10 bewährte Techniken zur Eliminierung von Wärmeausbreitung beim FDM-3D-Druck

Unter Wärmekriechen beim 3D-Druck mit Fused Deposition Modeling (FDM) versteht man die unerwünschte Übertragung von Wärme nach oben vom heißen Ende des Extruders in die kühleren Zonen der Extruderbaugruppe. Wenn dies geschieht, kann das Filament vorzeitig erweichen oder oberhalb der vorgesehenen Schmelzzone teilweise schmelzen. Diese Erweichung kann dazu führen, dass das Filament aufquillt, was zu teilweisen oder vollständigen Verstopfungen im Extruder führt. Zusätzlich zur Verstopfung des Extruders kann Wärmekriechen zu inkonsistenter Extrusion, schlechterer Druckqualität und Materialverschwendung führen. Dies ist ein häufiges Problem, insbesondere beim Drucken mit wärmeempfindlichen Filamenten oder bei unzureichender Kühlung.

In diesem Artikel werden 10 wirksame Methoden zur Verhinderung von Wärmekriechen beschrieben, zusammen mit einer detaillierten Erläuterung der Ursachen, Symptome und Auswirkungen auf die Teilequalität beim FDM-3D-Druck.

1. Testen Sie den Lüfter

Stellen Sie sicher, dass der Kühlventilator des Extruders mit seiner Nennleistung läuft. Wenn der Lüfter ausfällt oder eine unzureichende Leistung erbringt, wird überschüssige Wärme nicht effektiv vom Kühlkörper abgeleitet, was zu einer thermischen Wanderung nach oben im Extruder führt. Überprüfen Sie zunächst die Spannung, die dem Lüfter zugeführt wird, mit einem Multimeter. Sie sollte mit der Nennspannung des Lüfters übereinstimmen (normalerweise 12 V oder 24 V). Eine unzureichende Spannung führt zu einer geringeren Lüfterdrehzahl, wodurch die Kühleffizienz verringert und die Wärmeentwicklung beschleunigt wird. Wenn sich der Lüfter zu langsam oder mit Unterbrechungen dreht, ersetzen Sie das Netzteil, die Verkabelung oder den Lüfter selbst oder beheben Sie Fehler.

2. Ändern Sie die Geschwindigkeit des Lüfters

Eine Erhöhung der Lüftergeschwindigkeit verbessert die konvektive Wärmeübertragung, indem der Luftstrom über den Kühlkörper und andere kritische Komponenten erhöht wird. Eine höhere Luftgeschwindigkeit verstärkt die Turbulenzen und erhöht die Wärmeableitungsrate. Die Lüftergeschwindigkeit kann normalerweise über Slicer-Softwareeinstellungen oder Firmware-Konfigurationen gesteuert werden. Die Optimierung der Lüftergeschwindigkeit ist eine der einfachsten Möglichkeiten, Hitzekriechen entgegenzuwirken, ohne dass Änderungen an der Hardware erforderlich sind.

3. Setzen Sie ein Hot End von höherer Qualität ein

Nicht alle heißen Enden sind gleich. Billigere Hot-Ends sind möglicherweise nicht so konstruiert, dass sie verhindern, dass Hitze den Extruder hinaufkriecht. Sie können dies mit Kühlkörpern, verbesserten Kühldesigns und Materialien mit geringer Wärmeabsorption erreichen, um die Wärme dort zu speichern, wo sie benötigt wird. Hochwertigere Hot-Ends reduzieren nicht nur das Kriechen der Hitze, sondern drucken auch präziser. Dies ist eine der besten Möglichkeiten, Hitzekriechen zu vermeiden.

4. Verwenden Sie ein Filament besserer Qualität

Minderwertige Filamente können inkonsistente Temperaturprofile aufweisen, sodass eine Charge möglicherweise andere thermische Eigenschaften aufweist als die andere. Das bedeutet, dass es bei einer Charge zu keinem Wärmekriechen kommen kann, bei der nächsten jedoch zu einem Problem wird. Ein minderwertiges Filament kann auch einen inkonsistenten Durchmesser haben. Hitzekriechen wirkt sich leicht auf Filamente mit großem Durchmesser aus, da sich der Kunststoff nicht so stark ausdehnen muss, um eine Verstopfung zu verursachen.

5. Erhöhen Sie die Druckgeschwindigkeit

Die Druckgeschwindigkeit muss hoch genug sein, um zu verhindern, dass Hitze den Extruder hinaufströmt und den Kunststoff schmilzt, bevor er durch die Düse gelangen kann. Wenn Sie verhindern, dass das Filament genügend Zeit bei erhöhten Temperaturen verbringt, um weich zu werden, bevor es den beheizten Extruder erreicht, dehnt es sich nicht aus und verursacht Verstopfungen.

6. Reduzieren Sie die Drucktemperatur

Um einen zu schnellen Hitzestau im Extruder zu verhindern, kann die Drucktemperatur gesenkt werden. Allerdings arbeiten die meisten Filamente in einem engen Temperaturbereich; Sie müssen ausreichend schmelzen, um richtig extrudiert zu werden, aber dennoch viskos genug bleiben, um an der vorherigen Schicht zu haften. Niedrigere Temperaturen und niedrigere Viskositäten können ebenfalls zu Düsenverstopfungen führen. Wenn Sie außerdem die Temperatur senken und gleichzeitig den Lüfter und die Druckgeschwindigkeit erhöhen, erwärmt sich Ihr Filament möglicherweise nicht ausreichend.

7. Erhöhen Sie die Rückzugsgeschwindigkeit

Wenn der Rückzug zu langsam erfolgt, kann der erhitzte Kunststoff im Extruder Zeit zum Quellen haben, was zu einer Verstopfung führt. Es ist am wahrscheinlichsten, dass dies ein paar Stunden nach Beginn eines Ausdrucks geschieht, wenn das obere Ende des Extruders ausreichend erhitzt ist, um diese Schwellung zu verursachen.

8. Reduzieren Sie den Rückzugsabstand

Durch das Zurückziehen wird verhindert, dass sich während der Hot-End-Bewegung, wenn keine Extrusion stattfindet, Kunststofffäden zwischen zwei erhöhten Merkmalen bilden. Das Filament wird in das heiße Ende zurückgezogen, um ein Austreten von Kunststoff zu verhindern. Wenn er jedoch zu weit zurückgezogen wird, könnte weicher Kunststoff den Extruderantrieb berühren. Das Maschenrad kann das weiche Filament nicht erfassen, sodass es nicht mehr extrudiert wird. Darüber hinaus kann geschmolzener Kunststoff an Stellen haften bleiben, die nicht durch den reibungsarmen PTFE-Einsatz im heißen Ende geschützt sind.

9. Verwenden Sie ein Kühlgehäuse

Ein Kühlgehäuse kann dazu beitragen, die Umgebungsluft effektiver vom Lüfter zum Kühlkörper zu leiten. Dies verbessert die Wärmeübertragung vom Kühlkörper und verhindert, dass Wärme zum Extruder hochkriecht.

10. Auf Verstopfungen prüfen

Im Laufe der Zeit können sich an der Heißluftdüse des Extruders Kunststoffe und Schmutz ansammeln. Dies wirkt sich dann auf die Wärmeübertragungsrate aus und kann dazu führen, dass Wärme im Extruder hochkriecht. Daher ist es wichtig, regelmäßig auf Verstopfungen oder Ablagerungen von Fremdkörpern zu prüfen.

Warum sollte der 3D-Druck Wärmeausbreitung vermeiden?

Wärmekriechen beim 3D-Drucken können aufgrund von Verstopfungen im Extruder, die das Fließen des Kunststoffs verhindern, zu minderwertigen Drucken oder sogar zu Komplettausfällen führen. Verstopfungen, die durch Wärmekriechen verursacht werden, lassen sich schwerer entfernen als andere, da der erhitzte Teil über die Konstruktionsabmessungen des Rohrs hinaus anschwillt. Darüber hinaus ist die Beseitigung von Verstopfungen durch Hitzekriechen schwieriger, da der Kunststoff im Inneren des heißen Endes aufgequollen ist. Möglicherweise müssen Sie den Extruder vollständig zerlegen, um die Verstopfung zu beseitigen.

Warum ist die Qualität des Filaments wichtig, um Wärmeausbreitung zu verhindern?

Filamente von schlechter Qualität können einen inkonsistenten Schmelzbereich aufweisen, was es für Sie schwierig macht, optimale Einstellungen beizubehalten, um ein Kriechen der Hitze zu verhindern. Eine Methode zur Verhinderung von Wärmekriechen besteht darin, die Temperatur so niedrig wie möglich zu senken. Wenn der Schmelzpunkt jedoch nicht konstant ist, kann dies zu Verstopfungen führen. Darüber hinaus können minderwertige Filamentspulen Durchmesserunterschiede aufweisen, die ebenfalls zu Verstopfungen führen können. Wenn das Filament zu Beginn überdimensioniert ist, dehnt es sich unter Wärmekriechbedingungen weniger aus und führt zu einer Verstopfung. 
Weitere Informationen finden Sie in unserem Leitfaden zu 3D-Druckfilamenten.

Was ist Wärmekriechen beim 3D-Druck?

Unter Wärmekriechen beim 3D-Druck versteht man den Prozess, bei dem Wärme vom heißen Ende eines Extruders an der Extruderbaugruppe hochkriecht und das Filament zu weit von der Düse entfernt erhitzen und erweichen kann. Durch diese Erwärmung quillt der Kunststoff auf und kann zu Verstopfungen im Extruder führen.

 Weitere Informationen finden Sie in unserem Heat Creep.