Temperaturbeständigkeit von Filamenten im FDM / FFF 3D-Druck

Die Temperaturbeständigkeit des Filaments war schon immer das Thema, das die Welt des 3D-Drucks und der FDM / FFF-Technologie vorantreibt. Ich wage es sogar zu sagen, dass die Temperaturbeständigkeit des Filaments die Entwicklung bestimmt und vorantreibt. Um dies jedoch genau zu erklären, reicht eine Veröffentlichung oder eine Aussage nicht aus, da es sich um ein umfangreiches Thema handelt. In dieser Publikation werde ich einige grundlegende Parameter skizzieren, die mit der Temperaturbeständigkeit von Filamenten zusammenhängenden Fragen erläutern und die Rangliste der auf Druckern von Omni3D profilierten Filamente vorstellen.

Autor: Tomasz Garniec

Wenn wir uns in der Welt von FDM / FFF bewegen, werden wir bei jedem Schritt auf das Konzept der Temperaturbeständigkeit von Filamenten stoßen. Um dieses Thema zu erforschen, müssen wir die damit verbundenen Konzepte kennen und erklären, was sie wirklich bedeuten und wie sie sich auf den Druck selbst und die Verwendung der gegebenen Elemente in weiteren Prozessen auswirken. Es gibt viele Konzepte und jeder Hersteller definiert sie ein wenig anders, daher ist es für einige Benutzer schwierig, die richtigen Parameter zu identifizieren. Ich werde versuchen, Ihnen dieses Thema ein wenig näher zu bringen.

Was ist die Glasübergangstemperatur – TG?

Einfach ausgedrückt ist dies die Temperatur, oberhalb derer die Steifigkeit des Materials stark abfällt. Was bringt uns dieses Wissen? Diese Temperatur ist sehr oft für die richtige Wahl der Betttemperatur verantwortlich, d. h. sie ist die Temperatur, bei der die Kraft, mit der das Material am Druckbett haftet, am größten ist. Wenn man diesen Punkt versteht, kennt und nutzt, hat man eine bessere Kontrolle über die Verformung beim Drucken. Das Problem kann sein, dass die von den Herstellern gelieferten Daten die Filamente in perfektem Zustand (getrocknet, keine Degradation) betreffen – das bedeutet, dass diese Parameter sehr oft schwer zu bestimmen sind und die Druckereinstellung noch intuitiver ist.

Was ist der Schmelzpunkt (ungefähr die Drucktemperatur)?

Dies ist die Temperatur, bei der das Material flüssig wird. In den meisten Fällen ist die Polymerschmelze jedoch noch zu zähflüssig, um frei zu drucken. Aus diesem Grund sind die von den Herstellern empfohlenen Drucktemperaturen in der Regel höher. Es handelt sich um einen Parameter, dessen richtige Einstellung und vor allem die richtige Kontrolle der Temperaturstabilität der Düse über die Qualität, Präzision und Haltbarkeit des gedruckten Elements entscheidet. Die Hersteller geben einen bestimmten Temperaturbereich an, den der Benutzer überprüfen und richtig wählen muss. Die richtige Lagerung des Filaments ist ebenfalls ein wichtiges Element. Das Wissen darüber und die richtige Verwendung können das gewünschte Ergebnis erheblich beeinflussen und das Endergebnis personalisieren – es geht um mehr als nur das Drucken.

Was ist die Wärmeableitungstemperatur HDT?

Um dieses Konzept schnell und klar zu erklären, nenne ich diesen „Punkt” und den anderen „Tests”. Denn es handelt sich um streng definierte Bedingungen, unter denen bestimmte Veränderungen stattfinden. HDT (Heat Deflection Temperature) ist eine Form der Überprüfung, wie sich das Produkt bei erhöhter Temperatur unter einer bestimmten Belastung verhält. Dieser Parameter ist wichtig und entscheidet über die Verwendung eines bestimmten Materials pro Element für eine bestimmte Anwendung. Die Kenntnis dieses Parameters und seine richtige Anwendung, wie bei jedem der oben genannten Aspekte, macht unseren Ausdruck nützlich und auf die spezifischen Bedürfnisse zugeschnitten. Dieser Test ist in den Normen ISO 75 und ASTM D 648 genau beschrieben, auf die wir uns jederzeit beziehen und die wir überprüfen können.

Was ist die Vicat-Erweichungstemperatur?

Dieser Parameter ist wie der oben genannte das Ergebnis des Tests und wird in der ISO-Norm 306 (ISO 10350) und in der ASTM-Norm D 1525 (oder B50), einer Messnorm, genau definiert. Wie oben gibt auch dieser Test Auskunft darüber, bei welcher Temperatur ein bestimmtes Element seine Eigenschaften ändert. Genauer gesagt, bei welcher Temperatur die „Nadel” mit einer Fläche von 1 mm2 bei einer bestimmten Belastungskraft bis zu einer Tiefe von 1 mm in das Produkt eindringen kann. Im Gegensatz zum HDT – Vicat-Test – oder Erweichungspunkt. – liegt diese Temperatur sehr oft in der Nähe der Verflüssigungstemperatur (Schmelztemperatur) und, was besonders bei industriellen – teilkristallinen – Filamenten vom Typ: PEEK, PEKK, ULTEM – deutlich von der Verformungstemperatur abweicht (siehe Tabelle unten). Die richtige Kenntnis dieses Themas und seiner Verwendung gibt den Ingenieuren die Möglichkeit, den Ausdruck weiter auf ihre Bedürfnisse und ihre Verwendung zuzuschneiden.

Das Wissen über die thermischen Eigenschaften und die Temperaturbeständigkeit von Filamenten und den Ausdrucken selbst ist ein wichtiger Bestandteil im Leben eines 3D-Druckeranwenders. Das Verständnis der Parameter und ihrer richtigen Anwendung verschafft jedem einen großen Vorteil und ermöglicht es, die Möglichkeiten von 3D-Druckern zu nutzen.

Rangliste der ausgewählten profilierten Filamente für Omni3D-Drucker