Grundlegendes zum 3D-Druckfilament aus magnetischem Eisen:Materialien, Eigenschaften und Anwendungen

Was ist magnetischer Eisen-3D-Druck?

Beim magnetischen Eisen-3D-Druck werden mit Eisen gefüllte Kunststofffäden verwendet, um metallisch aussehende Teile in 3D zu drucken. Das Drucken mit diesem Filament erfolgt durch ein völlig anderes Verfahren als die für den Metallpulverdruck verwendeten Techniken wie DMLS und SLM, bei denen die Masse des Metallpulvers geschmolzen und verschmolzen wird, um Metallteile herzustellen. Im Gegensatz dazu bleiben mit magnetischem Eisenfilament gedruckte Fertigteile eine Kunststoffmatrix mit Metallfüllstoff. Während mit magnetischem Eisenfilament gedruckte Teile ein metallisches Aussehen haben, sind ihre Festigkeit und Haltbarkeit nahezu die gleichen wie beim übergeordneten PLA-Polymer. Mit diesen Spezialfilamenten gedruckte Teile können spröder sein als Standard-PLA. Die Verwendung dieser Filamente zum Drucken von Teilen führt dazu, dass die fertigen Teile ferromagnetisch sind, was bedeutet, dass magnetische Materialien an ihnen haften bleiben. Weitere Informationen finden Sie in unserem Leitfaden zum 3D-Druck.

Wie ist die Zusammensetzung des magnetischen Eisenfilaments?

Die Zusammensetzung des 3D-Druckfilaments aus magnetischem Eisen hängt vom Filamenthersteller ab. Im Allgemeinen beträgt der Anteil an magnetischem Eisen in einem Filament jedoch etwa 5–15 % des Gesamtvolumens oder -gewichts des Filaments. Der verbleibende Volumen- oder Gewichtsanteil besteht aus dem thermoplastischen Basismaterial. Höhere Eisenanteile führen zu einem metallischeren Finish und stärkeren ferromagnetischen Eigenschaften, führen jedoch zu schwierigeren Druckaufträgen und spröden Teilen. Neben PLA können ABS und Nylon auch mit Eisenpulver gefüllt werden, um magnetische Filamente herzustellen.

Was sind die Eigenschaften von magnetischem Eisenfilament?

Trotz ihres metallischen Aussehens haben mit magnetischem Eisenfilament gedruckte Teile nicht viele Eigenschaften mit echten Metallen gemeinsam. Die folgende Liste beschreibt einige Eigenschaften magnetischer Eisenfilamente:

1. Sie produzieren Teile mit metallischem Glanz.
2. Sie haben ferromagnetische Eigenschaften (Eisen und andere magnetische Materialien werden von Teilen angezogen, die mit magnetischen Eisen-3D-Druckfilamenten gedruckt werden).
3. Sie haben Festigkeit und Eigenschaften (mechanisch, thermisch, elektrisch, chemisch, Grad der biologischen Abbaubarkeit und Recyclingfähigkeit), die denen des primären thermoplastischen Matrixmaterials ähnlicher sind als denen des hinzugefügten Metalls.
4. Sie haben eine etwa 1,5-mal höhere Dichte als das Basispolymer-Filamentmaterial.
5. Die Metallpulverpartikel sind abrasiv und erhöhen die Verschleißrate an der Druckerextrusionsdüse im Vergleich zum reinen Kunststofffilament.
6. Die Überbrückungs- und Stützfähigkeit ist aufgrund der erhöhten Dichte des Filaments aufgrund der Eisenpulver schlecht.

Vergleich der magnetischen Eisenfilamenteigenschaften

Tabelle 1 unten zeigt einen Vergleich einiger Eigenschaften verschiedener 3D-Druckfilamente:

Tabelle 1:Eigenschaften von magnetischem, eisengefülltem PLA vs. PLA vs. ABS

Eigenschaft Magnetisches, mit Eisen gefülltes PLA Standard-PLA ABS

Eigentum

Zähigkeit

Magnetisches, mit Eisen gefülltes PLA

Niedrig

Standard-PLA

Basis

ABS

Hoch

Eigentum

Flexibilität

Magnetisches, mit Eisen gefülltes PLA

Minimal

Standard-PLA

Einige

ABS

Mehr

Eigentum

Dichte

Magnetisches, mit Eisen gefülltes PLA

Bis zu 1,5 x Basisfilament

Standard-PLA

Basis

ABS

Niedrig

Eigentum

Aussehen

Magnetisches, mit Eisen gefülltes PLA

Metallisch

Standard-PLA

Glänzend

ABS

Glänzend

Eigentum

Düsenverschleiß während des Druckens

Magnetisches, mit Eisen gefülltes PLA

Höher

Standard-PLA

Standard

ABS

Standard

Eigentum

Überbrückungs- und Unterstützungsfähigkeit

Magnetisches, mit Eisen gefülltes PLA

Schlecht

Standard-PLA

Gut

ABS

Gut

Eigentum

Biologisch abbaubar?

Magnetisches, mit Eisen gefülltes PLA

Ja

Standard-PLA

Ja

ABS

Nein

Was sind die Einschränkungen des 3D-Drucks mit magnetischem Eisen?

Metallgefüllte Filamente sind bekanntermaßen schwierig zu drucken und unterscheiden sich nicht von magnetischen Eisenfilamenten. Die Einschränkungen des 3D-Drucks mit magnetischem Eisen betreffen die Druckeinstellungen und deren Einfluss auf die Qualität des Endteils. Eine Herausforderung besteht darin, dass die feinen magnetischen Eisenpulverpartikel im Filament die Düsenspitze abnutzen, was zu einem beschleunigten Verschleiß führt. 

Eine weitere Einschränkung sind die schlechten Überbrückungs- und Überhangstützfähigkeiten magnetischer Eisenfilamente. Diese Einschränkung ist auf die erhöhte Dichte des Filaments zurückzuführen, die durch die Zugabe von Metallpulvern entsteht. 

Schließlich kann der Metallpulveranteil beim Drucken zu Verstopfungen und Staus führen. Das bedeutet, dass Druckeinstellungen wie Druckgeschwindigkeiten und -vorschübe, Schichtdicken und Rückzugsabstände fein abgestimmt und optimiert werden müssen, um die besten Einstellungen für einen bestimmten Druck zu finden. Im Vergleich zu Standardfilamenten wie PLA erfordern mit magnetischen Eisenfilamenten bedruckte Teile eine genauere Beachtung der Prozessdetails, um Teile mit den gewünschten Qualitäten zu erhalten.

Warum wird magnetisches Eisen im 3D-Druck verwendet?

3D-Druckfilamente aus magnetischem Eisen werden im 3D-Druck verwendet, um Teile mit metallischem Aussehen zu erstellen, ohne dass ein kostspieliger 3D-Metalldrucker oder herkömmliche Metallherstellungsprozesse erforderlich sind. Teile mit realistischem Metallglanz wie Skulpturen, Schmuck, Ornamente, Requisiten und Repliken gehören zu den häufigsten Anwendungen magnetischer Eisenfilamente im 3D-Druck. Über Zier- und Dekorationsteile hinaus finden mit diesen Filamenten gedruckte Teile zunehmend Verwendung in verschiedenen Sensoren und Aktoren, kleinen Motoren und Computerspeichergeräten. Durch die Verwendung magnetischer Eisen-3D-Druckfilamente können zwar Teile entstehen, die wie Eisen aussehen, diese Teile weisen jedoch nicht die physikalischen oder chemischen Eigenschaften von Eisen auf. Auf keinen Fall sollte ein mit magnetischen Eisenfäden bedrucktes Teil anstelle eines Metallteils verwendet werden, es sei denn, das Teil ist nicht tragend oder dient nur der Ästhetik. 

Wie verwendet man magnetisches Eisen im 3D-Druck?

Das Drucken mit magnetischen Eisenfilamenten kann schwieriger sein als das Drucken mit Standardfilamenten, ist aber nicht unmöglich. Nachfolgend sind einige der Best Practices für die Verwendung von magnetischem Eisen im 3D-Druck aufgeführt:

1. Kleine Eisenpulver im Filament können Messingdüsen abreiben und schnell verschleißen. Verwenden Sie für metallgefüllte Filamente eine verschleißfeste Düse aus gehärtetem oder rostfreiem Stahl. Überprüfen Sie regelmäßig den Verschleißzustand Ihrer Düse.
2. Standarddüsen haben eine Öffnung mit einem Durchmesser von 0,4 mm. Metallpartikel neigen dazu, sich um die Öffnung herum zu verklumpen und die Filamentzufuhr zu verhindern. Um eine Verklumpung um die Öffnung herum zu verhindern, verwenden Sie eine Düse mit einer größeren Öffnung (0,5–0,6 mm).
3. Da metallgefüllte Filamente dichter sind als Standard-Polymerfilamente, sind sie bei einer bestimmten Filamentgröße schwerer. Dieses erhöhte Gewicht kann zum Durchhängen oder Brechen des Filaments führen, wenn die Druckanweisungen das Überbrücken einer Lücke oder das Drucken eines Überstands erfordern. Wenn es Abhilfe schafft, vermeiden Sie den Druck von Teilen mit Brücken oder Überhängen, wenn Sie 3D-Druckfilament aus magnetischem Eisen verwenden.
4. Da mit Metall gefüllte Filamente spröde sind, können sie leicht brechen oder reißen. Dieses Problem kann auftreten, wenn der Filamentdruckpfad zwischen der Spule und dem Extruder zu viele scharfe Ecken aufweist. Um dieses Problem zu lösen, minimieren Sie den Abstand zwischen der Spule und dem Extruder – je näher die beiden sind, desto besser. 
5. Metallpulver im Filament erschweren es dem Extruder, geschmolzenes Material beim Drucken zurück in die Düse zurückzuziehen. Dieses Zurückziehen führt zu Materialklecksen am Anfang und Ende eines bestimmten Drucksegments. Optimieren Sie die Rückzugseinstellungen, um einen Rückzug zu vermeiden.

Was sind die besten Konfigurationseinstellungen für den 3D-Druck mit magnetischem Eisen?

Protoplant, Inc. stellt unter dem Markennamen Protopasta ein beliebtes magnetisches, mit Eisen gefülltes Filament her. Während die Druckereinstellungen für metallgefüllte Filamente je nach Hersteller unterschiedlich sein können, können die Einstellungen, die Protopasta für ihr magnetisches, mit Eisen gefülltes PLA-Filament empfiehlt, als typisch angesehen werden und sind in der folgenden Tabelle 2 aufgeführt:

Tabelle 2. Einstellungen des 3D-Druckers für magnetisches Eisen

Druckereinstellung Wert

Druckereinstellungen

Betttemperatur

Wert

Umgebungstemperatur bis 60 ℃

Druckereinstellungen

Düsentemperatur

Wert

185-215 ℃

Druckereinstellungen

Druckgeschwindigkeit

Wert

10–20 mm/s (erste Schicht); 20-80 mm/s (Rest des Teils)

Druckereinstellungen

Extruder-Lüftergeschwindigkeit

Wert

10–20 % der maximalen Drehzahl

Druckereinstellungen

Rückzug 

Wert

Minimal

Druckereinstellungen

Schichthöhe

Wert

0,15-0,20 mm

Druckereinstellungen

Druckbett

Wert

Tragen Sie verschwindenden Kleber, Malerband oder PEI auf

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

Die besten 3D-Druckgeschwindigkeiten für magnetische, mit Eisen gefüllte Filamente liegen bei 10–20 mm/s für die erste Schicht und 20–80 mm/s für alle nachfolgenden Schichten. Verwenden Sie zu Beginn des Drucks eine langsamere Druckgeschwindigkeit, um die Haftung am Druckbett sicherzustellen. Nachdem die erste Schicht fertig ist, sollte die Druckgeschwindigkeit erhöht werden, um Verstopfungen und Staus in der Düse zu verhindern.

Was ist die Schmelztemperatur des magnetischen Eisenfilaments?

Die Schmelztemperatur des 3D-Druckfilaments aus magnetischem Eisen ist ungefähr die gleiche wie bei Standard-PLA (180–190 °C) für Protopasta-Filament, da nur der Kunststoff tatsächlich schmilzt – nicht die Metallpulver. Da metallgefüllte Filamente jedoch spröder sind als ihre nicht gefüllten Gegenstücke, müssen möglicherweise etwas höhere Temperaturen angewendet werden, um die Sprödigkeit zu verringern. 

Ist beim Drucken mit magnetischem Bügeleisen ein beheiztes Druckbett erforderlich?

Nein, beim Drucken mit magnetischen, mit Eisen gefüllten Filamenten ist kein beheiztes Bett erforderlich. Aber sie können außerordentlich nützlich sein. Höhere Druckbetttemperaturen können die Druckbetthaftung verbessern, Restspannungen in gedruckten Teilen reduzieren und Verzug verhindern. Betten können eine Temperatur haben, die der Umgebungstemperatur entspricht oder bis zu 60 °C beträgt. 

Was ist eine gute Wandstärke für den 3D-Druck von magnetischem Eisen?

Gute Wandstärken für Teile, die mit magnetischen Eisenfilamenten gedruckt werden, ähneln den Wandstärken ihres primären Basiskunststoffs. Für magnetisches, eisengefülltes PLA werden Wandstärken von 1,5 mm empfohlen, wobei 0,8 mm das absolute Minimum sind.

Was ist eine gute Wanddichte für den 3D-Druck von magnetischem Eisen?

Eine „gute“ Fülldichte für den 3D-Druck mit magnetischem Eisen hängt von den gewünschten Eigenschaften des endgültigen gedruckten Teils ab. Es besteht ein Zusammenhang zwischen der Wand- oder Fülldichte und der Festigkeit der resultierenden 3D-gedruckten Teile. Wenn es wichtig ist, eine hohe Druckgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, sollten Sie die Verwendung einer geringeren Fülldichte (15–50 %) in Betracht ziehen. Eine Verringerung der Fülldichte führt dazu, dass sich Teile aufgrund der Sprödigkeit metallgefüllter Filamente möglicherweise leicht verbiegen und brechen können. Durch Drucken mit hohen Geschwindigkeiten könnte die Geometrie und Ästhetik der Teile jedoch schnell überprüft werden. Erwägen Sie die Verwendung einer dichteren Füllung (50–80 %) für funktionelle, langlebige Teile.

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

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

Zusammenfassung

In diesem Artikel wurde das 3D-Druckfilament aus magnetischem Eisen vorgestellt, erklärt, was es ist, und die verschiedenen Faktoren erörtert, die bei der Verwendung im 3D-Druck zu berücksichtigen sind. Um mehr über 3D-Druckfilamente aus magnetischem Eisen zu erfahren, wenden Sie sich an einen Xometry-Vertreter.

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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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