Der Unterschied zwischen FFF- und Desktop-3D-Druckern in Industriequalität

Der 3D-Druck hat in den letzten zehn Jahren viel Aufsehen erregt, ist aber kaum eine neue Erfindung. Hideo Kadama leistete 1981 Pionierarbeit für das, was heute als additive Fertigung bekannt ist, als er ein Rapid-Prototyping-System beschrieb, mit dem Modelle aus mehreren Schichten verfestigter Photopolymere gebaut werden konnten. Seitdem haben Ingenieure nicht aufgehört, mit dem 3D-Druck innovativ zu sein. Allein zwischen 1999 und 2010 hat die Branche sogar eine Reihe medizinischer Anwendungen hervorgebracht, indem sie 3D-gedruckte Blasen, Nieren, Beinprothesen und Blutgefäße produzierte.

Die wohl wichtigste Ära in der Geschichte des 3D-Drucks ist Mitte der 2000er Jahre, als die additive Fertigung zunehmend demokratisiert wurde. Im Jahr 2009 liefen die alten Patente zur Fused Filament Fabrication (FFF) aus und Desktop-Drucker überschwemmten den Markt. Jetzt können sowohl Amateure als auch etablierte Ingenieure CAD-Designs erstellen und so ziemlich alles bauen, was sie wollen, von Bolzen über Spielzeug bis hin zu Schusswaffen. Es gibt jedoch einen großen Unterschied zwischen Fused Deposition Modeling (FDM) in Industriequalität, dem Markennamen von Stratasys für FFF, und Filamentextrusion für zu Hause.

Die gemeinsame Technologie von Industriequalität und Desktop-FFF

Industrielle und Desktop-FFF teilen sich die gleichen Kernprozesse, was bedeutet, dass sie beide eine beheizte Düse verwenden, um thermoplastisches Material zu schmelzen und es Schicht für Schicht zu extrudieren, bis ein festes Produkt entsteht. Darüber hinaus haben die jüngsten Fortschritte bei der Desktop-Filamentextrusion sie den technischen Möglichkeiten des industriellen Druckens ein Stück näher gebracht.

Industrielles FFF ist für seine hohe Genauigkeit bekannt, da es aufgrund der Verarbeitungsparameter während des Druckens strengeren Kontrollen unterliegt. Industrielle FFF-Drucker verwenden Kalibrierungsalgorithmen, beheizte Kammern, Doppelextrusion und höhere Drucktemperaturen, um einen qualitativ hochwertigen Druck zu gewährleisten. Viele High-End-Filament-Extrusions-Desktopdrucker auf dem Markt verfügen über dieselben Funktionen und können sogar Teile mit einer relativ hohen Maßgenauigkeit und minimalen Strukturgröße produzieren, die sich der Nuance annähern, die durch industrielles FFF erreicht wird.

Es ist jedoch bekannt, dass sowohl Bastler als auch Ingenieure den Desktop-Druck mit dem Drucken in Industriequalität verschmelzen. Viele Ingenieure verwenden die Filamentextrusion im kleinen Maßstab für Prototyping-Zwecke. Prototypen, die über Desktop-FFF hergestellt werden, erreichen jedoch nicht die gleichen mechanischen Eigenschaften wie solche, die mit industrietauglicher Technologie erstellt wurden. Abgesehen von den grundlegenden technologischen Ähnlichkeiten und der Detailgenauigkeit unterscheiden sich Industrie- und Desktop-FFFs erheblich.

Hauptunterschiede zwischen FFF in Industriequalität und Filamentextrusion

FFF in Industriequalität, das bei additiven Herstellern beliebt ist, ist für kleine bis mittlere Produktionsläufe, den Formendruck für den Spritzguss in kleinen Auflagen und die schnelle Herstellung großer Prototypen konzipiert. Diese Drucker haben größere Druckbereiche, sodass sie während eines einzigen Drucks entweder ein oder zwei große Teile oder mehrere Kopien kleinerer Teile produzieren können. Drucker in Industriequalität, wie der Stratasys F900, sind auch für ihre Wiederholbarkeit und Zuverlässigkeit bekannt. Das Gleiche gilt nicht für 3D-Drucker für den Heimgebrauch.

Kleinere Drucker können auch nicht die Materialzertifizierungen erfüllen, die für FFF-Anwendungen in Industriequalität erforderlich sind. Beispielsweise ist ULTEM® (PEI) eines der wenigen Materialien auf dem Markt, das die Brand- und Rauchtoxizitätsvorschriften für die Verwendung in der Luft- und Raumfahrt erfüllt, und es ist nicht mit Desktop-Druckern kompatibel. Ähnliche Ergebnisse können nicht repliziert werden. Das Gleiche gilt für lösliche Trägermaterialien und die große Vielfalt an technischen Kunststoffen, die mit FFF in Industriequalität verwendet werden.

Während der Verarbeitung werden diese Materialien oft mit Additiven behandelt, um ihnen bestimmte Eigenschaften zu verleihen, die Ingenieure beim Bau von Produkten für industrielle Anwendungsfälle suchen, wie z. B. chemische Beständigkeit oder höhere Festigkeit. Daher ist industrielles FFF eine ausgezeichnete Wahl für die Herstellung von Prototypen, Spezialteilen und leistungsstarken Verbraucherprodukten wie Lebensmittel- und Arzneimittelverpackungen.

Ein Desktop-Drucker, der besser für diejenigen geeignet ist, die kleine Mengen von Teilen prototypieren oder in ihrer Freizeit mit Filamentextrusion experimentieren möchten, kann auch für Kleinserien von Funktionsteilen in viel kleinerem Maßstab verwendet werden. Dank der breiten Aufmerksamkeit der Medien und der wachsenden Popularität des 3D-Drucks sind Desktop-Druckmaterialien weit verbreitet. Standard-PLA ist einfach zu drucken und kann feinere Details erzeugen, die Bastler in Spielzeug oder komplizierten Modellen suchen, während ABS eine größere Festigkeit und thermische Stabilität bietet.

Das Drucken mit einem Heimdrucker ist auch viel günstiger als das Drucken mit industriellem FFF. Ein guter Bürodrucker kostet etwa 50.000 US-Dollar im Vergleich zu Industriemaschinen, die oft Hunderttausende von US-Dollar kosten, wenn sie vollständig ausgestattet sind. Filament-Extrusionsdrucker für den Heimgebrauch erfordern jedoch ein hohes Maß an Benutzerwartung und nahezu ständiger Kalibrierung, wofür Ingenieure und große Hersteller nicht unbedingt die Zeit haben. Dennoch ist ein kleiner Filament-Extrusionsdrucker eine gute Wahl für Bastler.

Was ist das Endergebnis?

Verbraucher sollten darauf achten, industrielles FFF nicht mit Desktop-FFF zu verwechseln oder davon auszugehen, dass sie mit einer Maschine die gleichen Vorteile erzielen können wie mit der anderen. Industrielles FFF wird für Ingenieure aufgrund der großen Baugröße der Maschinen und der besonderen mechanischen Eigenschaften, die durch FFF in Industriequalität ermöglicht werden, am vorteilhaftesten sein. Für Bastler oder Unternehmen, die einfache Prototypen herstellen möchten, ist ein kleiner Desktop-3D-Drucker für schnelle und kostengünstige Konstruktionen gut geeignet.

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