Fused Deposition Modeling (FDM)

Fused Deposition Modeling (FDM)

Das Fused Deposition Modeling (FDM) gehört zu den extrudierenden Verfahren und ist unter der Produktbezeichnung eines Herstellers bekannt geworden. Es handelt sich hierbei um ein Extrusionsverfahren bei, welchem physikalisch oder chemisch vorbereitete feste Ausgangsmaterialen wie Kunststoffe, Pasten oder Schäume aus der festen Phase aufgeschmolzen und verarbeitetet werden. Diese liegen in der Regel als Draht oder Tablette vor und werden in einer oder mehreren beheizten Extrudierdüsen aufgeschmolzen und als zähflüssiger Faden geometrisch definiert auf das Bauteil aufgetragen (vgl. Abbildung). Die Verfestigung der einzelnen Fäden erfolgt im Rahmen des Erkaltungsprozesses durch Verdampfen von Lösungsmitteln oder durch chemische Reaktion und sorgt gleichzeitig für den Stoffzusammenhalt untereinander.

Verfahrensweise des Fused Depostion Modeling

Verfahrensweise des Fused Depostion Modeling, Quelle: eigene Darstellung

Zur Herstellung des dreidimensionalen Bauteils werden die Düsen in einer Ebene bewegt (in x- und y- Richtung) und die Bauplattform wird schichtweise nach oben oder unten (in z-Richtung) gefahren. Grundsätzlich sind nahezu alle Werkstoffe (auch Metalle und Keramiken) zur Verarbeitung möglich. Als Ausgangsmaterialien werden jedoch wegen der besseren Verarbeitungseigenschaften vorrangig Materialien mit geringer Schmelztemperatur wie z.B. Polylactide (PLA), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polycarbonate (PC), Polyphenylsulfon (PPSF) oder Wachse herangezogen. Eine ausreichende Verbindung zwischen erhitzten Werkstoff und bereits erkalteten Bauteil entsteht nur durch aufdrücken des Materials mit Hilfe der Düse. Dies bedingt jedoch das die Düsenlängsachse immer in z-Richtung liegen muss und hat ca. 0,5 mm starke Ellipsen als Endform zur Folge. Um Bauteile mit Überhängen zu fertigen sind auch bei diesen Verfahren Support- und Stützstrukturen notwendig. Bei neueren Anlagen werden diese meist aus einem wasserlöslichen Wachs oder bauteilfremden Materialien mit noch geringeren Schmelztemperaturen erzeugt und durch eine zweite Düse verarbeitet. So kann deren nachträgliche Entfernung zeit- und kostengünstig durch Auswaschen oder eine Wärmebehandlung erfolgen. Innerhalb kürzester Zeit lassen sich mit FDM-Verfahren Einbau- und Funktionsmodelle sowie Fertigteile herstellen. Diese verfügen im Wesentlichen über die Werkstoffeigenschaften des Ausgangsmaterials.

Eine Zusammenfassung der Vorteile und Nachteile des Fused Deposition Modeling

Eine Zusammenfassung der Vorteile und Nachteile des Fused Deposition Modeling, Quelle: eigene Darstellung

Vorteilhaft sind der einfache Aufbau der Anlagen, die Verwendung von Serienmaterialien und die Herstellung eingefärbter Bauteile durch Verwendung von farbigen Kunststoffdrähten. Der große Unterschied zu anderen Verfahren ist jedoch die Fähigkeit, den Fertigungsprozess gezielt zu unterbrechen und andere Werkstoffe wie zum Beispiel Metalle, ganze Halbzeuge oder Elektronik einzuarbeiten und zu verarbeiten. Da das Verfahren auf einen Laser verzichtet, ist es einfach zu bedienen, relativ preiswert und somit für den Einsatz in einer Büroumgebung geeignet. Nachteilig hingegen sind die relativ geringe Oberflächenqualität der erzeugten Bauteile und die Notwenigkeit von Stütz- und Supportstrukturen im Fertigungsprozess.

In den letzten Jahren hat sich das FDM-Verfahren besonders bei den sogenannten Desktop-Printern für Heimanwender durchgesetzt. Seitdem drängt eine Vielzahl an Herstellern mit Druckern unterschiedlichster Bauraumgrößen auf den Markt. Darüber hinaus nimmt die Anzahl an Materialien, Farben, Materialeigenschaften und Dienstleistern rapide zu.