Magnetisches Eisen-3D-Druckfilament: Materialien, Eigenschaften und Anwendungen

Was ist magnetischer Eisen-3D-Druck?

Magnetischer Eisen-3D-Druck bezeichnet die Verwendung von eisengefüllten Kunststofffilamenten, um Teile zu drucken, die metallisch wirken. Der Druckprozess unterscheidet sich grundlegend von Verfahren für Metallpulverdruck wie DMLS und SLM, bei denen Metallpulver geschmolzen und verschmolzen wird, um massive Metallteile zu erzeugen. Im Gegensatz dazu bleiben Teile, die mit magnetischem Eisenfilament gedruckt werden, eine Kunststoffmatrix mit Metallfüllung. Zwar haben diese Teile ein metallisches Erscheinungsbild, ihre Festigkeit und Haltbarkeit entsprechen jedoch nahezu denen des basierenden PLA-Polymers. Mit diesen Spezialfilamenten gedruckte Teile können spröder sein als Standard-PLA. Durch die Verwendung dieser Filamente werden fertige Teile ferromagnetisch, sodass magnetische Materialien an ihnen haften. Weitere Informationen finden Sie in unserem Leitfaden zum 3D-Druck.

Zusammensetzung von magnetischem Eisenfilament

Die Zusammensetzung von magnetischem Eisen-3D-Druckfilament hängt vom Filament-Hersteller ab. Im Allgemeinen beträgt der Anteil an magnetischem Eisen etwa 5–15 % des Gesamtvolumens oder -gewichts des Filaments. Der Rest besteht aus dem basalen thermoplastischen Material. Höhere Eisenanteile führen zu metallischerer Optik und stärkeren ferromagnetischen Eigenschaften, erschweren jedoch den Druck und führen zu spröden Teilen. Neben PLA können auch ABS und Nylon mit Eisenpulver gefüllt werden, um magnetische Filamente herzustellen.

Eigenschaften von magnetischem Eisenfilament

Trotz metallischem Aussehen teilen mit magnetischem Eisenfilament gedruckte Teile nur wenige Eigenschaften mit echten Metallen. Im Folgenden sind einige Eigenschaften aufgeführt:

1. Sie erzeugen Teile mit metallischem Glanz.
2. Sie weisen ferromagnetische Eigenschaften auf (Eisen und andere magnetische Materialien werden von Teilen angezogen, die mit magnetischem Eisen-3D-Druckfilament gedruckt wurden).
3. Ihre Festigkeit und Eigenschaften (mechanisch, thermisch, elektrisch, chemisch, biologischer Abbaubarkeit und Recyclingfähigkeit) ähneln stärker dem primären thermoplastischen Matrixmaterial als dem hinzugefügten Metall.
4. Sie haben eine Dichte von ca. 1,5-fach des basalen Polymerfilaments.
5. Die Metallpulverpartikel sind abrasiv und erhöhen die Verschleißrate der Druckerdüse im Vergleich zu reinem Kunststofffilament.
6. Brücken- und Stützufähigkeit ist aufgrund der durch Eisenpulver erhöhten Filamentdichte schlecht.

Vergleich der Eigenschaften von magnetischem Eisenfilament

Die folgende Tabelle zeigt einen Vergleich einiger Attribute verschiedener 3D-Druckfilamente:

Eigenschaft	Magnetisches Eisen-gefülltes PLA	Standard-PLA	ABS
Zähigkeit	Niedrig	Basis	Hoch
Flexibilität	Minimal	Etwas	Mehr
Dichte	Bis zu 1,5-fach Basisfilament	Basis	Niedrig
Erscheinungsbild	Metallisch	Glänzend	Glänzend
Düsenverschleiß beim Drucken	Höher	Standard	Standard
Brücken- und Stützufähigkeit	Schlecht	Gut	Gut
Biologisch abbaubar?	Ja	Ja	Nein

Einschränkungen des 3D-Drucks mit magnetischem Eisen

Metallgefüllte Filamente sind notorisch schwierig zu drucken, und magnetische Eisenfilamente bilden da keine Ausnahme. Die Einschränkungen betreffen Druckeinstellungen und deren Einfluss auf die finale Teilequalität. Eine Herausforderung ist, dass die feinen magnetischen Eisenpulverpartikel im Filament die Düsenspitze abreiben und zu beschleunigtem Verschleiß führen.

Eine weitere Einschränkung ist die schlechte Brücken- und Überhangfähigkeit magnetischer Eisenfilamente. Dies liegt an der erhöhten Filamentdichte durch die Zugabe von Metallpulver.

Schließlich kann der Metallpulveranteil während des Drucks Verstopfungen und Blockaden verursachen. Daher müssen Druckeinstellungen wie Druckgeschwindigkeit und -vorschub, Schichthöhen und Retraktionsdistanzen feinjustiert und optimiert werden, um die besten Einstellungen für einen bestimmten Druck zu finden. Im Vergleich zu Standardfilamenten wie PLA erfordern mit magnetischem Eisenfilament gedruckte Teile mehr Aufmerksamkeit für Prozessdetails, um Teile mit den gewünschten Eigenschaften zu erzielen.

Warum wird magnetisches Eisen im 3D-Druck verwendet?

Magnetische Eisen-3D-Druckfilamente werden verwendet, um Teile mit metallischem Erscheinungsbild zu erstellen, ohne einen kostspieligen Metall-3D-Drucker oder traditionelle Metallfertigungsprozesse zu benötigen. Teile mit realistischem metallischem Glanz wie Skulpturen, Schmuck, Ornamente, Requisiten und Replikate zählen zu den häufigsten Anwendungen. Über dekorative Teile hinaus finden mit diesen Filamenten gedruckte Teile vermehrt Einsatz in Sensoren und Aktuatoren, kleinen Motoren und Computerspeichern. Obwohl magnetische Eisen-3D-Druckfilamente Teile erzeugen können, die wie Eisen aussehen, besitzen diese nicht die physikalischen oder chemischen Eigenschaften von Eisen. Keinesfalls sollte ein mit magnetischen Eisenfilamenten gedrucktes Teil anstelle eines Metallteils verwendet werden, es sei denn, das Teil ist nicht lasttragend oder rein ästhetisch.

Wie verwendet man magnetisches Eisen im 3D-Druck?

Der Druck mit magnetischen Eisenfilamenten kann anspruchsvoller sein als mit Standardfilamenten, ist aber nicht unmöglich. Nachfolgend sind bewährte Verfahren für die Verwendung von magnetischem Eisen im 3D-Druck aufgeführt:

1. Kleine Eisenpulver im Filament können Messingdüsen abreiben und schnell verschleißen. Verwenden Sie eine verschleißfeste Düse aus gehärtetem oder rostfreiem Stahl für metallgefüllte Filamente. Überprüfen Sie regelmäßig den Verschleißzustand Ihrer Düse.
2. Standarddüsen haben einen 0,4-mm-Durchmesser. Metallpartikel neigen dazu, sich um die Öffnung zu ballen und den Filamentvorschub zu verhindern. Um Ballungen zu vermeiden, verwenden Sie eine Düse mit größerer Öffnung (0,5–0,6 mm).
3. Da metallgefüllte Filamente dichter sind als Standardpolymerfilamente, sind sie für eine gegebene Filamentgröße schwerer. Dieses erhöhte Gewicht kann zu Durchhängen oder Bruch des Filaments führen, wenn die Druckanweisungen Brücken oder Überhänge erfordern. Vermeiden Sie nach Möglichkeit den Druck von Teilen mit Brücken oder Überhängen bei Verwendung von magnetischem Eisen-3D-Druckfilament.
4. Da metallgefüllte Filamente spröde sind, können sie leicht brechen oder reißen. Dies kann auftreten, wenn der Filamentdruckpfad zu viele scharfe Ecken zwischen Spule und Extruder aufweist. Um dies zu lösen, minimieren Sie den Abstand zwischen Spule und Extruder – je näher beide beieinander sind, desto besser.
5. Metallpulver im Filament erschweren dem Extruder, geschmolzenes Material während des Drucks zurück in die Düse zu ziehen. Diese Retraktion führt zu Materialblasen am Anfang und Ende eines Drucksegments. Optimieren Sie die Retraktionseinstellungen, um Retraktion zu vermeiden.

Beste Konfigurationseinstellungen für magnetischen Eisen-3D-Druck

Protoplant, Inc. fertigt ein beliebtes magnetisches Eisen-gefülltes Filament unter dem Markennamen Protopasta. Obwohl Druckereinstellungen für metallgefüllte Filamente je nach Hersteller variieren, können die von Protopasta empfohlenen Einstellungen für ihr magnetisches Eisen-gefülltes PLA-Filament als typisch angesehen werden und sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Druckereinstellung	Wert
Betttemperatur	Umgebungstemperatur bis 60 °C
Düsentemperatur	185–215 °C
Druckgeschwindigkeit	10–20 mm/s (erste Schicht); 20–80 mm/s (Rest des Teils)
Extruder-Lüftergeschwindigkeit	10–20 % der max. Drehzahl
Retraktion	Minimal
Schichthöhe	0,15–0,20 mm
Druckbett	Verschwindender Kleber, Malerkrepp oder PEI auftragen

Was ist die beste 3D-Druckgeschwindigkeit für magnetisches Eisen?

Die besten 3D-Druckgeschwindigkeiten für magnetische Eisen-gefüllte Filamente betragen 10–20 mm/s für die erste Schicht und 20–80 mm/s für alle nachfolgenden Schichten. Verwenden Sie zu Beginn eine langsamere Druckgeschwindigkeit, um die Haftung am Druckbett zu gewährleisten. Nach Abschluss der ersten Schicht sollten die Druckgeschwindigkeiten erhöht werden, um Verstopfungen und Blockaden in der Düse zu vermeiden.

Was ist die Schmelztemperatur von magnetischem Eisenfilament?

Die Schmelztemperatur von magnetischem Eisen-3D-Druckfilament entspricht ungefähr der von Standard-PLA (180–190 °C) bei Protopasta-Filament, da nur der Kunststoff tatsächlich schmilzt – nicht die Metallpulver. Da metallgefüllte Filamente jedoch spröder sind als ihre ungefüllten Pendants, können leicht höhere Temperaturen erforderlich sein, um die Sprödigkeit zu reduzieren.

Ist ein beheiztes Druckbett beim Druck mit magnetischem Eisen erforderlich?

Nein, ein beheiztes Bett ist beim Druck mit magnetischen Eisen-gefüllten Filamenten nicht zwingend erforderlich. Es kann jedoch außerordentlich nützlich sein. Höhere Betttemperaturen können die Betthaftung verbessern, Restspannungen in gedruckten Teilen reduzieren und Verzug verhindern. Betten können Temperaturen haben, die der Umgebungstemperatur entsprechen oder bis zu 60 °C betragen.

Welche Wandstärke ist gut für 3D-Druck mit magnetischem Eisen?

Gute Wandstärken für Teile, die mit magnetischen Eisenfilamenten gedruckt werden, ähneln denen für deren basales Basismaterial. Für magnetisches Eisen-gefülltes PLA werden Wandstärken von 1,5 mm empfohlen, wobei 0,8 mm das absolute Minimum darstellt.

Welche Wanddichte (Infill) ist gut für 3D-Druck mit magnetischem Eisen?

Eine „gute“ Infilldichte für 3D-Druck mit magnetischem Eisen hängt von den gewünschten Eigenschaften des finalen gedruckten Teils ab. Es besteht ein Korrelation zwischen Wand- bzw. Infilldichte und der Festigkeit der resultierenden 3D-gedruckten Teile. Wenn hohe Druckgeschwindigkeit Priorität hat, erwägen Sie eine niedrigere Infilldichte (15–50 %). Eine niedrigere Infilldichte führt zu Teilen, die aufgrund der Sprödigkeit metallgefüllter Filamente potenziell leicht biegen und brechen können, ermöglicht aber schnelles Drucken zur Überprüfung von Geometrie und Ästhetik. Für funktionale, langlebige Teile erwägen Sie eine höhere Infilldichte (50–80 %).

Was ist der Unterschied zwischen magnetischem Eisen und PLA im 3D-Druck?

Der größte Unterschied zwischen reinem PLA-Druckfilament und magnetischem Eisen-gefülltem PLA-Filament ist, dass magnetisches Eisen-gefülltes PLA magnetisch ist. Diese Metallpulver führen zu spröderen Teilen und Druckaufträgen, die mehr Feinjustierung und Aufmerksamkeit erfordern als Standard-PLA-Teile. Mit magnetischem Eisen gedruckte Teile können ein metallisches Erscheinungsbild und magnetische Eigenschaften aufweisen, behalten aber viele der gleichen Charakteristiken und Eigenschaften wie Standard-PLA.

Zusammenfassung

Dieser Artikel stellte magnetisches Eisen-3D-Druckfilament vor, erklärte, was es ist, und diskutierte die verschiedenen Faktoren, die bei seiner Verwendung im 3D-Druck zu beachten sind. Um mehr über magnetisches Eisen-3D-Druckfilament zu erfahren, kontaktieren Sie einen Xometry-Vertreter.

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Dean McClements

Dean McClements ist B.Eng-Absolvent mit Auszeichnung im Maschinenbau und verfügt über mehr als zwei Jahrzehnte Erfahrung in der Fertigungsindustrie. Seine berufliche Laufbahn umfasst bedeutende Rollen bei führenden Unternehmen wie Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace und Hyster-Yale, wo er ein tiefes Verständnis für Engineering-Prozesse und Innovationen entwickelte.

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