FFF (Fused Filament Fabrication)

Fused Deposition Modeling (FDM; deutsch: Schmelzschichtung) bezeichnet ein Fertigungsverfahren aus dem Bereich des Rapid Prototyping, mit dem ein Werkstück schichtweise aus einem schmelzfähigem Kunststoff aufgebaut wird. Maschinen für das FDM gehören zur Maschinenklasse der 3D-Drucker.

Dieses Verfahren basiert auf der Verflüssigung eines drahtförmigen Kunststoff- oder Wachsmaterials durch Erwärmung. Beim anschließenden Abkühlen erstarrt das Material. Der Materialauftrag erfolgt durch Extrudieren mit einer in der Fertigungsebene frei verfahrbaren Heizdüse. Die Schichtdicken liegen je nach Anwendungsfall zwischen 0,025-1,25 mm, die Wandstärke mindestens bei 0,2 mm. Bei der schichtweisen Modellherstellung verbinden sich damit die einzelnen Schichten zu einem komplexen Teil. Auskragende Bauteile können mit diesem Verfahren unter Umständen nur mit Stützkonstruktionen aus Pappe, Polystyrol oder ähnlichem erzeugt werden.

Ausgangsbasis der Fertigung ist das rechnerinterne Datenmodell des Teils als Polygonnetz im z.B. STL-Format (STL-Schnittstelle) oder OBJ-Format.

 

Fused Deposition Modelling (FDM) ist ein Additiv, Fertigungstechnik für den Modellbauer, Prototypenerstellung und Produktionsanwendungen eingesetzt.

FDM arbeitet an einem „additiven“ -Prinzip durch die Festlegung von Material in Schichten; ein Kunststofffaden oder Metalldraht aus einer Spule und liefert Material abgewickelt wird, um einen Teil zu produzieren.

Die Technologie wurde von S. Scott Crump in den späten 1980er Jahren entwickelt und wurde im Jahr 1990 in den Handel.

Der Begriff Fused Deposition Modeling und seine Abkürzung zu FDM von Stratasys Inc. Das entspricht genau Begriff markenrechtlich geschützten, verschmolzen Filament Fertigung (FFF), wurde von den Mitgliedern des RepRap Projekt geprägt, um einen Satz, der in der Anwendung gesetzlich unbeschränkte wäre zu geben. Es wird manchmal auch als Kunststoff-Jet-Druck (PJP).

Geschichte
Fused Deposition Modelling (FDM) wurde von S. Scott Crump in den späten 1980er Jahren entwickelt und wurde 1990 von Stratasys kommerzialisiert. Mit dem Ablauf des Patents auf dieser Technologie gibt es jetzt eine große Open-Source-Entwickler-Community, sowie kommerzielle und DIY-Varianten, die diese Art von 3D-Drucker zu verwenden. Dies hat zu einem um zwei Größenordnungen Preisrückgang seit Schaffung dieser Technologie geführt.

Prozess
FDM beginnt mit einem Software-Prozess, der eine STL-Datei (Stereolithographie-Dateiformat) verarbeitet, mathematisch Schneiden und Ausrichten des Modells für den Build-Prozess. Bei Bedarf kann Unterstützungsstrukturen erzeugt werden. Die Maschine kann mehrere Materialien zu verzichten, um verschiedene Ziele zu erreichen: Zum Beispiel kann man ein Material verwenden, der Aufbau des Modells und verwenden eine andere als eine lösliche Trägerstruktur oder einem mehrfachen Farben des gleichen Typs aus thermoplastischen auf dem gleichen Modell verwenden.

Das Modell oder ein Teil wird durch Extrudieren kleinen Perlen aus thermoplastischem Material, um Schichten zu bilden, wie das Material unmittelbar nach der Extrusion aus der Düse erstarrt produziert.

Ein Kunststofffaden oder Metalldraht von einer Spule und liefert Material an eine Extrusionsdüse, die die Strömung auf und auszuschalten abwickelbar. Es ist typischerweise ein Schneckenantrieb, der den Faden in die Düse mit einer geregelten Geschwindigkeit schiebt.

Die Düse erhitzt wird, um das Material zu schmelzen. Die Thermoplaste werden Vergangenheit ihre Glasübergangstemperatur erhitzt und dann durch einen Extrusionskopf abgeschieden.

Die Düse kann in horizontalen und vertikalen Richtungen, die durch einen numerisch gesteuerten Mechanismus bewegt werden. Die Düse folgt einem Werkzeugbahn von einem Computer Aided Manufacturing (CAM) Software-Paket gesteuert wird, und das Teil wird von unten nach oben, eine Schicht zu einer Zeit aufgebaut. Schrittmotoren oder Servomotoren werden typischerweise verwendet, um den Extrusionskopf zu bewegen. Der verwendete Mechanismus ist oft ein XYZ geradlinig ausgebildet, obwohl auch andere mechanische Konstruktionen wie DeltaBot eingesetzt worden.

Obwohl als eine Drucktechnik FDM ist sehr flexibel, und es ist in der Lage, die mit kleinen Überhängen durch die Unterstützung von Unterschichten, FDM allgemeinen hat einige Einschränkungen für die Steigung der Überhang, und können träger Stalaktiten nicht erzeugen.

Unterschiedlichsten Materialien, die verfügbar sind, wie beispielsweise ABS, PLA, Polycarbonat, Polyamide, Polystyrol, Lignin, unter vielen anderen, mit verschiedenen Kompromisse zwischen Festigkeit und Temperatureigenschaften.

Kommerzielle Anwendungen
FDM, ein prominenter Form von Rapid Prototyping, ist für das Prototyping und Rapid Manufacturing verwendet. Rapid Prototyping ermöglicht iterative Testen und für Kleinstauflagen, kann Rapid Manufacturing eine relativ kostengünstige Alternative.

FDM verwendet die Thermoplasten ABS, ABSi, Polyphenylsulfon (PPSF), Polycarbonat (PC) und Ultem 9085, unter anderen. Diese Materialien sind für ihre Wärmebeständigkeit verwendet. Ultem 9085 zeigt auch eine Feuerbeständigkeit macht es für Luft- und Raumfahrtanwendungen .

FDM ist auch in Prototyping Gerüste für medizinische Tissue-Engineering-Anwendungen eingesetzt.