Schmelzdüse (FDM)

Fused Deposition Modeling (FDM) in der Additiven Fertigung

Funktionsweise eines Metall-3D-Druckers mit Fused Deposition Modeling

Ein Metall-3D-Drucker für Fused Deposition Modeling arbeitet nach einem schichtweisen Aufbauverfahren, bei dem Metallfilamente verwendet werden. Diese Filamente bestehen in der Regel aus einer Mischung von Metallpulver und Bindematerial. Das FDM-Verfahren beginnt damit, dass das Filament erhitzt und durch eine Düse extrudiert wird, um das Bauteil Schicht für Schicht aufzubauen. Der Druckkopf bewegt sich entsprechend den von der Software vorgegebenen Koordinaten, um die Form des Bauteils präzise zu erstellen.

Beim Fused Deposition Modeling wird zuerst ein CAD-Modell des gewünschten Bauteils erstellt, das in die Druckersoftware geladen wird. Das Modell wird in dünne Schichten zerlegt, die der 3D-Drucker dann nacheinander aufträgt. Während des Druckvorgangs wird das Filament in der Schmelzdüse erhitzt und in eine formbare Masse verwandelt, die auf die Bauplattform aufgetragen wird. Die Schichten haften durch die Erwärmung aneinander und härten aus, sobald sie abkühlen.

Nach dem eigentlichen Druckprozess ist jedoch noch ein entscheidender Schritt notwendig: das sogenannte Sintern. In diesem Schritt wird das Bauteil in einem Ofen erhitzt, sodass das Bindematerial verbrennt und das Metallpulver durch Diffusion miteinander verschmilzt. Durch das Sintern erhält das Bauteil seine endgültige Dichte und Festigkeit.

Ein Vorteil von Fused Deposition Modeling für Metall ist, dass der Prozess weniger kompliziert und kostengünstiger ist als andere Metall 3D-Druckverfahren wie das Laser-Sintern oder Elektronenstrahlschmelzen. Allerdings ist der Metallanteil im Filament geringer, weshalb die Nachbearbeitung, insbesondere das Sintern, entscheidend ist, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen. FDM für Metall eignet sich besonders gut für Prototypen und kleine Produktionsserien, wo die Materialkosten und die Flexibilität im Vordergrund stehen.

Andere Arten von Metall 3D-Druckern

Auf maschinenauswahl.de finden Sie einen Überblick über alle 3D-Druck-Technologien für Metall in der Additiven Fertigung. Weitere Verfahren sind:

Komponenten eines FDM-Druckers

Ein Metall 3D-Drucker für Fused Deposition Modeling setzt sich aus nachfolgenden Komponenten zusammen: Der Extruder führt das Metall-Filament in die beheizte Schmelzdüse bzw. Druckdüse, wo es geschmolzen und auf die Bauplattform extrudiert wird. Die Druckdüse ist das Herzstück des Druckers und bestimmt die Präzision und Dicke der Schichten.

Die Bauplattform ist beim Fused Deposition Modeling oft beheizt, um das Verziehen des Materials zu verhindern und eine gute Haftung während des Druckprozesses zu gewährleisten. Schrittmotoren bewegen den Druckkopf entlang der X-, Y- und Z-Achse, um das Material präzise in der gewünschten Form aufzutragen. Eine CNC-Steuereinheit kontrolliert diese Bewegungen und sorgt für die genaue Umsetzung der Druckdatei.

Zusätzlich verfügen viele FDM-Drucker über ein Kühlsystem, das den Druck schnell abkühlt, damit sich saubere Schichten bilden. Ein Filament-Lager oder eine Filament-Spule sorgen für die kontinuierliche Materialzufuhr während des Druckvorgangs.

Fused Deposition Modeling in der industriellen Fertigung

Für 3D-Drucker mit FDM gibt es verschiedene Metallfilamente, die aus einer Mischung von Metallpulver und einem Polymer-Bindemittel bestehen. Zu den gängigen Metallfilamenten gehören Edelstahl, Bronze, Kupfer und Aluminium. Edelstahlfilamente bieten hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, während Bronze und Kupfer sich durch ihre elektrische Leitfähigkeit und ästhetische Eigenschaften auszeichnen. Aluminium wird aufgrund seiner Leichtigkeit und hohen Festigkeit verwendet.

FDM Fused Deposition Modeling findet Anwendung in zahlreichen Branchen wie der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Bildung und Konsumgüterherstellung. Es wird für Prototyping, maßgeschneiderte Bauteile und Kleinserienfertigung verwendet. Für individuelle Konstruktionsanforderungen ist FDM häufig eine kostengünstige und flexible Lösung.

Beispiele für Werkstücke, die mit FDM erzeugt werden:

Automobilindustrie: Armaturenbrettkomponenten, Halterungen, Abdeckungen und Lüftungsteile
Luft- und Raumfahrt: Gehäuse, Halterungen, Lüftungskanäle und Sensorabdeckungen
Medizintechnik: Implantatmodelle, chirurgische Werkzeuge, Prothesen, Zahnmodelle und medizinische Gehäuse
Bildung: Architekturmodelle, mechanische Bauteile, anatomische Modelle und Lehrmittel Prototypen für den Unterricht
Konsumgüterherstellung: Handyhüllen, Spielzeug, Schmuck, Haushaltsartikel und maßgeschneiderte Accessoires

Erfolgsfaktoren beim Fused Deposition Modeling

Bei der Schmelzdüsen-Technologie mit FDM spielt die Drucktemperatur eine entscheidende Rolle, da eine zu niedrige oder zu hohe Temperatur die Haftung der Schichten beeinträchtigen kann. Die Schichthöhe und Druckgeschwindigkeit beeinflussen die Präzision und Oberflächenqualität des Bauteils. Wichtig ist selbstredend die Wahl des Materials und dessen richtige Lagerung, um Feuchtigkeit zu vermeiden. Die Kalibrierung der Bauplattform und die Verwendung von Stützstrukturen tragen ebenfalls zur Genauigkeit und Stabilität bei. Zudem beeinflusst die Nachbearbeitung durch Sintern und ggf. Schleifen das Endergebnis maßgeblich.

Führende Hersteller für 3D-Drucker für FDM

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Was ist das Prinzip von Fused Deposition Modeling?
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Was ist eine Fused Deposition Modeling Maschine?
Mit welchem Gerät funktioniert Fused Deposition Modeling FDM 3D Druck?
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Wie verläuft der Fused Deposition Modeling Prozess?
Welches sind die Fused Deposition Modeling Vorteile?

Bei den Fused Deposition Modeling Materialien behandelt dieser Artikel nur die Verarbeitung von Metallfilamenten.

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