Das Fused Deposition Modeling, kurz FDM, ist ein weit verbreitetes Verfahren aus dem Bereich der Additiven Fertigung. Das FDM-Verfahren wird gelegentlich auch als Schmelzschichtverfahren bezeichnet.
Beim FDM-Verfahren werden Filamente im Durchmesser von 1,75 mm oder 2,85 mm in einer elektrisch beheizten Düse aufgeschmolzen. Eine Düse trägt Stränge im Durchmessern von ca. 0,2 mm schichtweise aus. Die Stränge oder Fäden verschmelzen drucklos mit dem bereits zuvor abgelegtem Material in der beheizten Prozesskammer. Als Werkstoffe stehen Kunststoffe wie ABS, ASA, PC-ABS und ein thermoplastisches Polyurethan zur Verfügung. Neben dem Baumaterial kommt ein Trennmaterial zum Einsatz, um die Bauteile von der beheizten Bauplattform zu trennen und komplexe Konturen an Bauteilen verfahrenstechnisch umzusetzen. Diese Stützkonstruktion lässt sich mechanisch und teilweise in einem Laugenbad vom Bauteil lösen.
Das FDM-Verfahren wird in sogenannten Personal-Printern als auch im semiprofessionellen Bereich kostengünstig umgesetzt. Das FDM-Verfahren ist sowohl für die Herstellung von Einzelstücken als auch von Kleinserien geeignet. Beim FDM-Verfahren ist es auch möglich, eine kompakte Oberfläche mit volumenreduziertem Innenbereich, die sogenannte „Sparse-Variante“, herzustellen.
Bei vorliegenden Versuchen stand die Anlage Stratasys F270 von Fa. Alphacam zur Verfügung. Über Zugversuche wurden für ABS die mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur und auch bei erhöhten Temperaturen (40°C und 60°C) ermittelt. Das Sprödbruchverhalten wurde über den Pendelschlagversuch nach Charpy bei Raumtemperatur untersucht. Als Referenz dienten spritzgegossene Probekörper aus Terluan GP22. Die FDM-Probekörper wurden nach der Solid-Variante und in der volumenreduzierten Sparse-Variante aus dem Stratasys Material ABS-M30 gefertigt.
Obwohl die beiden ABS-Materialien nicht identisch sind, erlauben die vorliegenden Versuche eine tendenziell vergleichende Abschätzung der mechanischen Eigenschaften. Folgende Aussagen lassen sich zusammenfassen:
- Bei Zugversuchen nach ISO 527 mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 50 mm/min weisen das Zug-Elastizitätsmodul und die max. Zugfestigkeit mit FDM-Verfahren hergestellten Prüfkörpern deutlich niedrigere Werte im Vergleich zu spritzgegossenen Prüfkörpern auf. Bei der Dehnung bei der max. Zugspannung sind die Werte gegenüber der spritzgegossenen Variante indifferent.
- Die Zugfestigkeit von Prüfkörpern aus dem FDM-Herstellungsprozess liegen je nach Variante (Solid oder Sparse) und Prüftemperatur in der Größenordnung von ca. 50% im Vergleich zu der spritzgegossenen Variante.
- Bei der hohen Prüfgeschwindigkeit von ca. 4 m/s beim Pendelschlagversuch erweisen sich die mit dem FDM-Verfahren hergestellten Prüfkörper als deutlich spröder gegenüber den spritzgegossenen Prüfkörpern.
- Die FDM-Varianten „Solid“ und „Sparse“ beeinflussen die mechanischen Eigenschaften in eindeutiger Weise.
IKET
