Granulat
Das Granulat wird in den Trichter eingefüllt und gelangt von dort in die Einzugszone des Extruders. In dieser Phase besteht das Material aus einzelnen festen Partikeln.
Materialzustand: feste Granulatkörner.
FGF PRO / TECHNOLOGIE
So funktioniert3D-Druckaus Granulat
FGF ist eine Technologie für den direkten Druck aus Polymergranulat. Im Extruder schmilzt das Material durch die Wärme der Heizelemente; eine rotierende Schnecke fördert es zur Düse. Der Drucker legt die Schmelze Schicht für Schicht ab und formt nach einem digitalen Modell ein Bauteil.
Vom Granulat
zum fertigen Bauteil
Was im Extruder und beim Drucken mit dem Material geschieht — Schritt für Schritt.
Förderung
Die rotierende Schnecke erfasst das Granulat und befördert es zum beheizten Bereich des Extruders. Ihre Aufgabe ist es, das Material im Kanal weiterzutransportieren.
Materialzustand: feste Granulatkörner bewegen sich durch den Kanal.
Erwärmung
Im Übergangsbereich am Heatbreak erwärmt sich das Granulat. Die Oberflächen erweichen und beginnen zu schmelzen, sodass sich berührende Körner allmählich miteinander verbinden. Im Inneren bleiben zunächst feste Bereiche erhalten.
Materialzustand: erweichte Oberfläche, feste Bereiche im Inneren.
Schmelze
Nach dem Heatbreak gelangt das Material in die Verdichtungszone. Die Schnecke fördert und verdichtet es, wodurch die Zwischenräume kleiner werden. Durch die Wärme schmelzen die verbleibenden festen Bereiche allmählich; aus einzelnen Körnern entsteht eine zusammenhängende Schmelzemasse.
Materialzustand: Granulat wird allmählich zur Schmelze.
Düse
Das Material erreicht die Düse bereits als Schmelze. Die Schnecke fördert es, und durch die Düsenöffnung tritt es auf die Druckfläche aus.
Materialzustand: Schmelze tritt durch die Düse aus.
Bauteil
Der Drucker legt das Material entlang vorgegebener Bahnen ab. Die Schmelze verbindet sich mit der vorherigen Schicht und erstarrt beim Abkühlen. Der schichtweise Auftrag verwandelt das digitale Modell in ein fertiges Bauteil.
Materialzustand: gedruckte Schicht, die ihre Form behält.
Wesentliche Vorteile
der Technologie
Günstigere
Rohstoffe
Der direkte Granulatdruck erspart den Zwischenschritt der Filamentherstellung. Das kann die Materialkosten insbesondere bei voluminösen Produkten senken. Die Einsparung hängt vom jeweiligen Polymer, Anbieter und Einkaufsvolumen ab.
Große Auswahl
an Polymeren
Die Materialwahl ist nicht auf das verfügbare Filamentangebot begrenzt. FGF erschließt thermoplastische Granulate einschließlich weicher Elastomere, die sich als Strang nur schwer zuführen lassen. Ob eine bestimmte Sorte verarbeitet werden kann, hängt von den Eigenschaften des Druckers ab.
Potenzial für hohen
Durchsatz
Ein Schneckenextruder ermöglicht einen hohen Schmelzedurchsatz. Schnelles Drucken ist auch mit kleinen Düsen möglich. Bei ausreichender Extruderleistung hängt die Geschwindigkeit von der Druckermechanik, der Bauteilgeometrie und den gewählten Einstellungen ab.
Verwendung
von Recyclingrohstoffen
FGF ermöglicht die Verarbeitung geeigneter Recyclingrohstoffe ohne vorherige Filamentherstellung. Dadurch können aufbereitete Thermoplaste wieder in neue Produkte eingehen. Die Eignung hängt von Zusammensetzung, Zustand und Kompatibilität mit dem Fördersystem ab.
Grenzen
der Technologie
Die Flussregelung hängt von der Extruderkonstruktion ab. Die übrigen Punkte gelten auch für FDM/FFF.
| Merkmal | Bedeutung für das Bauteil |
|---|---|
| Flussregelung und Retraktion |
Restdruck nach dem Anhalten der Schnecke kann Nachlaufen und Fäden zwischen Druckbereichen verursachen. Druck schnell abzubauen und eine stabile Förderung wiederherzustellen ist eine eigene Entwicklungsaufgabe. Die Wirksamkeit der Retraktion hängt von Extruderkonstruktion und Steuerung ab. |
| Ausgleich zwischen Durchsatz und Detailgenauigkeit |
Größere Düsen und Schichthöhen zur Durchsatzsteigerung beeinflussen feine Strukturen und machen Schichten sichtbarer. Für glatte Oberflächen und präzise Passflächen kann eine Nachbearbeitung nötig sein. |
| Festigkeit der Schichtverbindung |
Unvollständige Verschmelzung benachbarter Bahnen und Schichten sowie innere Hohlräume können ein Bauteil schwächen. Das ist bei der Konstruktion belasteter Produkte und der Wahl der Druckbedingungen zu berücksichtigen. |
| Schwindung und Verformung |
Ungleichmäßige Abkühlung des Polymers kann zu Verzug und Formabweichungen führen. Die Ausprägung hängt von Material, Bauteilgeometrie und Temperaturbedingungen ab. |
| Stützen für überhängende Bereiche |
Manche Überhänge erfordern Stützstrukturen, eine andere Bauteilorientierung oder konstruktive Änderungen. Das beeinflusst Materialverbrauch und Nachbearbeitung. |
Vergleich mit anderen
Fertigungsverfahren
| Kriterium | FDM / FFFFilamentdruck | FGFGranulatdruck | SpritzgussFormgebung aus Granulat |
|---|---|---|---|
| Materialien | Thermoplaste als Filament: steif, flexibel und gefüllt. Die Auswahl hängt von geeignetem Filament und den Möglichkeiten des Druckers ab. | Thermoplastische Granulate, einschließlich weicher Elastomere und gefüllter Polymere. Die Auswahl ist nicht auf Filament beschränkt; das Material muss zum Extruder und zu den Druckbedingungen passen. | Thermoplastische Granulate, einschließlich Elastomeren und gefüllten Polymeren. Die Sorte wird nach Produktanforderungen, Formfüllung und Anlagenmöglichkeiten ausgewählt. |
| Produktionsvorbereitung | Modellvorbereitung im Slicer und Einstellung des Drucks. Ein Formwerkzeug ist nicht nötig. Ein geändertes Modell kann für den nächsten Lauf vorbereitet werden. | Modellvorbereitung im Slicer sowie Anpassung von Extrusion und Druckparametern an Material und Düse. Kein Formwerkzeug erforderlich. Konstruktionsänderungen erfolgen über das digitale Modell. | Konstruktion und Herstellung des Formwerkzeugs, anschließend Prozesseinrichtung. Geometrieänderungen können eine Überarbeitung oder einen Austausch des Werkzeugs erfordern. |
| Geometrie | Komplexe Formen und innere Hohlräume sind möglich. Überhänge können Stützen und Zugang zu deren Entfernung erfordern. Dünne Wände und feine Elemente hängen von Düse und Druckparametern ab. | Komplexe Formen und innere Hohlräume sind möglich. Überhänge können Stützen und Zugang zu deren Entfernung erfordern. Dünne Wände und feine Elemente verlangen eine passende Düse und einen stabilen Schmelzefluss. | Die Konstruktion muss Formfüllung und Entformung ermöglichen. Hohlräume und Hinterschneidungen können das Werkzeug aufwendiger machen. Dünne Wände und feine Elemente hängen von Werkzeugkonstruktion und Fließfähigkeit der Schmelze ab. |
| Ergebnisqualität | Genauigkeit und Oberfläche hängen von Anlage, Düse, Schichthöhe und Schwindung ab. Schichten können sichtbar bleiben. Die Festigkeit hängt von der Verbindung der Bahnen und der Druckrichtung ab. | Genauigkeit und Oberfläche hängen von Anlage, Düse, Schichthöhe, Schwindung und Extrusionsstabilität ab. Die Festigkeit hängt von der Verschmelzung der Bahnen und Schichten sowie der Druckrichtung ab. | Die Oberfläche bildet die Werkzeugtextur ab. Die Genauigkeit hängt von Werkzeug, Schwindung und Prozessstabilität ab. Bindenähte und Faserorientierung in gefüllten Materialien können die Festigkeit beeinflussen. |
| Zeit bis zum fertigen Bauteil | Umfasst Vorbereitung, Druck, Abkühlung und nötige Nachbearbeitung. Die Druckzeit hängt von Mechanik, Bahnen und Einstellungen ab. Der Materialdurchsatz wird durch Filamentförderung und Schmelzleistung des Hotends begrenzt. | Umfasst Vorbereitung, Druck, Abkühlung und nötige Nachbearbeitung. Schnelles Drucken ist auch mit kleinen Düsen möglich. Bei ausreichender Extruderleistung hängt die Druckzeit von Geschwindigkeit und Beschleunigung der Mechanik, Bauteilgeometrie und Einstellungen ab. | Der erste Produktionslauf umfasst die Werkzeugherstellung und die Prozesseinrichtung. Danach entstehen die Teile in wiederholten Füll-, Kühl- und Entformungszyklen. Gegebenenfalls müssen außerdem Angüsse und Grate entfernt werden. |
| Wirtschaftlichkeit | Rohstoff: Filament ist meist teurer als vergleichbares Granulat. Anlauf: Vorbereitung und Einstellung ohne Kosten für ein Formwerkzeug. Produkt: Die Kosten ergeben sich aus Materialverbrauch, Maschinenzeit und Nachbearbeitung. Bei größeren Stückzahlen verteilt sich die Vorbereitung auf mehr Produkte; die Druckkosten jedes Bauteils bleiben bestehen. |
Rohstoff: Granulat kann den Materialanteil der Herstellungskosten senken. Anlauf: Vorbereitung und Einstellung ohne Formwerkzeug. Produkt: Das wirtschaftliche Ergebnis hängt von Rohstoffverbrauch, Durchsatz, Maschinenzeit und Nachbearbeitung ab. Bei größeren Chargen verteilt sich die Vorbereitung auf die gesamte Stückzahl, während jedes Bauteil weiterhin Druckkosten verursacht. |
Rohstoff: Granulat. Anlauf: Kosten für Konstruktion, Werkzeugherstellung und Prozesseinrichtung. Produkt: Mit wachsender Stückzahl verteilen sich die Werkzeugkosten auf mehr Teile; der kurze Produktionszyklus senkt die Kosten der Serienfertigung. |
Konkrete Zeiten, Qualität und Herstellungskosten werden für Material, Anlage, Produktgeometrie und Losgröße bewertet.