zuvor mit der Halteschraube belegt war.
    4. Wische die überschüssige Bornitridpaste mit einem Wattestäbchen ab und lasse sie trocknen (siehe Abschnitt Verwendung der Bornitrid-Paste).

    Glasperlensensoren

    Für genaue Temperaturmessungen mit Glasperlensensoren musst Du die Glasperle "eingießen". Hierzu füllst Du den Raum zwischen der Glasperle und der Wand der Sensorbohrung mit Bornitrid-Paste aus.

    1. Fülle den Sensorschacht mit Paste und führe die Glasperle tief in die nasse Paste ein.
    2. Verankere die Sensorleitungen mit dem mitgelieferten Panduit-Kabelbinder zur Kabelsteuerung und Zugentlastung am Kühlkörper von Mosquito™. 
    3. Wische die überschüssige Bornitridpaste mit einem Wattestäbchen oder Schwamm ab und lasse sie vollständigen trocknen, wie im vorigen Abschnitt beschrieben.

    Installation der Heizkartusche

    Anschlüsse für Heizer und Sensor am Mosqito Hotend
    Anschlüsse für Thermistor und Heater des Mosquito™ Hotends

    Ebenfalls von Slice Engineering ist ein Hochtemperaturheizer mit einer Leistung von 50 Watt erhältlich. Es funktioniert aber prinzipiell jeder Patronenheizkörper. Achte nur darauf, dass dieser einen Außendurchmesser von 6 mm und eine Patronenlänge von weniger als 22,5 mm hat.

    Beachte bitte:  Eine Heizpatrone minderer Qualität kann einen erheblich überdimensionierten (außerhalb der Spezifikation) Außendurchmesser haben und nicht in Mosquito™ passen.  Wenn sich der Heizer leicht einsetzen lässt, kannst Du ihn verwenden, andernfalls ersetze ihn durch einen passenden. Drücke eine Heizpatronenkartusche mit Übergröße keinesfalls mit Gewalt in den Steckplatz der Heizkartusche in Mosquito™.

    1. Entferne eine der beiden Halteschrauben aus dem Heizblock.
    2. Trage die Bornitrid-Paste mit dem mitgelieferten Applikator-Tupfer in den Heizpatronenschacht des Heizblocks und auf die Oberfläche der Patrone auf.
    3. Führe das Heizelement in den Schacht ein.
    4. Setze die entfernte Halteschraube wieder ein.
    5. Wische die überschüssige Bornitrid-Paste mit einem Wattestäbchen ab und lasse sie wie im Abschnitt zuvor beschrieben trocknen.

    OPTIONAL: Installation des Lüfters

    Lüfter für Mosquito Hotends
    Lüfter für das Mosquito™ Hotend

    Das Mosquito™ Hotend benötigt deutlich weniger Kühlung als ein herkömmliches Hotend, sodass fast jeder Kühlventilator genügend Luftstrom zur Kühlung der Heat Break liefert. Bei der Installation des Mosquito™ als Nachrüstung kannst Du das vorhandene Kühlgebläse des 3D-Druckers im allgemeinen weiter verwenden.

    Lüftermontage auf einem Prusa i3
    Montage des Mosquito™ Hotends auf einem Prusa i3 mit Lüfteranbauten

    Falls Du das Mosquito™ Hotend auf einem neu aufzubauenden oder nagelneuen Drucker installierst, kannst Du den Mosquito™ Lüfter verwenden. Slice Engineering bietet einen winzigen, aber überraschend leistungsstarken Lüfter in 12 oder 24 V für das Mosquito™ Hotend an. Ein hoher Durchfluss, wie bei diesem Lüfter bedeutet im allgemeinen mehr Lärm. Das Mosquito™ benötigt eigentlich nicht viel Luftstrom. Möchtest Du es aber für Hochtemperaturdrucke in einem warmen/beheizten Gehäuse verwenden, kann ein leistungsstarker Lüfter nützlich sein.

    Für den täglichen Gebrauch wirst Du es vielleicht wie die meisten Nutzer vorziehen, den Ventilator im Slicer leiser zu stellen. Eine Drehzahl von 70 % ist dabei ein guter Ausgangspunkt. Du kannst die Drehzahl deines Lüfters jederzeit verringern, aber nicht über 100 % hinaus erhöhen. Mit einem schnelleren Lüfter stehen Dir somit mehr Optionen für verschiedene Anwendungen zur Verfügung. Der Lüfter wird mit einem Paar M 2,5 Schrauben geliefert, um ihn am Kühlkörper des Mosquito™ zu befestigen.

    Installation der Düse

    Vanadiumcarbid Nozzle von Slice Engineering
    Düsen aus Werkzeugstahl, wie die Vanadiumcarbid-Nozzle von Slice Engineering™ halten härtesten Bedingungen stand

    Passend zum Hotend bietet Slice Engineering hochwertige Düsen aus Werkzeugstahl an. Die Vanadiumcarbid-Düsen halten auch abrasiven Materialien stand. Wenn das Gewinde der Düse und des Heizblocks frei von thermoplastischen Rückständen ist, kannst Du sie sofort einsetzen. Bei Verschmutzungen mit Kunststoff ist ein "Vorheizen" des Mosquito™ zum Düsenwechsel erforderlich. Grundsätzlich gilt: Bei korrektem Festziehen und der Verwendung von hochwertigen Düsen bleiben die Gewinde sauber. Du kannst die Abdichtung und damit die Wärmeleistung verbessern, indem Du auch hier Bornitrid-Paste verwendest. Trage hierfür auf den Gewinden und Dichtflächen von Düse und Heat Break etwas Paste auf und lasse sie eintrocknen. Optional kannst Du Deine Düsen außerdem mit dem Plastic Repellent behandeln. Dadurch sammelt sich weniger Filament an der Düse, wodurch diese länger sauber bleibt.

    Plastic Repellent von Slice Engineering zur Behandlung der Düsen
    Verhindert das Anhaften von Filamentresten an der Nozzle: Plastic Repellent von Slice Engineering™

    Zusätzlich empfiehlt Slice Engineering™ die Verwendung des Drehmomentschlüssels mit 1,5 Nm zum Anziehen der Düsen, um Kunststoffleckagen zu verhindern. Beachte bitte:  Nicht alle Düsen sind so hergestellt, dass sie einem Drehmoment von 1,5 Nm standhalten. Düsen minderer Qualität können unter diesen Belastungen reißen. Verwende den Drehmomentschlüssel nicht bei Düsen minderer Qualität.

    Drehmomentschlüssel von Slice Engineering
    Drehmomentschlüssel mit 1,5 Nm von Slice Engineering™ zum Anschrauben der Düse

    Bereitstellung von Zugentlastung und Kabelmanagement

    Verwende zur Fixierung deiner Kabel am besten den mitgelieferten Panduit® -Kabelbinder. Mit ihm kannst Du die Heizpatrone, den Temperatursensor und die Lüfterkabel aufnehmen und fixieren. So sind alle Kabel sicher und platzsparend verwahrt.

    Set zu Fixierung der Kabel am Hotend
    Panduit® -Kabelbinder
    Mosquito Hotend mit befestigter Zugentlastung
    Am Hotend befestigte Zugentlastung
    Mosquito Hotend mit Lüfter und Zugentlastung
    Komplett zusammengebautes Mosquito™ Hotend mit Lüfter und Zugentlastung für Kabel

    Wie Du in meiner Mosquito™ Hotend Anleitung gesehen hast, ist es nicht weiter kompliziert, dieses herausragende Hotend anzuschließen. Entscheidend ist ein gut gemachter Adapter für deinen 3D-Drucker. Diesen Adapter kannst Du dank des Designs dieses Hotends für viele Anwendungen sogar aus PLA drucken. Nur bei einem geschlossenen und stark erhitzten Bauraum solltest Du hitzeresistentere Materialien drucken.

    Ich hoffe, Dir hat meine Mosquito™ Hotend Anleitung bisher gefallen. Weiter geht es im zweiten Teil mit der Montage und Demontage des Mosquito™ Hotends.

    Fragen und Antworten zum Mosquito Hotend

    Welche Teile von Slice Engineering sollte ich kaufen, um das Hotend meines 3D Druckers umzurüsten?

    Wenn Du nicht an die Temperaturgrenzen des Mosquito gehen musst, kannst Du z. B. Heater, Thermistor und ggf. Düse Deines 3D Druckers wieder verwenden.

    Ich habe noch Heater und Thermistor von meinem e3D v6 Hotend, kann ich die mit dem Mosquito verwenden?

    Ja, Heater Cartridge und Thermistor von e3D passen auch in das Mosquito Hotend.

    Neigt das Mosquito Hotend zu Temperaturschwankungen, wie ich es von günstigeren Hotends aus Aluminium kenne?

    Die Verwendung hochwertiger Metalle und die gute Temperaturstabilität gehören zu den großen Vorteilen des Mosquito Hotends.

    Der Preis für das Mosquito Hotend ist wirklich hoch, sollte ich nicht besser zu einem Klon greifen?

    Die Verarbeitung, die verwendeten Materialien und die damit verbundene Zuverlässigkeit sollten den Preis rechtfertigen, besonders, wenn es um den 3D-Druck mit Hochtemperaturfilament geht.

    Kann ich mit dem Mosquito Hotend Standard e3D V6 und Volcano Düsen verwenden?

    e3D V6 Düsen kannst Du mit dem Mosquito verwenden, Volcano Düsen sind jedoch zu lang.

    Ich frage mich, ob ich mit dem Mosquito Hotend Kohlefaser und PC drucken kann?

    Mit dem Mosquito Hotend können Filamente bis 450 °C gedruckt werden. In Verbindung mit der Vanadiumcarbid Nozzle (oder e3D Nozzle X) auch abrasive Filamente, wie Kohle- oder Glasfaser.

    Passt das Mosquito Hotend auf das e3D Hemera?

    Nein, für das e3D Hemera benötigst Du das V6 oder Volcano Hotend.

    Mosquito Standard oder Magnum? Was ist der Unterschied beim Drucken? Könnte ich mit einer 0,1 mm Düse auf der Magnum-Version drucken?

    Die Magnum Version ist für einen höheren Materialdurchsatz entworfen worden. Ja, Du kannst mit dem Magnum und einer 0,1 mm Düse immer noch gut drucken.

    Was ist der Unterschied in der vertikalen Höhe zwischen e3D V6 und Mosquito?

    e3D V6 ist mit Düse 62,3 mm lang. Das Mosquito Hotend ohne Düse ist 41 mm lang.

    Wie schwer ist das Mosquito Hotend?

    Ohne Düse hat das Hotend ein Gewicht von 41 Gramm.

    Kann ich das Mosquito Hotend auch mit einem Perlenthermistor verwenden?

    Ja, das geht. In dem Fall musst Du den Raum zwischen Thermistor und Thermistorschacht mit Wärmeleitpaste füllen.

    Welche Ersatzteile bekomme ich für das Mosquito Hotend?

    Alle Bestandteile des Hotends sind austauschbar und als Ersatzteil verfügbar.

    Welche Filamente kann ich mit dem Mosquito Hotend drucken?

    Es eignen sich alle Filamente mit 1,75 mm Durchmesser.

    Kann ich mit dem Mosquito auch größere Düsen verwenden?

    Ja, allerdings solltest Du für größere Düsen (0,8 mm bis 1,2 mm) das Magnum Hotend verwenden.

  • Prototyping von Verpackungen mit Vakuumformung und 3D gedruckten Formen

    Mit Formlabs High Temp Resin zur Vakuumformung

    Die Vakuumformung gehört zu den weit verbreitenden Herstellungsmethoden für die Erzeugung von Verpackungen für verschiedene Güter. Von Salatmischungen im Lebensmittelgeschäft über den Deckel Ihres Kaffeebechers zum Mitnehmen bis hin zu hochwertiger Unterhaltungselektronik - die Vakuumformung eignet sich für die Herstellung leichter, kostengünstiger Verpackungen. Der Prozess der Vakuumformung ist dabei recht einfach, er erfordert vier Grundelemente:

    1. Eine Form oder ein Werkzeug, das die Form des Endteils erzeugt
    2. Eine Kunststoffplatte
    3. Eine Wärmequelle und
    4. Eine Vakuumquelle
    Vakuumform und Endergebnis aus der Vakuumform
    Beispiel einer Vakuumform aus Resin High Temp (links) und die daraus gezogene Form (rechts)

    Die Kunststoffplatte wird so gleichmäßig wie möglich erwärmt, bis sie weich und geschmeidig ist und auf die Form oder das Werkzeug gelegt werden kann. Anschließend wird ein Vakuum erzeugt, das die Kunststoffplatte an die Form andrückt. Dann lässt man das so erzeugte Teil abkühlen, bis es aus der Form entnommen werden kann. Die Herstellung von Vakuumformwerkzeugen mit traditionellen Herstellungsverfahren wie Fräsen oder Gießen ist oft zeitaufwändig und kostspielig, insbesondere bei komplexen Geometrien, strukturierten Oberflächen oder feinen Merkmalen. Zunehmend greifen Designer und Ingenieure daher auf 3D gedruckte Formen und Werkzeuge für die Vakuumformung zurück, um erhebliche Kosten- und Zeiteinsparungen zu erzielen. Darüber hinaus können 3D gedruckte Formen und Werkzeuge problemlos kleine Merkmale wie Text und komplizierte Texturen aufnehmen, ohne die Teilekosten zu beeinflussen.

    Design-Richtlinien

    Wie bei jedem Herstellungsprozess gibt es auch für das erfolgreiche Vakuumformen Konstruktionsrichtlinien, die zu befolgen sind. Bevor Sie damit beginnen, sollten Sie einige Grundkenntnisse beherzigen. Lassen Sie uns zunächst einige Begriffe definieren, bevor wir uns mit den besten Praktiken für die Konstruktion von Vakuumformwerkzeugen befassen.

    Zwei grundlegende Formen-Stile

    Es gibt zwei grundlegende Arten von Vakuumformwerkzeugen: männliche und weibliche Formen. Bei der Herstellung eines kuppelförmigen Teils würde eine männliche Form eine konvexe Geometrie verwenden, während eine weibliche Form konkav ist.

    Männliche Positivform
    Beispiel einer Positivform - auch männliche Form genannt - mit konvexen Kurven
    Weibliche Negativform
    Beispiel einer Negativform - auch weibliche Form genannt - mit konkaven Kurven

    Einfluss von Winkeln auf die Teilentfernung

    Grundsätzlich sollten Sie Entformungswinkel vorsehen. Zwar können bestimmte Teilegeometrien ohne jeglichen Entformungswinkel geformt werden, jedoch wird die Entformung selbst dadurch unnötig erschwert oder gar unmöglich gemacht. Zugleich erleichtert ein Entformungswinkel ein gleichmäßiges Finish Ihrer vakuumgeformten Teile. Für männliche Formen werden 4-5 Grad Einziehung empfohlen. Für weibliche Formen sind die Empfehlungen für den Entwurf mit 1,5-3 Grad Einziehung niedriger. Bei tieferen Teilen kann das Hinzufügen zusätzlicher Verzugsgrade hilfreich sein, um qualitativ hochwertige Teile zu erhalten, die sich leicht aus der Form entfernen lassen. Die Verwendung von stark detaillierten Oberflächen erhöht in den meisten Fällen die Anforderungen an den Entformungswinkel, so dass Sie dies im Hinterkopf behalten sollten, wenn Ihr Design viele Details aufweist.

    Taschen, Ecken und Radien

    Bei Innentaschen ist es oft notwendig, Entlüftungslöcher durch die Form oder das Muster hindurch hinzuzufügen. Dadurch kann das Vakuum alle Bereiche der Form erreichen und den erweichten Kunststoff ausreichend nach unten ziehen, um das Kunststoffblatt vollständig an die Form anzuziehen. Wann immer möglich, sollten scharfe Kanten der Form mit Fasen oder Radien gebrochen werden, um sowohl die Spannungskonzentrationen im fertigen Teil zu reduzieren als auch das Risiko von Rissen oder Unebenheiten beim Vakuumformen zu verringern.

    Vakuumform ohne Luftkanäle
    Beispiel einer Vakuumform ohne Luftkanäle, wodurch die Winkel und Radien schlecht wiedergegeben werden
    Vakuumform mit Luftkanälen
    Beispiel einer Vakuumform mit Luftkanälen für ein besseres Formergebnis

    Teiletiefe und Ziehverhältnisse

    Es ist wichtig, die Form und das vakuumgeformte Teil so flach wie möglich zu halten. Je tiefer der zur Herstellung des Teils erforderliche Zug, desto mehr muss sich die Kunststoffplatte dehnen. Dies bedeutet, dass tiefer gezogene Teile dickere Materialien erfordern, mehr Variationen in der Wandstärke aufweisen und im Allgemeinen schwieriger erfolgreich zu produzieren sind. Es gibt eine einfache Formel, die als Ziehverhältnis bekannt ist.

    Mit dem Ziehverhältnis lässt sich leicht ermitteln, ob ein Teil wahrscheinlich erfolgreich geformt werden kann, und welche Dicke der Kunststoffplatte man mindestens benötigt, um die gewünschte Enddicke des Teils zu erreichen. Das Ziehverhältnis wird als die Oberfläche des Teils geteilt durch die Grundfläche des Teils ausgedrückt. Ein Ziehverhältnis von 3:1 wird im Allgemeinen als das Maximum für die meisten Vakuumformungsvorgänge angesehen. Um zu bestimmen, mit welcher Materialdicke man beginnen sollte, multipliziert man die gewünschte Dicke des Fertigteils mit dem Ziehverhältnis. Das Ziehverhältnis multipliziert mit der gewünschten Dicke des Fertigteils ergibt die minimale Materialdicke der Kunststoffplatte.

    Vorschau Form mit Stützstrukturen an der Unterseite
    Beispiel einer Vakuumform, welche mit Stützstrukturen an der Unterseite gedruckt wird

    Unterschiede in der Druckvorbereitung für männliche und weibliche Formen

    Die Abziehkräfte, die die Teile während des Druckens vom Harzbehälter trennen, variieren je nach Teilegröße und -geometrie. Ein geschlossenes Volumen, wie es bei einer parallel zur Bauplattform ausgerichteten weiblichen Form der Fall sein könnte, weist während des Drucks aufgrund der Schröpfkräfte aus dem umschlossenen Innenvolumen höhere Spannungen auf. Diese Formen sollten Sie stets mit Stützstrukturen drucken. Geschlossene männliche Formen haben eine geringere Schröpfneigung und eignen sich daher besser für einen 3D Druck direkt auf der Bauplattform.

    Vorschau Form direkt auf Bauplattform
    Beispiel einer Vakuumform, welche direkt auf der Bauplattform gedruckt wird

    Nachbearbeitung gedruckter Formen

    Wenn Ihre Form fertig gedruckt ist, müssen als nächstes die Harzreste auf den Oberflächen abgewaschen und die Teile nachgehärtet werden, um optimale physikalische Eigenschaften zu erreichen. Bei Formlabs Resin High Temp V2 haben Sie mehrere Nachhärtungsoptionen, die Sie je nach gewünschten Materialeigenschaften wählen. Lesen Sie hierzu im technischen Datenblatt nach, um zu verstehen, wie sich die verschiedenen Optionen auf die mechanischen Eigenschaften auswirken, und wählen Sie die Nachhärtungsoption, die für die beabsichtigte Anwendung am besten geeignet ist. Um die höchste HDT von 238 °C @ 0,45 MPa zu erreichen benötigen die Teile eine Nachbehandlung für 120 Minuten bei 80 °C in der Form Cure, oder mit einer thermischen Nachhärtung der Teile in einem Non-Food-Ofen für 3 Stunden bei 160 °C. Für Anwendungen, die nicht die maximale Wärmebeständigkeit erfordern, härten Sie Teile in der Form Cure für 60 Minuten bei 60 °C nach.

    Form Wash
    Formlabs Form Wash zum Waschen aus Resin 3D gedruckter Vakuumformen
    Form Cure
    Formlabs Form Cure zum Nachhärten aus Resin 3D gedruckter Vakuumformen

    Säubern von Vakuumformteilen

    In den meisten Fällen werden beim Vakuumformen endkonturnahe Teile hergestellt, d.h. es gibt Aspekte des Teils, die in irgendeiner Weise bearbeitet werden müssen, bevor der gesamte Herstellungsprozess als abgeschlossen betrachtet werden kann. Die meisten vakuumverformbaren Kunststoffe lassen sich entweder von Hand mit einem scharfen Messer oder mit einer Werkzeugmaschine wie einer Oberfräse oder einem Fräser leicht beschneiden.

    Gezogene Form ohne Säuberung
    Beispiel einer gezogenen Form vor der Säuberung
    Zuschneiden der gezogenen Form
    Säubern der gezogenen Form mit einem Skalpel

    Fazit

    Der 3D-Druck ist ein leistungsstarkes Werkzeug zur Beschleunigung von Design-, Konstruktions- und Fertigungsschritten. Wenn Sie sich bisher noch nicht mit der Vakuumformung beschäftigt haben, können Sie anhand dieser kurzen Anleitung einen ersten Einstieg finden, wie Sie am besten Formengeometrien entwerfen. Mit der richtigen Sorgfalt halten 3D gedruckte Formen für Dutzende und Dutzende von vakuumgeformten Teilen. Für die Anwendung im Modellbau und die Fertigung von Prototypen sind der Form 3 in Kombination mit Resin High Temp und der Mayku Formbox ideale Werkzeuge für Ihre Vakuumformung.

    Im Original gefunden auf Formlabs, übersetzt und überarbeitet von Thomas Hellmann.

  • Wie finde ich das richtige 3D Druck Material?

    Wie du das richtige 3D Druck Material findest

    Sind dir auch schon einmal so kryptische Begriffe, wie z. B. Izod impact strength, notched (at 23 °C)Elongation at yield, und ASTM D 256-10 in den Datenblättern zu 3D Druck Material aufgefallen? Worin unterscheiden sich diese Werte? Was sagen die Werte aus dem Datenblatt eigentlich aus? In welcher Beziehung stehen die angegebenen Daten zu gängigen Materialien, mit denen wir uns täglich umgeben, und warum ist es für deine Entscheidung wichtig? Zugegeben, das Thema wirkt ein wenig trocken. Solange du "einfach nur" 3D drucken möchtest, macht das doch keinen Unterschied, oder etwa doch? Nun ... vielleicht ein wenig für jeden von uns. Ganz bestimmt eine Menge, wenn die Materialien Belastungen ausgesetzt werden.

    Ausschnitt aus einem Datenblatt für 3D Druck Material Resin
    Ausschnitt eines Datenblatts für Resin
    Ausschnitt aus einem Datenblatt für 3D druck Material Filament
    Ausschnitt eines Datenblatts für Filament

    3D Druckmaterialien in ihrer großen Bandbreite unterscheiden sich nicht nur von Material zu Material, sondern sehr oft auch von Hersteller zu Hersteller, manchmal sogar von Charge zu Charge. Alle Materialeigenschaften, wie chemische, optische, mechanische, thermische oder elektrische Eigenschaften bestimmen darüber, wie sich ein bestimmtes Material unter bestimmten Bedingungen verhält. Um diese Unterschiede beurteilen zu können, helfen quantitative Metriken aus definierten Testumgebungen und -Szenarien, den Nutzen eines Materials im Vergleich zu einem anderen für einen bestimmten Anwendungsfall anhand der Testattribute zu bewerten.

    Nachfolgend zeige ich dir die am häufigsten verwendeten Werte zur Bestimmung bestimmter mechanischer und thermischer Eigenschaften. Ich zeige dir, wie du die Bedeutung für deine Anwendung abliest und inwiefern sich die Eigenschaften typischer 3D Druckmaterialien von den Kunststoffen unterscheiden, die in herkömmlichen Produktionsverfahren, wie dem Spritzguss Verwendung finden. Mithilfe dieses Beitrags sollst du in die Lage versetzt werden, den von dir gewünschten Werkstoff richtig einzuschätzen und das richtige 3D Druck Material zu finden.

    Häufig genannte mechanische und thermische Eigenschaften bei 3D Druck Material

    Werkstoffeigenschaften werden am zuverlässigsten mit standardisierten Prüfmethoden gemessen. Es handelt sich dabei um Standards, die von Benutzergruppen oder -Gemeinschaften dokumentiert wurden oder im Rahmen nationaler oder internationaler Standardisierungsorganisationen vereinbart wurden (z. B. ASTMISO). Dabei beziehen sich alle Tests auf standardisierte Prüflinge. Insofern geben sie dir nur einen Anhaltspunkt für die Eigenschaften deines Bauteils, denn diese Eigenschaften werden auch von der Geometrie des Bauteils beeinflusst. Ich gehe auf die in der Tabelle genannten Tests ein und zeige dir an Beispielen von 3D Druck Material, wie sie sich unterscheiden. Die dabei gezeigten Beispiele sind nicht allgemeingültig und beziehen sich lediglich auf die jeweiligen Materialien der genannten Hersteller zum Zeitpunkt der Verfassung dieses Artikels.

    DarstellungMaterialeigenschaftDefinitionWarum ist das wichtig?
    Zugfestigkeit / Tensile StrengthZugfestigkeit (Tensile Strength)Beständigkeit eines Materials gegen Bruch unter Spannung.Eine grundlegende Eigenschaft, die die ultimative Stärke eines Teils zeigt. Eine hohe Zugfestigkeit ist wichtig für tragende, mechanische, statische Teile oder Strukturteile.
    Elastizitätsmodul / Young's ModulusElastizitätsmodul (Young's Modulus)Beständigkeit eines Materials gegen Dehnung unter Spannung (Steifheit).Ein guter Indikator für die Steifigkeit (hoher Modul) oder die Flexibilität (niedriger Modul) eines Materials.
    Dehnung / ElongationDehnung (Elongation)Beständigkeit eines Materials gegen Brechen, wenn es gedehnt wird.Hilft dir, Eigenschaften flexibler Materialien in Bezug auf die Dehnbarkeit zu vergleichen. Zeigt auch an, ob sich ein Material zuerst verformt oder plötzlich bricht.
    Biegefestigkeit / Flexural StrengthBiegefestigkeit (Flexural Strength)Bruchfestigkeit eines Materials beim Biegen.Ähnlich der Zugfestigkeit, zeigt jedoch Festigkeit im Biegemodus. Auch ein guter Indikator, wenn ein Material isotrop (homogen) ist.
    Biegemodul / Flexural ModulusBiegemodul (Flexural Modulus)Biegefestigkeit eines Materials unter Last.Guter Indikator für die Steifigkeit (hoher Modul) oder die Flexibilität (niedriger Modul) eines Materials.
    Schlagfestigkeit / Impact StrengthSchlagfestigkeit (Impact Strength)Fähigkeit eines Materials, Stöße und Schlagenergie zu absorbieren, ohne zu brechen.Zeigt die Zähigkeit eines Materials an. Dieser Wert hilft dir herauszufinden, ob ein Teil heil bleibt, wenn es auf den Boden fällt oder gegen ein anderes Objekt stößt.
    Eindruckhärte / Indentation HardnessEindruckhärte (Shore) (Indentation Hardness (Shore))Widerstand eines Materials gegen Verformung.Hilft dir, die richtige Weichheit für Gummi und Elastomere für bestimmte Anwendungen zu ermitteln.
    Druckverformungsrest / Compression SetDruckverformungsrest (Compression Set)Bleibende Verformung nach dem Zusammendrücken des Materials.Wichtig für elastische Anwendungen. Zeigt an, ob ein Material schnell in seine ursprüngliche Form zurückspringt.
    Reißfestigkeit / Tear StrengthReißfestigkeit (Tear Strength)Beständigkeit eines Materials gegen Risswachstum unter Spannung.Wichtig für flexible Materialien wie Gummi oder Textilien. Zeigt die Abriebfestigkeit an.
    Wasseraufnahme / Water AbsorptionWasseraufnahme (Water Absorption)Menge des unter bestimmten Bedingungen aufgenommenen Wassers.Vor allem bei der Verarbeitung des Rohmaterials kann eine hohe Wasseraufnahme oder Luftfeuchtigkeit zur Verschlechterung der Materialeigenschaften bei Thermoplasten führen.
    Wärmeformbeständigkeitstemperatur / Heat Deflection TemperatureWärmeformbeständigkeitstemperatur (Heat Deflection Temperature)Temperatur, bei der sich eine Probe unter einer bestimmten Belastung verformt.Zeigt an, ob ein Material für Hochtemperaturanwendungen geeignet ist.
    Vicat-Erweichungspunkt / Vicat Softening PointVicat-Erweichungspunkt (Vicat Softening Point)Temperatur, bei der das Material spürbar weich wird.Wird für Materialien verwendet, die keinen bestimmten Schmelzpunkt haben. Für Hochtemperaturanwendungen hilft es, die obere Temperaturgrenze für den Dauereinsatz zu bestimmen.
    Wärmeausdehnung / Thermal ExpansionWärmeausdehnung (Thermal Expansion)Tendenz eines Materials, sich als Reaktion auf eine Temperaturänderung auszudehnen (oder zu schrumpfen).Wichtig für Anwendungen, bei denen eine Formänderung als Reaktion auf die Temperatur nicht akzeptabel oder wünschenswert ist.

    Es ist recht wahrscheinlich, dass du auf folgende Metriken und Standards in Datenblättern von Materialien stößt. Hier ein Beispiel für die Zugfestigkeit von Formlabs Standard Clear Resin:

    MetricImperial Method
     GreenPost-curedGreenPost-cured 
    Ultimate Tensile Strength38 MPa65 MPa5510 psi9380 psiASTM D 638-10

    Ein weiteres Beispiel, diesmal für die Bruchdehnung von Ultimaker ABS:

    Mechanical properties Injection molding 3D printing
     Typical valueTest methodTypical valueTest method
    Elongation at break - -210 %ISO 527(50 mm/min)

    Was sagen also diese Werte nun aus?

    • Metric: metrische Einheiten
    • Imperial: imperiale Einheiten
    • Method: Testmethode zum standardisierten Vergleich
    • Green: Werte für SLA Teile ohne Nachbehandlung
    • Post-cured: Werte für SLA Teile mit Nachbehandlung in einer UV-Kammer
    • Typical value: typischer Wert aus einer Reihe mehrerer Tests

    Das sind also nun unsere Grundlagen. Kümmern wir uns jetzt um die jeweiligen Testmethoden, die ich in der Tabelle zuvor aufgeführt habe und sehen wir uns an, wie diese Werte im Vergleich der unterschiedlichen Materialien ausfallen. Im Zuge dessen sehen wir uns auch noch an, wie sich die Werte der unterschiedlichen Produktionsverfahren zueinander verhalten. Der Einfachheit halber verzichte ich bei den aufgeführten Werten auf die Angabe der jeweiligen Testmethode ... ja richtig, wie wir zuvor gelernt haben, ist das ein wenig wie Äpfel mit Birnen zu vergleichen. Doch mir geht es eher darum, den jeweiligen Wert aufzuzeigen und typische Angaben beim 3D Druck Material dafür zu identifizieren. Wer also exakte Informationen benötigt, kommt nicht umhin, neben den Datenblättern auch noch die darin angegebenen Teststandards zu studieren.

    Zugfestigkeit / Tensile Strength

    Zugfestigkeit / Tensile Strength

    Eine der grundlegendsten Materialeigenschaften ist die Zugfestigkeit, also die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegen Bruch unter Spannung. In Materialdatenblättern steht dieser Wert meist weit oben, da ihm eine so hohe Bedeutung in der Materialbewertung zukommt. In Verbindung mit einer ausreichenden Duktilität (Dehnbarkeit, Verformbarkeit) zeigt die Zugfestigkeit auch die Zähigkeit eines Materials an. Einige Materialien brechen unvermittelt, das nennen wir im Allgemeinen spröde, andere Materialien, wie z. B. viele Kunststoffe und Metalle hingegen verformen sich zunächst, bevor sie reißen. Um dieses Verhalten klar zu verstehen, werden Zugfestigkeitsdaten üblicherweise mit einer Spannungs-Dehnungs-Kurve ergänzt.

    Materialien mit hoher Zugfestigkeit finden sich typischerweise in mechanischen oder statischen Bauteilen, sowie Strukturbauteilen, bei denen ein Bruch inakzeptabel ist. Häufige Anwendungsgebiete sind daher z. B. im Bauwesen, in der Automobilindustrie, in der Luftfahrt sowie bei Drähten, Seilen, kugelsicheren Westen und mehr. Im 3D-Druck werden mittlerweile oft gleiche oder sogar höhere Zugfestigkeiten im Vergleich zu Kunststoffteilen aus dem Spritzguss erreicht. Hohe Zugfestigkeiten bieten z. B. ABSNylon und Tough Resin.

    Zugfestigkeit von herkömmlichen und 3D gedruckten Materialien, gemessen in MPa:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    ABSNylonPolypropylenKiefernholz(entlang der Faser)Edelstahl 17-4 PHUltimaker ABSFormlabs Tough ResinUltimaker Nylon
    40 MPa70 MPa40 MPa40 MPa1090 MPa33,9 MPa34,7 MPa (Green)
    55,7 MPa (Post-Cured)
    34,4 MPa

    Für weiterführende Informationen siehe auch: ZugfestigkeitASTM D638-10ISO 527-1

     zurück zur Übersicht

    Elastizitätsmodul / Young's Modulus

    Elastizitätsmodul / Young's Modulus

    Der Elastizitätsmodul gibt Auskunft über die Steifigkeit eines Materials unter Zugbelastung. Je höher der Wert vom Elastizitätsmodul, desto steifer ist das Material. Am oberen Ende der Skala wird mit dem Elastizitätsmodul die Formtreue eines Materials unter Last quantifiziert. Diese Eigenschaft ist von besonderer Bedeutung für dich, wenn du auf der Suche nach einem Material für Strukturteile und tragende mechanische Teile bist, von denen du erwartest, dass sie unter Last innerhalb ihrer geometrischen Spezifikationen bleiben.

    Ein niedriger Elastizitätsmodul wiederum deutet auf ein elastisches Material hin, da es sich leicht verformen lässt. Diesen Wert ziehst du also am unteren Ende der Skala in Betracht, wenn du auf der Suche nach einem elastischen, weichen und flexiblem Material bist.

    Elastizitätsmodul traditioneller und 3D gedruckter Materialien, gemessen in GPa:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    ABSNylonPolypropylenKiefernholz(entlang der Faser)Edelstahl 17-4 PHUltimaker ABSFormlabs Tough ResinUltimaker Nylon
    2,3 GPa1,8 GPa1,9 GPa11 GPa280 GPa1,68 GPa0,45 GPa (Green)
    1,26 GPa (Post-Cured)
    0,58 GPa

    Für weiterführende Informationen siehe auch: ElastizitätsmodulASTM D638-10ISO 527-1

     zurück zur Übersicht

    Dehnung / Elongation

    Dehnung / Elongation

    Das Ausmaß, in dem sich ein Material im Moment des Brechens ausdehnt, wird als Dehnung bezeichnet. Definiert als das Verhältnis der Ausdehnung über die anfängliche unbelastete Länge, drückt es die Fähigkeit eines Materials aus, Formänderungen ohne Rissbildung zu widerstehen. Steife Materialien, wie spröde harte Kunststoffe, weisen typischerweise eine geringe Bruchdehnung auf, während sich einige weiche, elastische Materialien vor dem Bruch um ein Vielfaches ihrer eigenen Länge dehnen können.

    Wenn du auf der Suche nach einem flexiblen Material für deinen 3D Druck bist, dann gibt dir die Dehnung Auskunft darüber, wie stark sich das Material dehnen kann. Die Dehnungsmöglichkeit eines Materials ist oft in der Konstruktion und Architektur wichtig, wo es darauf ankommt, dass Verformungen erwünscht sind, bevor ein Material zusammenbricht. Sofern die Werte angegeben sind, kann die Dehnung aus der Zugfestigkeit und dem Zugmodul eines Materials abgeleitet werden. Es handelt sich insofern um ein teilweise redundantes Maß.

    Dehnung traditioneller und 3D gedruckter Materialien, gemessen in Prozent:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    ABSNylonPolypropylenKiefernholz(entlang der Faser)Edelstahl 17-4 PHUltimaker ABSFormlabs Tough ResinUltimaker Nylon
    30 %90 %100 %9 %5 %3,5 %67 % (Green)
    49 % (Post-Cured)
    210 %

    Für weiterführende Informationen siehe auch: DehnungASTM D638-10ISO 527-1

     zurück zur Übersicht

    Biegefestigkeit (Flexural Strength)

    Biegefestigkeit (Flexural Strength)

    Ähnlich wie die Zugfestigkeit beschreibt die Biegefestigkeit die Bruchfestigkeit eines Materials unter Last. Der Unterschied liegt in der Art der Last, die sich für die Biegefestigkeit im Biegemodus befindet und somit sowohl die Druckfestigkeit als auch die Zugfestigkeit eines Materials widerspiegelt.

    Bei den meisten Kunststoffen liegen Biege- und Zugfestigkeit eng beieinander. Wenn ein Material isotrop (homogen) ist, entspricht seine Biegefestigkeit der Zugfestigkeit. Aufgrund der starken chemischen Bindungen zwischen den 3D Drucken sind im SLA-Verfahren gebaute Teile isotrop. Insofern ergibt sich speziell in diesem Verfahren ein Vorteil, da die Teile unabhängig von der Ausrichtung eine vergleichbare Festigkeit aufweisen.

    Biegefestigkeit von herkömmlichen und 3D gedruckten Materialien, gemessen in MPa:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    ABSNylonPolypropylenKiefernholz(entlang der Faser)Edelstahl 17-4 PHUltimaker ABSFormlabs Tough ResinUltimaker Nylon
    63 MPa117 MPa40 MPa60 MPa1100 MPa70,5 MPa20,8 MPa (Green)
    60,6 MPa (Post-Cured)
    24,0 MPa

    Für weiterführende Informationen siehe auch: BiegefestigkeitASTM D790-15ISO 178

     zurück zur Übersicht

    Biegemodul (Flexural Modulus)

    Biegemodul (Flexural Modulus)

    Der Biegemodul ist ein Maß für die Steifigkeit eines Materials in Biegerichtung. Ein hoher Biegemodul zeigt ein steiferes Material an, während elastische Materialien einen niedrigeren Biegemodul haben. Genau wie Zug- und Biegefestigkeit hängen Zug- und Biegemodul eng zusammen und unterscheiden sich in der Regel nicht wesentlich.

    Der Biegemodul ist eine wichtige Messgröße für Anwendungen wie Stahlfedern, insbesondere Blattfedern sowie Stützbalken oder Bauteile. Diesen Wert ziehst du also hinzu, wenn du wissen musst, wie gut oder schlecht sich ein Material biegen lässt.

    Der Biegemodul von herkömmlichen und 3D gedruckten Materialien, gemessen in GPa:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    ABSNylonPolypropylenKiefernholz(entlang der Faser)Edelstahl 17-4 PHUltimaker ABSFormlabs Tough ResinUltimaker Nylon
    2,5 GPa1,8 GPa1,5 GPa8 GPa210 GPa2,07 GPa0,6 GPa (Green)
    1,6 GPa (Post-Cured)
    0,5 GPa

    Für weiterführende Informationen siehe auch: Flexural ModulusASTM D790-15ISO 178

     zurück zur Übersicht

    Schlagfestigkeit / Impact Strength

    Schlagfestigkeit / Impact Strength

    Materialien können auf statische Belastungen anders reagieren als auf plötzliche Stöße. Die Fähigkeit, diese plötzliche Energie während der plastischen Verformung aufzunehmen, ist die Zähigkeit des Materials. Definiert als die Energiemenge, die ein Material bei einem plötzlichen Aufprall oder Stoß aufnehmen kann, ohne zu brechen, sind Aufpralltests ein hervorragender Indikator für die Zähigkeit. Spröde Materialien weisen aufgrund der geringen plastischen Verformung, die sie aushalten können, eine geringe Zähigkeit auf. Im Allgemeinen nimmt bei niedrigeren Temperaturen auch die Aufprallenergie ab, die ein Material absorbieren kann.

    Die Schlagfestigkeit ist ein wichtiger Faktor in vielen Anwendungen, von Gehäusen über Schutzschirme bis hin zu Schutzbrillen. Der IZOD- und der Charpy-Schlagfestigkeitstest sind zwei gebräuchliche Schlagfestigkeitstests, die sich nur in der Art und Weise unterscheiden, in der sie gemessen werden, wobei Ersterer der ASTM-Standard ist.

    Schlagzähigkeit von herkömmlichen und 3D gedruckten Materialien, gemessen in J/m²:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    ABSNylonPolypropylenKiefernholz(entlang der Faser)Edelstahl 17-4 PHUltimaker ABSFormlabs Tough ResinUltimaker Nylon
    400 J/m²64 J/m²64 J/m²19 J/m²k. A.10,5 kJ/m²32,6 J/m² (Green)
    38 J/m² (Post-Cured)
    34,4 kJ/m²

    Für weiterführende Informationen siehe auch: Zähigkeit, ASTM D256-10, ISO 180

    zurück zur Übersicht

    Eindruckhärte (Shore) / Indentation Hardness (Shore)

    Eindruckhärte / Indentation Hardness

    Unter Härte versteht man den Widerstand eines Materials gegen bleibende Formänderungen, wenn eine Druckkraft ausgeübt wird. In der Praxis ist Härte gleichbedeutend mit Kratzfestigkeit sowie Eindrückfestigkeit und elastischer Verformung. Härte und Zähigkeit schließen sich gegenseitig aus. Harte Materialien sind von Natur aus spröde, während für die Zähigkeit ein Material mit einer gewissen Verformbarkeit erforderlich ist. Während eine niedrige Härte im Allgemeinen auf ein weiches Material hinweist, wird die obige Härtedefinition umso unpraktischer, je weicher das zu prüfende Material ist. Hier kommt der Shore-Durometer (oder die Shorehärte) ins Spiel - eine Testmethode und -Definition zur Messung der Härte (oder Weichheit) von weichen, flexiblen und elastischen Materialien wie Gummi, Elastomeren und einigen Polymeren.

    In der Praxis wird das Shore-Durometer häufig verwendet, um geeignete Materialien für Oberflächen mit weichem Griff zu identifizieren, z. B. einen Griff oder das richtige Gummi für eine bestimmte Dichtung. Der Durometer ist auch ein wichtiges Maß für Rollen und Vollgummireifen. Eine hohe Shorehärte zeigt ein härteres und weniger flexibles Material an, während ein niedrigerer Wert ein weicheres Material anzeigt. Wenn in einem Datenblatt kein Wert für die Härte angegeben ist, kann ein niedriger Zugmodul auch ein guter Indikator für ein elastisches und weiches Material sein. Die ASTM-Prüfnorm sieht insgesamt 12 Skalen (von A bis R) vor, wobei die A-Skala für weichere Kunststoffe am gebräuchlichsten ist und die D-Skala für härtere. Die jeweiligen Abstufungen sind dann wiederum in Ziffern angegeben. So gibt es Shore Härte 80 in der Skala A ebenso, wie in der Skala D.

    Eindruckhärte von herkömmlichen und 3D gedruckten Materialien, gemessen auf der Shore A-Skala:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    GummibandTürdichtungAutoreifenHydraulik O-RingSkateboard RolleUltimaker TPUFormlabs Flexible ResinNinjaFlex
    25 A55 A70 A70-90 A98 A95 A70-75 A (Green)
    80-85 A (Post-Cured)
    85 A

    Für weiterführende Informationen siehe auch: ZähigkeitASTM D2240Shore Durometer

     zurück zur Übersicht

    Druckverformungsrest / Compression Set

    Druckverformungsrest / Compression Set

    Der Druckverformungsrest wird üblicherweise verwendet, um die bleibende Verformung in einem weichen Material wie einem Elastomer zu beschreiben, nachdem eine Druckkraft entfernt wurde. Materialien mit einem hohen Druckverformungsrest sind nicht für Anwendungen geeignet, bei denen erwartet wird, dass ein Teil schnell in seine ursprüngliche Form zurückspringt, nachdem eine Druckkraft entfernt wurde, wie z. B. Federn. Für Dämpfer oder Dichtungen kann ein hoher Druckverformungsrest akzeptabel oder erwünscht sein.

    Druckverformungsrest von herkömmlichen und 3D Druckmaterialien, gemessen in Prozent:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    weiches Silikonhartes SilikonSilikonschwammUrethaneFormlabs Flexible ResinFormlabs Elastic ResinTango (PolyJet)
    1 %
    5 %5 %0,4 % (Green)
    0,4 % (Post-Cured)
    2 % (Green)
    3-9 % (Post-Cured)
    0,5-5 %

    Für weiterführende Informationen siehe auch: DruckverformungsrestASTM D395-03

     zurück zur Übersicht

    Reißfestigkeit / Tear Strength

    Reißfestigkeit / Tear Strength

    Die Reißfestigkeit beschreibt die Widerstandskraft gegenüber Rissbildung bei Dehnung eines Materials, insbesondere das Wachstum von Schnitten und deren Ausbreitung durch das Material unter Last. Materialien mit geringer Reißfestigkeit neigen zu geringer Abriebfestigkeit und versagen schnell, wenn sie beschädigt werden.

    Die Reißfestigkeit ist ein wichtiger Faktor bei der Auswahl flexibler Materialien wie Gummi oder Textilien für hochfeste Anwendungen. Materialien, die für gespannte Membranen, Trommeln oder Segeltücher, Gummibänder und Bungees verwendet werden, müssen auch nach anfänglicher Beschädigung reißfest sein und erfordern daher eine hohe Reißfestigkeit.

    Reißfestigkeit von herkömmlichen und 3D gedruckten Materialien, gemessen in kN/m:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    weiches Silikonhartes SilikonUrethaneFormlabs Flexible ResinFormlabs Elastic ResinTango (PolyJet)
    9,8 kN/m49 kN/m12-26 kN/m9,5-9,6 kN/m (Green)
    13,3-14,1 kN/m (Post-Cured)
    8,9 kN/m (Green)
    19,1 kN/m (Post-Cured)
    3,3-10 kN/m

    Für weiterführende Informationen siehe auch: Reiß- / ZugfestigkeitASTM D395-03

     zurück zur Übersicht

    Wasseraufnahme / Water Absorption

    Wasseraufnahme / Water Absorption

    Kunststoffe nehmen eine bestimmte Menge Wasser aus feuchter Luft oder beim Eintauchen in Wasser auf. Obwohl einige Kunststoffe hygroskopischer sind als andere, ist diese winzige Wasseraufnahme für die endgültigen Kunststoffprodukte selten von Bedeutung. Es spielt jedoch eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung der Rohstoffe und bei der Hitzebeständigkeit von Kunststoffteilen.

    Bei Erhitzung über eine bestimmte Temperaturschwelle von typischerweise etwa 150 bis 160° C entsteht bei vielen Thermoplasten in Gegenwart von Feuchtigkeit eine chemische Reaktion, die als Hydrolyse bezeichnet wird und bei der lange Molekülketten in kürzere Ketten gespalten werden und das Material schwächen. Wenn ein thermoplastischer Rohstoff mit hoher Wasseraufnahme vor dem 3D Druck oder Spritzgießen Feuchtigkeit ausgesetzt wird, tritt während des Prozesses eine Hydrolyse auf, die zu schlechten Materialeigenschaften des fertigen Teils führt. Thermoplastische Rohstoffe mit hoher Wasseraufnahme müssen daher trocken gelagert werden.

    Während spritzgegossene Kunststoffe (ABS, Nylon, Polypropylen) Thermoplaste sind, sind SLA-Photopolymere Duroplaste - sie werden mit einer Lichtquelle ausgehärtet, anstatt in Form geschmolzen und bleiben nach dem Aushärten in einem dauerhaften festen Zustand. Infolgedessen sind sie nicht anfällig für die negativen Auswirkungen der Hydrolyse. Hingegen wird Polyvinylalkohol (PVA) durch seine hydrophilen Eigenschaften schnell mit Feuchtigkeit gesättigt und karbonisiert zu harten Rückständen.

    Wasseraufnahme von herkömmlichen und 3D gedruckten Materialien, gemessen in Prozent:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    ABSNylonPolypropylenABS (FDM)Formlabs High Temp ResinNylon (SLS)Ultimaker PVA
    0,05-1,8 %0,7-1,6 %0,01-0,1 %ca. 0,14 %ca. 0,21 %ca. 0,2 %löslich in Wasser

    Für weiterführende Informationen siehe auch: Wasseraufnahme

     zurück zur Übersicht

    Wärmeformbeständigkeitstemperatur / Heat Deflection Temperature

    Wärmeformbeständigkeitstemperatur / Heat Deflection Temperature

    Materialeigenschaften, insbesondere Zug- und Biegemodule, sind an die standardisierten Umgebungsbedingungen gebunden, unter denen die Prüfergebnisse aufgezeichnet wurden. Unterschiedliche Umgebungsbedingungen, wie z. B. unterschiedliche Umgebungstemperaturen, können die Leistung eines Materials unter Last drastisch verändern. Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT) erfasst die Temperatur, bei der sich ein Material unter einer bestimmten Belastung zu verformen beginnt.

    Eine hohe HDT ist wünschenswert für Hochtemperaturanwendungen wie Gehäuse und Halterungen für Heizelemente und Komponenten, die mit heißen Flüssigkeiten oder Gasen in Kontakt kommen, wie Werkzeuge für Spritzgussformen, fluidische Verbinder, Ventile und Düsen.

    Wärmeformbeständigkeit (HDT) von herkömmlichen und 3D gedruckten Materialien, gemessen in °C bei 0,45 MPa:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    ABSNylonPolypropylenABS (FDM)Formlabs High Temp ResinFormlabs Clear ResinNylon (SLS)
    200 °C @ 0.45 MPa160 °C @ 0.45 MPa210 °C @ 0.45 MPaca. 96 °C @ 0.45 MPa289 °C @ 0.45 MPa73 °C @ 0.45 MPaca. 177 °C @ 0.45 MPa

    Für weiterführende Informationen siehe auch: WärmebeständigkeitASTM D648-16

     zurück zur Übersicht

    Vicat-Erweichungspunkt / Vicat Softening Point

    Vicat-Erweichungspunkt / Vicat Softening Point

    Im Gegensatz zu vielen anderen Materialien weisen Kunststoffe keinen scharfen Schmelzpunkt auf. Der Vicat-Erweichungspunkt ist eine alternative Definition für den Punkt, an dem ein Material zu fließen beginnt und diese Lücke für Kunststoffe und Thermoplaste füllt. Wie beim HDT erfasst der Vicat-Erweichungspunkt die Änderung der mechanischen Eigenschaften eines Materials unter Wärmeeinfluss. Es markiert einen Temperaturpunkt, an dem eine genormte Nadel einen Prüfling einer bestimmten Länge mit einer bestimmten Last einkerbt.

    Dieser Wert wird üblicherweise verwendet, um die obere Temperaturgrenze für die kontinuierliche Verwendung eines Materials in einer Anwendung bei einer erhöhten Betriebstemperatur zu bestimmen, die als Faustregel etwa 15° C unter dem Vicat-Erweichungspunkt liegen sollte.

    Vicat-Erweichungspunkt von herkömmlichen und 3D gedruckten Materialien, gemessen in °C:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    ABSNylonPolypropylenUltimaker ABSFormlabs High Temp ResinNylon (SLS)
    100 °C125-165 °C143-152 °C97 °C230 °Cca. 163 °C

    Für weiterführende Informationen siehe auch: Vicat Softening PointISO 306

     zurück zur Übersicht

    Wärmeausdehnung / Thermal Expansion

    Wärmeausdehnung / Thermal Expansion

    Nahezu alle Materialien neigen dazu, je nach Temperatur zu schrumpfen, sich auszudehnen oder auf andere Weise ihre Form zu ändern. Dieses Phänomen wird bei thermischen Aktoren, thermischen Sensoren und sogar bei künstlichen Muskeln ausgenutzt. In den meisten Fällen handelt es sich jedoch um eine unerwünschte Nebenwirkung, die wirksam gemindert werden muss. Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist ein hilfreicher Indikator, um vorherzusagen und zu quantifizieren, wie ein Material seine Form in Reaktion auf Temperaturänderungen ändert. Ein positiver Wärmeausdehnungskoeffizient zeigt an, dass sich das Material mit zunehmender Temperatur ausdehnt, während ein negativer Wert eine Schrumpfung anzeigt.

    Bei der Verarbeitung von Thermoplasten, sei es durch Spritzguss oder 3D Druck, muss die Wärmeausdehnung des Materials berücksichtigt werden, um nach dem Abkühlen die gewünschte Form zu erhalten. Dies gilt umso mehr, wenn es sich um technische Bauteile handelt, die eine Passung erfordern. Um thermische Phänomene wie das Schrumpfen, Aufrollen und Verziehen zu vermeiden, die die Erzielung geometrischer Präzision durch 3D Drucktechnologien wie SLS und FDM stark einschränken, ist es ratsam, bei der Auswahl des Materials den Wärmeausdehnungskoeffizienten zu berücksichtigen.

    Duroplastische 3D Drucktechnologien wie SLA leiden im Allgemeinen nicht unter thermischen Verzerrungen. Dies macht sie zu einer hervorragenden Wahl für Teile, bei denen höchste Genauigkeit und Formtreue erforderlich sind.

    Wärmeausdehnungskoeffizient von herkömmlichen und 3D gedruckten Materialien, gemessen in µm/m/°C:

    Traditionelle Herstellungsverfahren3D Druckverfahren
    ABSNylonPolypropylenUltimaker CPEFormlabs High Temp ResinNylon (SLS)
    63 µm/m/°C90 µm/m/°C80-100 µm/m/°C0,00007 mm/mm/°C87 µm/m/°Cca. 82,6-179,2 µm/m/°C

    Für weiterführende Informationen siehe auch: Wärmeausdehnung

     zurück zur Übersicht

    Materialeigenschaften im Stereolithographie (SLA) 3D-Druck im Verhältnis zu FDM und SLS

    Um die Materialeigenschaften zu verstehen, sehen wir uns die Verarbeitungsprozesse der 3D Druckverfahren an. Beginnen wir mit dem Stereolithographieprozess und seinem Rohmaterial, dem Kunstharz. Kunstharze bestehen aus kurzen Kohlenstoffketten, während Kunststoffe aus langen Kohlenstoffketten bestehen. Kunstharz ist also noch kein fertiger Kunststoff und benötigt einen Prozess, der die kurzen Kohlenstoffketten zu langen Ketten zusammenfügt. Deshalb enthält Kunstharz alle Komponenten des endgültigen Kunststoffs, ohne bereits vollständig polymerisiert zu sein. Wenn das Harz UV-Licht ausgesetzt wird, werden die Ketten durch zugesetzte Photoinitiatoren miteinander verbunden, um viel längere und steifere Ketten und dadurch feste Gegenstände zu erzeugen.

    Diese Technologie bietet eine einzigartige Freiheit, um verschiedene Rezepturen zu erstellen. Wenn du so möchtest, kann im Kunstharz ein Produkt "gelöst" sein, das beim Kunststoff nur in industriellen Großanlagen bzw. im Labor verarbeitet werden kann. Verschiedene Harze bestehen aus verschiedenen Grundgerüsten und Zusätzen - verschiedene Kombinationen von langen und kurzen Monomeren sowie Additiven. Das Ergebnis sind Kunststoffe mit einer Vielzahl von Eigenschaften, von klar bis undurchsichtig und gefärbt, flexibel bis starr, hart bis hitzebeständig.

    Dahingegen stellen Kunststoffe meist geringere Anforderungen an die Lagerung und sind unempfindlicher gegenüber Alterungsprozessen. So leiden Bauteile aus Kunstharz sehr viel stärker unter UV-Licht, als dies bei den Bauteilen aus Kunststoff der Fall wäre. Um 3D-Drucke aus Kunstharz haltbarer zu machen, werden sie daher oft lackiert, teilweise mit speziellem UV-Schutzlack.

    Kunststoffe für FDM 3D-Drucker werden aus Granulaten, manchmal unter Zusatz von Farbstoffen, falls es sich nicht um eingefärbtes Granulat handelt, extrudiert und durch Wasser gezogen, um das heiße Filament abzukühlen und somit den gleichmäßigen Strang zu formen. Auf der Gegenseite des Extruders wird das abgekühlte Filament sofort aufgespult. Je nach Material wird in einem weiteren Prozess das aufgespulte Filament nochmals für einen bestimmten Zeitraum erhitzt - in der Fachsprache Tempern genannt. FDM Kunststoffe als Filament sind in einer großen Bandbreite und Farbvielfalt erhältlich, sodass sich viele Materialeigenschaften abbilden lassen.

    Kunststoffe für SLS 3D-Druck erfordern einen perfekt abgestimmten Prozess, um eine ganz bestimmte Körnung des Kunststoffs zu erhalten. Ist die Körnung zu ungleichmäßig, kann die vom Laser emitierte Energie nicht die gewünschte Wirkung entfalten und der 3D-Druck misslingt. Bei diesen Kunststoffen wird meist nur eine Färbung (meist weiß) des Pulvers verwendet. So kann der Laser mit einem fixen Energieniveau arbeiten, das auf das Material abgestimmt ist. SLS Kunststoffe sind grundsätzlich in geringerer Anzahl an Sorten erhältlich. Eine Färbung ist bei vielen der angebotenen Materialien nachträglich möglich. Dadurch bleibt der Kern des 3D-Drucks jedoch immer in der Farbe des Ausgangsmaterials erhalten.

    Isotropie vs. Anisotropie

    Aufgrund des schichtweisen Aufbaus aller 3D-Drucktechnologien variieren die Materialeigenschaften in vielen Fällen bis zu einem gewissen Grad in Abhängigkeit von der Richtung des Materials, in dem sie gemessen werden. Dies trifft insbesondere auf das FDM-Verfahren zu, da hier die Schichtbindung nochmals geringer ausfällt, als beim SLS-Verfahren. Diese Bedingung wird als Anisotropie bezeichnet. Beispielsweise kann ein 3D gedrucktes Objekt unterschiedliche Bruchdehnungen oder Steifigkeiten in X-, Y- und Z-Richtung aufweisen.

    Während des SLA-3D-Druckprozesses bilden die Komponenten des Harzes kovalente Bindungen (Atombindungen), die einen hohen Grad an Querfestigkeit liefern. Zugleich wird aber die Polymerisationsreaktion nicht zum Abschluss gebracht. Vielmehr wird der Druckprozess so moduliert, dass sich die Schicht in einem halbreagierten Zustand befindet, der als „grüner Zustand“ (ein Begriff, der auch beim Metallsintern üblich ist, hier sieht der zu sinternde Gegenstand oft grün aus) bezeichnet wird. Dieser grüne Zustand unterscheidet sich vom vollständig ausgehärteten Zustand in einem sehr wichtigen Punkt: Die Oberfläche weist noch polymerisierbare Gruppen auf, das nachfolgende Schichten kovalent binden können.

    Wenn die nächste Schicht ausgehärtet ist, schließt die Polymerisationsreaktion auch die Gruppen auf der vorherigen Schicht ein, wodurch nicht nur seitlich, sondern auch mit der vorherigen Schicht kovalente Bindungen gebildet werden. Dies bedeutet, dass auf molekularer Ebene in Bezug auf chemische Bindungen zwischen der Z-Achse und der XY-Ebene kaum ein Unterschied besteht. Jedes Endlos-Teil, das auf einer SLA-Maschine gedruckt wird, ist daher isotrop.

    Beim FDM-Verfahren und beim SLS-Verfahren wird hingegen auf einer bereits teilweise abgekühlten Schicht aufgebaut. Dadurch entstehen Grenzflächen, an denen keine perfekte Bindung vorhanden ist und entlang derer Zugkräfte ihre Wirkung entfalten können. Es ist daher bei diesen Verfahren von Nutzen, wenn bereits im Vorfeld bekannt ist, in welcher Richtung Kräfte wirken, um das Bauteil im Druckprozess quer zu dieser Richtung zu positionieren. Grundsätzlich sind SLS Bauteile jedoch unempfindlicher, da einheitlicher verschmolzen.

    Nachhärtung

    Sobald der Stereolithographieprozess abgeschlossen ist, verbleiben die gedruckten Teile im oben genannten grünen Zustand auf der Bauplattform. Während sie ihre endgültige Form und Gestalt erreicht haben, ist die Polymerisationsreaktion noch nicht abgeschlossen und daher werden die mechanischen und thermischen Eigenschaften noch nicht vollständig erreicht, wie du bei den oben gezeigten Beispielen der Datenblattwerte gesehen hast.

    Durch das nachträgliche Erwärmen und belichten in Nachhärtungskammer im Anschluss zum Druckprozess beendet den Polymerisationsprozess und stabilisiert die mechanischen Eigenschaften. Dies ermöglicht es Teilen, die höchstmögliche Festigkeit zu erreichen und stabiler zu werden, was insbesondere für funktionelle Harze für wie z. B. für Gieß-, Hochtemperatur-, flexible und zähe Kunststoffe wichtig ist. So ist eine Nachhärtung für ein erfolgreiches Ausbrennen mit gießbaren 3D-Drucken erforderlich, und flexibles Harz verdoppelt seine Festigkeit bei einer Nachhärtung.

    FDM- und SLS-Bauteile benötigen hingegen keine nachträgliche Belichtung. Je nachdem kann aber ein weiterer Sinterprozess (starkes Erhitzen mit mehreren Hundert Grad Celsius) erforderlich sein. Dies ist dann weniger verfahrensbedingt, als vielmehr durch das eingesetzte Material notwendig. So können im FDM-Verfahren Metalle 3D gedruckt werden, welche in einem nachfolgenden Sinterprozess zu festen Metallbauteilen werden.

    Duroplaste vs Thermoplaste

    Photopolymerharze sind im Gegensatz zu Thermoplasten duroplastische Kunststoffe. Obwohl sie ähnlich klingen, können ihre Eigenschaften und Anwendungen sehr unterschiedlich sein. Der hauptsächliche physikalische Unterschied besteht darin, dass Thermoplaste in einem flüssigen Zustand geschmolzen und mehrmals abgekühlt werden können, um verschiedene Formen zu bilden, wohingegen duroplastische Kunststoffe nach dem Aushärten in einem dauerhaften festen Zustand verbleiben.

     zurück zur Übersicht

    Quellen: FormlabsUltimakerWikipedia

6 Artikel

Back to top