FDM

Fused Deposition Modeling (FDM) erzeugt Volumenteile, indem geschmolzenes Thermoplast durch eine bewegliche Düse auf eine Druckplattform extrudiert wird. Das Material erkaltet und erstarrt sofort, wodurch es an der darunterliegenden Schicht haftet. Die Düse fährt ein Muster in der horizontalen Ebene, danach senkt sich die Plattform und der Prozess wiederholt sich. Diese Schichtung von dünnen Schichten, typischerweise 0,1 bis 0,3 mm stark, bildet das fertige Teil von unten nach oben auf.

Die gebräuchlichsten Ausgangsmaterialien sind Polylactid (PLA) und Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS). PLA ist einfacher zu verarbeiten, schmilzt bei etwa 190 bis 220 Grad Celsius und erzeugt weniger Verformungen. ABS erfordert höhere Temperaturen (240 bis 250 Grad Celsius), braucht eine beheizte Druckplattform, um Risse beim Abkühlen zu vermeiden, und ergibt zähere, chemisch beständigere Teile. Spezialkunststoffe wie Nylon und kohlefaserverstärkte Verbundwerkstoffe sind erhältlich, erfordern aber präzisere Maschinensteuerung und höhere Extrusionstemperaturen.

Das fertige Teil weist sichtbare Schichtlinien und innere Hohlräume auf, wo vorher Stützmaterial überhängende Bereiche gefüllt hat. Stützstrukturen sind notwendig für alle Merkmale, die horizontal über das darunter liegende Material hinausragen; sie werden aus demselben oder aus einem wasserlöslichen Kunststoff gedruckt und danach entfernt. Der Kompromiss zwischen Materialeffizienz und Teilefestigkeit ist ständig vorhanden: dichtere Infill-Muster (60 bis 100 Prozent) erzeugen festere Teile, verbrauchen aber mehr Material und verlängern die Druckzeit; sparsame Infill-Muster (10 bis 20 Prozent) sparen Material, erzeugen aber spröde Schalen.

FDM eignet sich hervorragend für funktionale Prototypen, Vorrichtungen, Hilfswerkzeuge und Kleinserien-Endprodukte, bei denen die Maßgenauigkeit nicht extrem eng sein muss. Die typische Maßgenauigkeit beträgt ±0,5 mm für Merkmale größer als 10 mm. Die Oberflächenrauhheit ist grob im Vergleich zu Spritzguss oder CNC-Bearbeitung, mit sichtbaren Riefen in Fahrtrichtung. Wandstärke, Düsendurchmesser (normalerweise 0,4 oder 0,6 mm) und Schichthöhe beeinflussen zusammen die minimale Merkmalsgröße, die die Maschine auflösen kann.

Das Verfahren wird auch Extrusionsbasierter 3D-Druck und Fused Filament Fabrication (FFF) genannt, wobei Letzteres eine Open-Source-Variante ist. FDM liegt im kostengünstigeren und langsameren Bereich des additiven Fertigungsspektrums und konkurriert mit Stereolithographie (SLA) bei der Prototypengeschwindigkeit und mit Spritzguss bei der Kleinserienproduktion. Anders als SLA, das flüssiges Harz und UV-Licht nutzt, erfordert FDM keine Entsorgung nasser Chemikalien und erzeugt trockene, inerte Teile unmittelbar nach dem Druck.