Forscher der Norwegian University of Science and Technology (NTNU) haben ein Open-Source-Upgrade für handelsübliche Desktop-3D-Drucker entwickelt, mit dem Benutzer eine zugängliche neue Methode zur Verarbeitung von Hochtemperaturpolymeren erhalten. Das Add-On für handelsübliche Desktop-FFF-3D-Drucker besteht aus einem Creality CR-10 Plus, der mit einem flüssigkeitsgekühlten Antriebsextruder und Schrittmotoren ausgestattet wurde. Das System befindet sich in einer selbst gebauten Kammer, die eine Bautemperatur von 135 °C aufrechterhält. Das Set-up kann für weniger als 1.700 USD (1.500 EUR) einschließlich des Systems zusammengebaut werden. Es lässt sich den Wissenschaftlern zu Folge zu jedem Desktop-FFF-3D-Drucker hinzufügen, um Hochleistungsmaterialien druckbar zu machen. Die Forscher haben ihre Arbeit in einem Artikel mit dem Titel „High-Performance Polymer 3D Printing – Open-Source Liquid Cooled Scalable Printer Design“ im Fachmagazin Hardware X veröffentlicht.
Details zum FFF-3D-Druck mit Hochtemperaturfilamenten
Viele FFF-3D-Drucker könnten mit dem Upgrade laut den NTNU-Forschern die für industrielle Anwendungen erforderliche Festigkeit und Temperaturbeständigkeit erreichen. 3D-Drucker, die mit Hochtemperatur-Druckfunktionen ausgestattet sind, sind aufgrund der Anschaffungskosten für viele Bildungseinrichtungen aber schwer zugänglich, was auch zu begrenzen Forschungsmöglichkeiten führt. Erst seit letztem Jahr drücken erste Desktop-Geräte, die Hochleistungspolymere drucken können, auf den Low-Cost-Markt vor, wie der QIDI TECH X-Max zum Beispiel.
Im Jahr 2021 lief das Baukammerpatent von Stratasys ab, weshalb die Forscher aus Norwegen die Chance nutzten und einen neuartigen Ansatz für eine zugänglichere Hochtemperatur-FFF-Produktion entwickelten. Sie geben an, dass die Baukammer ihres Systems sogar bei höheren Temperaturen betrieben werden kann, als dies bei kommerziellen 50.000 US-Dollar-Systemen (44.136 Euro) wie zum Beispiel beim AON M2 der Fall sei.
Benchy aus kohlefaserverstärktem PEEK
Das Desktop-3D-Drucker-Upgrade aus Norwegen wurde um zwei IKEA METHOD-Schränke herum gebaut, die sie mit einer Stahlbeschichtung, Isoliermatten und einer hitzebeständigen Glasplatte zur Betrachtung des Baus versahen. Die Lösung weist ein theoretisches Bauvolumen von 800 x 1200 x 800 mm auf. Abschließend wurde das Upgrade für einen sicheren Einsatz mit Aluminiumband und Dichtungen abgedichtet.
Die neuartige Baukammer wird zur Stromversorgung mit einer 2,5 kW 500 mm x 500 mm Silikonheizung ausgestattet, montiert auf einer Aluminiumplatte, die die während der Produktion erzeugte Wärme ableitet. Das Ganze wurde mit Reservoirs und Kühlern ergänzt, die „Flüssigkeitskühlkreisläufe“ bilden, damit die Schrittmotoren und das Hotend nicht überhitzen.
Um ihren Prototypen zu testen, befestigten sie ihn an einem Creality CR-10 Plus, den sie bis auf seinen Rahmen zerlegten. In der Kammer bauten sie ihn wieder zusammen und schlossen ihn an. Ein integrierter Controller half, die Flüssigkeitskühlungsfunktionalität des Aufbaus nach Bedarf zu modulieren. Trotz Wärmeverlusten entlang der oberen Dichtungen und des Sichtfensters, hielt das Gerät die 135 °C und eine Düsentemperatur von 400 °C. Sie druckten ein kohlefaserverstärktes PEEK-Bench und eine komplexe Vase. Beide wiesen einen hohen Detailierungsgrad und eine konsistente Qualität von oben bis unten auf. Außerdem waren die 3D-gedruckten Objekte um 22% zugfester als mit vergleichbaren Maschinen. Den Aufbau mit allen Details finden Sie im von den Forschern veröffentlichten Artikel.
