FDM vs. FFF:Expertenvergleich von 3D-Drucktechniken

FDM-Definition und Vergleich mit FFF

FDM wurde erstmals von S. Scott Crump entwickelt und 1989 von Stratasys patentiert. Es war eines der frühesten 3D-Druckverfahren. FDM verwendet gängige Fertigungsmaterialien und Zusatzstoffe, um präzise Modelle herzustellen. Die meisten professionellen Hersteller bevorzugen FDM aufgrund der Produktionsqualität gegenüber FFF. FDM-Modelle erfüllen eher strenge Anforderungen als FFF-Teile.

FDM verwendet einen X-Y-Transportmechanismus, um einen Druckkopf zu bewegen, der einen temperaturgesteuerten Extruder enthält. Es wird über einen Tisch verschoben, der sich selbst auf der Z-Achse (vertikal) bewegt. Der Extruder gibt ein halbgeschmolzenes Polymerfilament im Muster des 2D-Querschnitts des Teils ab. Jeder Querschnitts-„Schnitt“ wird auf den darunterliegenden angewendet. Das Teil wird aus miteinander verbundenen Strängen aus Ausgangspolymerfilamenten hergestellt. Abgesehen von den fortschrittlichen Maschinen besteht ein weiterer Unterschied zwischen FDM und FFF in der beheizten Kammer. Die gesamte Druckumgebung wird in der Nähe der Glasübergangstemperatur des Polymers gehalten, um Aufbauspannungen während des Druckens abzubauen. Dies führt zu einer besseren Genauigkeit und weniger verzerrten Modellen als bei FFF.

FDM-Geräte sind bürofreundlicher als FFF-Geräte, da ihre Dämpfe eingedämmt werden und das Gerät weniger Wartung benötigt. Auch die minimale Wandstärke unterscheidet FDM von FFF. FFF-Systeme verwenden oft größere Filamente und haben daher eine geringere x-y-Auflösung. Als Faustregel gilt, dass die minimale praktische Wandstärke drei Filamentdurchmessern entspricht, sodass FFF dickere Wände benötigt, um seine Strukturen stabil zu machen.

Weitere Informationen finden Sie in unserem Artikel „Was ist FDM-Druck?“.

FFF-Definition und Vergleich mit FDM

FFF entstand im Jahr 2009, als das Stratasys-Patent auslief. Rep-Rap war das erste Unternehmen, das von der Verfügbarkeit der Technologie profitierte. Sie machten den 3D-Druck zu Hause mit billigen, einfach zu bedienenden Maschinen populär. Das Angebot an FFF-Maschinen wurde seitdem erweitert. Im Betrieb sind FFF-Maschinen einfach zu bedienen, passen auf einen Schreibtisch und haben einen geringen Betriebsaufwand.

FFF verwendet den gleichen Prozess wie FDM. Mithilfe einer beheizten Düse oder eines Extruders werden Filamentschichten auf ein flaches Druckbett aufgetragen. Der Hauptunterschied zwischen FFF und FDM besteht im Fehlen einer beheizten Druckumgebung. Die beheizte Kammer von FDM hilft dabei, die Temperatur des Teils zu kontrollieren und Restspannungen im fertigen Produkt zu reduzieren. Die unkontrollierte Temperatur in FFF-Geräten führt dazu, dass die Ergebnisse weniger genau sind und es zu Verzerrungen kommt.

Was sind die Vorteile von FFF im Vergleich zu FDM?

Im Folgenden werden die Vorteile von FFF gegenüber FDM beschrieben:

1. FFF-Maschinen sind im Vergleich zu FDM günstiger. Der Preis für FFF ist für den Heim-/Hobbygebrauch bestimmt.
2. FFF-Systeme sind kleiner als FDM-Systeme und passen daher besser in Privathaushalte oder kleine Büros.
3. FFF hat einen geringeren Strombedarf als FDM.

Was sind die Nachteile von FFF im Vergleich zu FDM?

Im Folgenden finden Sie eine Liste der Nachteile von FFF im Vergleich zu FDM:

1. FFF-gedruckte Teile sind von geringerer Qualität; Sie sind poröser, weisen „Z-Stufen“ auf und können keine besonders kleinen, detaillierten Merkmale enthalten.
2. FFF-gedruckte Teile neigen dazu, sich zu verformen und zu verziehen, insbesondere bei größeren Builds.
3. FFF-Maschinen erzeugen übelriechende Dämpfe, während FDM-Maschinen solche Dämpfe in der geschlossenen Kammer enthalten.

Die entscheidenden Vorteile von FDM gegenüber FFF sind:die Auflösung des Aufbaus (besser aussehende und genauere Modelle) und das geringere Risiko von Verformungen und Porosität, die aus einer zufälligen Temperaturumgebung resultieren.

FDM vs. FFF:Technologievergleich

FDM-Maschinen sind gut gebaut, robust und leistungsfähig und erfordern wenig Wartung. FFF-Maschinen hingegen reichen von einfachen Modellen mit offenem Rahmen bis hin zu professionellen Geräten, die wie „kleine“ FDM-Maschinen wirken. Beide Technologien verwenden ähnliche X-Y-Z-Schienen und Schrittmotoren. Die Steifigkeit ist jedoch ein wichtiger Faktor für die Auflösung/Qualität des Modells. Schwerere Maschinen drucken bessere Modelle, weil sie mechanisch und thermisch stabiler sind.

FDM vs. FFF:Materialvergleich

FDM- und FFF-Maschinen können beide eine breite Palette von Materialien verwenden, darunter viele, die sich hervorragend für die Massenproduktion eignen. FDM-Maschinen haben jedoch eine bessere Kontrolle über die Düsentemperaturen. Sie können technische Polymere mit höheren Schmelzpunkten verarbeiten. Sie sind auch besser mit Zusatzstoffen im Filament.

FDM vs. FFF:Vergleich der Produktanwendungen

FFF stellt poröse Modelle mit geringer Festigkeit und niedriger Auflösung her. Diese eignen sich zur Beurteilung von Form und Haptik, jedoch nicht für betriebsfähige oder wasserdichte Teile. Die Schichten von FDM-Teilen hingegen verschmelzen vollständiger und übertreffen die Festigkeit von FFF-Teilen. Dadurch eignen sich FDM-gedruckte Teile besser für technische Modelle.

FDM-Drucker akzeptieren auch ein breiteres Spektrum an Filamenteigenschaften, einschließlich Schmelztemperatur und Zusatzstoffen. Bei der Verwendung für Prototypen bedeutet dies, dass die Modelle den fertigen Produkten ähnlicher sind. FFF-Drucker eignen sich nicht für den Aufbau feingliedriger Modelle. Sie können einfach keine kleinen Features produzieren. 

FDM vs. FFF:Vergleich des Druckvolumens

FDM-Systeme sind auf professionelle Standards ausgelegt; Ihre höheren Kosten sollen durch die höhere Qualität ihrer Produkte ausgeglichen werden. Diese Maschinen werden mit Volumina von 305 x 305 x 254 mm (X-Y-Z) bis 914 x 914 x 609 mm gebaut. Dies ist vergleichbar mit typischen FFF-Maschinen, deren Bauraum zwischen 150 x 150 x 150 mm und 600 x 600 x 600 mm beträgt. Die meisten FFF-Maschinen sind klein, haben aber dennoch Schwierigkeiten, Modelle zu produzieren, deren Qualität über den gesamten Z-Achsenbereich hinweg gleichbleibend ist. FFF-Drucker haben eine relativ schlechte Maßhaltigkeit und ihre Teile neigen dazu, sich zu verziehen.

FDM vs. FFF:Vergleich der Oberflächenbeschaffenheit

Von den beiden werden FDM-Teile im Allgemeinen aus feinerem Filamentmaterial und kleineren Z-Schritten hergestellt, sodass ihre Oberflächenbeschaffenheit eindrucksvoller ist. FFF-Material hat einen größeren Durchmesser, sodass die resultierenden Teile eine geringere Auflösung haben und die Schichten nicht so gut verschmelzen.

FDM vs. FFF:Kostenvergleich

FDM-Maschinen richten sich im Allgemeinen an den professionellen Markt, wobei die Preise für fortgeschrittene Industriequalitäten zwischen etwa 2.500 und 25.000 US-Dollar liegen. Dies spiegelt die hohe Verarbeitungsqualität, die steifen Bewegungsachsen und die Möglichkeit wider, den ganzen Tag problemlos zu drucken. Während FFF-Maschinen zunehmend in den professionellen Einsatz vordringen, zielen sie häufiger auf den leichten Gebrauch, den Hobbygebrauch und den Heimgebrauch ab. Die Preise beginnen normalerweise bei 500 $.

Was sind die gegenseitigen Alternativen zum FDM und FFF?

Gegenseitige Alternativen für FDM und FFF sind unten aufgeführt:

1. SLS: SLS (Selektives Lasersintern) funktioniert durch das Aufbringen von Polymerpulverschichten auf das Bett/Modell. Anschließend schmilzt ein Laser die Partikel, um sie miteinander zu verschmelzen.  Wie FDM und FFF fertigt SLS Teile aus Thermoplast.
2. SLA: SLA (Stereolithographie) nutzt UV-Laserlicht, um flüssiges Photopolymermaterial auszuhärten. Es baut das Kunststoffteil Schicht für Schicht auf, ähnlich wie FDM und FFF, allerdings mit dem auf dem Kopf stehenden Teil. Das Modell „entsteht“ aus dem flüssigen Photopolymerreservoir. 

Was sind die Ähnlichkeiten zwischen FDM und FFF?

Ähnlichkeiten zwischen FDM und FFF sind unten aufgeführt:

• Beide Systeme verwenden ein Filament-Ausgangsmaterial, das am Ort der Anwendung geschmolzen wird. Die Düse baut ihren Teil 2D-Schicht für Schicht auf.
• Beide Systeme verwenden nützliche Polymermaterialien. Aufgrund der Art des Druckprozesses ist das Endteil jedoch auf 10–40 % der ursprünglichen Festigkeit des Materials begrenzt.
• Beide Systeme haben bis zu einem gewissen Grad Schwierigkeiten, kleine Features und Funktionskomponenten zu reproduzieren.

Was sind die anderen Vergleiche für FDM neben FFF?

Die folgende Drucktechnologie weist einige Ähnlichkeiten mit FDM auf:

• FDM vs. MJF: MJF (Multi Jet Fusion) ist eine Pulverbett-3D-Drucktechnologie. Es ähnelt FDM darin, dass beide Kunststoffteile herstellen. Auch MJF und FDM nutzen Wärme zur Herstellung von Endteilen. Durch die Hitze werden Kunststoffe miteinander verbunden. Weitere Informationen finden Sie in unserem vollständigen Leitfaden zu FDM vs. MJF.

Was sind die anderen Vergleiche für FFF neben FDM?

Andere mit FFF vergleichbare Technologien sind:

• FFF vs. DLP: DLP-Maschinen (Digital Light Processing) projizieren nacheinander ein UV-Bild jeder 2D-Scheibe in ein Photopolymerharz. Die Bereiche des beleuchteten Harzes, die mit einer festen Oberfläche in Kontakt stehen, härten dann aus und werden Teil der festen Struktur. Diese Ausrüstung ist einfach und kommt dem Hobbygebrauch näher, obwohl der Prozess (einschließlich Nachhärten) ziemlich chaotisch sein kann.
• FFF vs. CLIP: CLIP (Continuous Liquid Interface Production) produziert einfache Teile mit kostengünstigen Geräten wie FFF. Allerdings erfordern CLIP-Systeme wie DLP einen Nachhärtungsschritt, um die Modelle fertigzustellen.

Dean McClements

Dean McClements hat einen Bachelor-Abschluss in Maschinenbau mit Auszeichnung und über zwei Jahrzehnte Erfahrung in der Fertigungsindustrie. Sein beruflicher Werdegang umfasst wichtige Positionen bei führenden Unternehmen wie Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace und Hyster-Yale, wo er ein tiefes Verständnis für technische Prozesse und Innovationen entwickelte.

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