3D-Drucktechnik FDM-Technologie

HWK Ulm, 29.01.2015

Dipl.-Ing.(BA) Petra Rapp

Inhalt 3D-Drucktechnik FDM-Technologie

Verfahren der FDM-Technik

FDM - Schmelzschichtung

Verwendete Kunststoffe

Werkstoffdaten PLA

Material- und Gerätekosten

Vorteile der FDM-Drucktechnik

Grenzen der Drucktechnik

Knowhow zur Drucktechnik

Einsetzbarkeit der 3D-Drucke

Druckbeispiele mit Materialkosten und Druckzeiten

Ausblick auf die Zukunft

Kaufberatung 3D-Drucker

Multec – 3D-Druckerhersteller in Oberschwaben

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Verfahren der FDM-Technik FDM = Fused Deposition Modeling

Schmelzschichtung von erhitztem, flüssigem Kunststoff

Auftrag durch eine Heizdüse in sehr dünnen Fäden -> Schichten

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Werkstoffe: thermoplastische Kunststoffe mit unterschiedlichen Materialeigenschaften

Schichthöhen: 0,02-0,4mm Oberfläche: leichte Riffelung in Schichtrichtung

FDM - Schmelzschichtung

Druckteile entstehen durch das Verschweißen der Schichten beim Materialauftrag. Das Ergebnis sind stabile, belastbare Kunststoffteile

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Verwendete Kunststoffe Rohstoff -> Filament / Schweißdraht -> Thermoplaste:

- PLA: gängister 3D-Druck-Kunststoff

- Nylon, ABS, TPU, PETG, PE, PS und PP – manche davon gummi-artig

- Holzähnliche und mauerwerk-ähnliche Werkstoffe

- Lösliche Stützmaterialien: PVA und HIPPS

- Stützmaterial bei der FDM-Drucktechnik

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Werkstoffdaten PLA

• PLA und PLA-Hochtemperatur: sehr stabile und schlagzähe Kunststoffe

• beste Druckbarkeit und geringe Schrumpfung • Gute Klebbarkeit, Lackierbarkeit, Aceton- Benzin- Säure-

Beständigkeit • Gute Bearbeitbarkeit (Schleifen, Bohren, Fräsen, Drehen) • Absolut ungiftig und lebensmittelecht (Dämpfe beim Drucken!) • Gute Witterungsbeständigkeit

PLA von Multec Polyamid

Dichte g/cm^3 1,26 1

Zugfestigkeit in Mpa 39 - 75 50

Shorehärte 77 77

Temperaturbeständigkeit nach Vicat B 86° - 90°C 170°C

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Material- und Gerätekosten • Materialkosten sehr gering: 20-50€ pro Kilo

• Maschinenkosten gering (500 – 7000Euro)

• Softwarekosten gering

• Freeware-CAD oder LowCost-CAD

• Drucksoftware Freeware oder 140€

• Wartungskosten gering

• Multec Großraumdrucker M420 ab 1599€

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• Stabile Kunststoffteile • Bewegliche und belastbare Funktionsmodelle • Erreichbare Genauigkeit: ca. 0,1mm

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Vorteile der FDM-Drucktechnik

• Viele Einflußmöglichkeiten beim Druck auf die Bauteil-Charakteristiken (Festigkeit, Material, Oberflächen, minimierte Druckzeit)

• Innenfüllung vollmassiv oder mit Leichtbau Wabenstruktur

• Variable Kunststoffe: Abriebfestigkeit, Flexibilität, Elastizität, Schlagzähigkeit

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Vorteile der FDM-Drucktechnik

• Sehr große Gestaltungsfreiheit • Im Vergleich zu spanabhebenden und formenden Verfahren • Filigran wie das Modell vom Eiffelturm • Freiformen wie die Vase • Speziell angepasst wie der Hunderollstuhl • Getriebe in ganz neuen Formen • Prototypen, Musterbau bis Kleinserienfertigung möglich

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Vorteile der FDM-Drucktechnik

Grenzen der Drucktechnik

• Zeitaufwand bei großen und sehr feinen Druckteilen

• Überhänge/Stützmaterial etwas schwierig druckbar

• Oberflächenqualität ohne Nacharbeit leicht geriffelt

• Sehr filigrane Teile erfordern Druckerfahrung (Durchmesser < 0,5-1mm)

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Knowhow zur Drucktechnik

• CAD-Modell als Vorlage - > CAD-Software (Freeware oder LowCost)

• alternativ 3D-Scanner

• Druck-Software

• Drucktechnik und Kundenerfahrungen: Einstieg meist problemlos

• Mit etwas Erfahrung können die Möglichkeiten der FDM-Technik noch besser genutzt werden

• Schulungen und Anleitungen hilfreich

• Multec liefert viele Anleitungen und Tutorials mit

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Einsetzbarkeit der 3D-Drucke Modelle – Prototypen – Einzelstücke - Kleinserien

• Funktionsmodelle (Beispiel Getriebe, Roboter, Quadrocopter, Fahrwerke usw.)

• Prototypen für Designstudien

• Maßstabsmodelle, Ansichtsmodelle

• Architekturmodelle

• Kleinserienfertigung

• Möbelbeschläge

• Elektronik-Gehäuse

• LED-Halterungen

• Modellbau: Flugzeugmodellbau, Funktionsmodellbau, Automodellbau

• Eisenbahnmodellbau

• Dinge des täglichen Bedarfs

• Designelemente

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Großes Internetportal für Druckteile: www.thingiverse.com

Was drucken Nutzer weltweit mit ihren 3D-Druckern ?

Druckbeispiel Modellbau-Bootsrumpf

Gewicht: 250 Gramm Materialkosten: 5 €

Druckdauer: 6 Stunden Mit schneller Druckqualität Schichthöhe: 0,4mm

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Druckbeispiel Säbelzahntiger Gewicht: 160 Gramm Materialkosten: 3,20 €

Druckdauer: 6,5 Stunden Bessere Druckqualität + wenig Füllgrad Schichthöhe: 0,1mm

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Elektronik-Gehäuse Prototyp Gewicht: 320 Gramm

Materialkosten: 6,40 €

Druckdauer: 9 Stunden Schnelle Druckqualität Schichthöhe: 0,4mm

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Betonguß-Einlegeteil Vorhangführung Gewicht: 160 Gramm Materialkosten: 3,20 €

Druckdauer: 6 Stunden Mittlere Druckqualität – vollmassiver Druck Schichthöhe: 0,2mm

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Miniatur-Planetengetriebe Gewicht: 30 Gramm Materialkosten: 0,60 €

Druckdauer: 9 Stunden (in Teilen gedruckt) Sehr gute Qualität Schichthöhe: 0,1mm

Gedruckte Gewinde

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Ausblick auf die Zukunft

• Materialien werden rasant weiter entwickelt

• 3D-Drucker werden optimiert, Mehrfarbdrucke (derzeit 2-Farben)

• Materialkombinationen in einem Druck (z.B. Felge mit Gummireifen, zähe Innenstrukturen, abriebfeste Außenflächen

• Multec forscht mit Hochschulen spez. Materialien und Kernstück: Extruder

• Verstärkte Materialien (Faserverstärkt)

• Größere Druckteile, verbesserte Oberflächen

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Kaufberatung 3D-Drucker

• Mechanik Stabilität (FDM-Drucktechnik: Vibrationen) • Präzision und Verschleiß (Führungen, Antriebe) • Wartungsaufwand • Extruder/Druckkopf (hoher Vorschubkräfte, gute

Temperaturregelung, optimierte Düsen, Zugänglichkeit) • Bedienmöglichkeiten (Stand-Alone-Drucker) • Ersatzteilverfügbarkeit und Kosten (Düse als Verschleißteil) • Beim Rohstoff wichtig: Filamentgüte elementar • Materialien: Festigkeit, Ungiftigkeit und

Chemikalienbeständigkeit je nach Anwendungsfall, Farbtreue

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Multec – 3D-Druckerhersteller in Oberschwaben

• Eigene 3D-Drucker-Entwicklung mit ständiger Weiterentwicklung

• Volle Ersatzteil-Verfügbarkeit

• Ständige Weiterentwicklung

• Knowhow zu Drucktechnik und Software

• Schulungen und Support bei allen Fragestellungen um das Thema 3D-Druck

• Eigene Filament- und Materialentwicklung zusammen mit regionalen Hochschulen mit bester in Deutschland produzierter Qualität

• Uns ist die Produktion in Deutschland ein wichtiges Anliegen und auch der Umweltschutz im Bezug auf die verwendeten Druck-Rohstoffe.

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Vielen Dank für Ihr Interesse und Ihre Aufmerksamkeit

Petra Rapp