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Die Extrusion ist die am häufigsten eingesetzte 3D-Druckverfahren, mit der vor allem Desktop-3D-Drucker arbeiten. Diese werden nicht nur von Privatpersonen, sondern auch von einigen Bildungseinrichtungen und auch von Unternehmen genutzt.
Die Extrusion wird sowohl als
- Fused Deposition Modeling (FDM),
- Fused Filament Fabrication (FFF) und
- Fused Layer Modeling (FLM)
bezeichnet.
Wieso drei Bezeichnungen für ein Verfahren?
Mancher wird sich fragen, warum es für ein und dasselbe 3D-Druckverfahren insgesamt drei Bezeichnungen gibt. Dies hat unter anderem mit dem Patentrecht zu tun, denn die Firma Stratasys, die diese 3D-Drucktechnologie erstmals entwickelte, ließ das FDM-Verfahren als Trademark registrieren. Andere Unternehmen begannen dann auch, entsprechende 3D-Drucker zu produzieren und entschieden sich für die Bezeichnung FFF. Der Verein deutscher Ingenieure (VDI) hingegen nutzte dann in seinen Richtlinien zum Extrusions-3D-Druck die Kurzbezeichnung FLM.
Wie funktioniert Extrusion im 3D-Druck?
Bei der Extrusion werden Kunststofffilamente – zum Beispiel ABS, PLA und PETG – im Druckkopf bzw. Extruder erhitzt und geschmolzen. Der 3D-Druckkopf ist auf zwei horizontalen Achsen, genauer gesagt der X- und der Y-Achse, positioniert und bewegt sich an diesen entlang. Das Druckbett, auf dem die Teile Schicht für Schicht entstehen, bewegt sich vertikal auf der Z-Achse.
Aus dem Extruder wird das geschmolzene Material durch eine oder mehrere Düsen schichtweise übereinander auf der Bauebene (Druckbett) abgelegt. Es verbindet sich mit den nächsten Schichten und härtet aus. Sobald eine Schicht fertiggestellt ist, senkt sich das Druckbett mit der Z-Achse etwas herunter und der Prozess beginnt von vorn. Dies geht so lange weiter, bis das gewünschte Objekt oder Bauteil fertiggestellt ist. Wie genau das Objekt gedruckt wird, hängt vom gewählten Filament und dessen Qualität, aber auch von der Mindestschichtdicke des 3D-Druckers und den gewählten Druckereinstellungen ab. Grundsätzlich lässt sich feststellen, dass je dünner die Schichten ausfallen, umso größer ist die Druckgenauigkeit respektive die Druckauflösung.
Filamente als 3D-Druck-Material
Zu den 3D-Druck-Filamenten, die mit fast allen Desktop-3D-Druckern kompatibel sind, gehören unter anderem PLA und ABS. FFF 3D-Drucker können auch einige exotische Kunststofffilamente verarbeiten, denen beispielsweise Anteile von Metall, Holz oder eines anderen Materials hinzugefügt wurden. Ein Großteil der Desktop-3D-Drucker nutzen das FDM-, FFF- bzw. FLM-Verfahren. Der kleinere Teil druckt mit dem Stereotlihografie-SLA-Verfahren.
Zu den Extrusionsverfahren gehören nicht nur die bekannten mit thermischem Kunststoff, sondern auch Varianten, die Pasten oder Schäume verarbeiten. Hier wurden die Ausgangsmaterialien also chemisch oder physikalisch aufbereitet. Problematisch ist bei der Extrusion, dass der verarbeitete Strang einen Anfang und ein Ende hat. Treffen diese beiden beim Schließen der Kontur zusammen, ist dieser Ansatz sichtbar und es entstehen Bindenähte. Liegen diese bei jeder Schicht an selber Stelle, fallen sie natürlich besonders stark auf. Je nach gewähltem Filament ist es aber vielleicht möglich, diese Nahtstellen etwas nachzubearbeiten.
