Herstellung von Filament und Feuchtigkeit
Die Herstellung von Filamenten für den 3D-Druck erfordert, wie jeder andere Herstellungsprozess auch, die Sicherstellung der bestmöglichen Bedingungen. Dazu gehören:
- Vorbereitung des Ausgangsmaterials durch sachgerechte Lagerung und Trocknung,
- Anwendung der richtigen Parameter für die Materialverarbeitung – durch die angemessene Extrusionstemperatur, die richtige Auswahl der Hilfswerkzeuge, die Festlegung einer präzisen Wickelgeschwindigkeit für das Filament, die Festlegung der richtigen Temperatur im ersten Kühlbad, die richtige Konstruktion des Trocknungs- und Wickelsystems für das fertige Filament
- ordnungsgemäße Verpackung und Lagerung, d.h. Verwendung luftdichter Verpackungen mit einem Säckchen mit Trockenmittel (z.B. Silica Gel) und Lagerung unter geeigneten Bedingungen.
Die oben beschriebenen Standards sind bei der Herstellung von Filamenten in den Produktionslinien von Spectrum Filaments an der Tagesordnung. Man könnte meinen, dass die Gewährleistung optimaler Bedingungen bei der Herstellung von Filamenten einen 100%igen Erfolg, der auf den Arbeitstischen der 3D-Drucker mit bloßem Auge zu erkennen ist, gewährleistet. Leider ist dies nicht immer möglich. Hierfür gibt es viele Gründe. Ein häufiges Problem ist aber die Feuchtigkeit. Es sei darauf hingewiesen, dass das Problem der Feuchtigkeit – trotz der Anwendung restriktiver Trocknungsverfahren während der Produktion – auch bei den Endverbrauchern des Filaments auftreten kann. Wie Sie oben in der sehr vereinfachten Beschreibung der Herstellung des Filaments lesen können, taucht das Wort „Trocknung“ an mehreren Stellen auf. Dies ist ein sehr wichtiges Verfahren, um die richtigen Eigenschaften des hergestellten Filaments in der Produktionsphase zu gewährleisten.
3D-Druck und Feuchtigkeit
Beim 3D-Druck ist es sehr wichtig, das Ausgangsmaterial (Filament) richtig vorzubereiten – vor allem, um die geringstmögliche Feuchtigkeit des Materials zu berücksichtigen. Kunststoffe werden in hygroskopische (z.B. PA6 Low Warp, smart ABS, ASA 275, Premium PETG) und nicht hygroskopische (z.B. PS, PE oder PP) unterteilt. Im ersten Fall wird die Feuchtigkeit im gesamten Material absorbiert, die Wasserpartikel lagern sich auch auf der Oberfläche des Filaments ab. Bei nicht hygroskopischen Kunststoffen lagert sich die Feuchtigkeit nur auf der Oberfläche des Filaments ab. Unabhängig von der Art der Feuchtigkeit oder dem Ausmaß des hydrophoben Effekts eines bestimmten Materials ist es sehr wichtig, den Feuchtigkeitsgehalt des Materials so weit wie möglich zu reduzieren. Bei der Extrusion von feuchtem Filament durch die Arbeitsköpfe von 3D-Druckern kann es zur Hydrolyse kommen, die zu Veränderungen in der Struktur des thermoplastischen Materials führt. Wie Sie sich denken können, ist die Hydrolyse ein unerwünschtes Phänomen, das zur Verschlechterung der funktionellen Eigenschaften von schichtweise aufgebauten Details führt (reduzierte Schlagzähigkeit, Biegefestigkeit, Härte usw.). Neben der Verschlechterung der Eigenschaften des extrudierten Materials verschlechtert sich auch die Qualität der Haftung des extrudierten Materials auf dem Druckbett des 3D-Druckers sowie die Haftung nachfolgender Schichten des Materials erheblich. Das Problem der Verschlechterung der Klebeverbindungen steht in direktem Zusammenhang mit dem „Curling“ der ersten Schichten des Ausdrucks oder mit Rissen zwischen den aufgebrachten Materialschichten.
Wie erkennt man Feuchtigkeit im Filament?
Die Auswirkung von Feuchtigkeit im Material äußert sich auf unterschiedliche Weise. Diese Unterschiede sind hauptsächlich auf die verschiedenen Materialien für den 3D-Druck sowie auf den Grad der Feuchtigkeit zurückzuführen. Manchmal sind Feuchtigkeitsprobleme unmittelbar nach dem Extrudieren des Materials aus dem Kopf des 3D-Druckers sichtbar – es entstehen Blasen auf dem Filament und ein charakteristisches „Knacken“ ist zu hören, wenn diese Blasen platzen. Bei Materialien wie PA oder PMMA können auf der Oberfläche des Ausdrucks Blasen in Form von Furchen sichtbar sein. Beim 3D-Druck mit ABS äußert sich der negative Einfluss von Feuchtigkeit durch eine deutliche Verschlechterung der funktionellen Eigenschaften der hergestellten Details und einen sichtbaren Anstieg der Schrumpfungseffekte (Risse, Verformung der unteren Schichten des Ausdrucks).
Wie verhindert man Feuchtigkeit im Filament?
Unabhängig von der Ursache der Feuchtigkeit auf der Oberfläche des Filaments oder in seinem Inneren ist es sehr wichtig zu wissen, wie dieser Nachteil beseitigt werden kann. Zuallererst sollten Sie wissen, dass Vorbeugen besser als Heilen ist, also sollten Sie zunächst für geeignete Bedingungen bei der Lagerung des Filaments sorgen. Es ist eine gute Idee, einen Behälter für Filamente mit Trockenmittel (z.B. das erwähnte Silica Gel) zu kaufen. Wenn trotz der angewandten Vorbeugungsmaßnahmen oder aus anderen objektiven Gründen während des Drucks sichtbare und offensichtliche Feuchtigkeitserscheinungen des Materials auftreten, ist es notwendig, den Herstellungsprozess zu stoppen und das Filament einem geeigneten Trocknungsprozess zu unterziehen. Tipp für die umsichtigen Benutzer unserer Filamente – eine solche Trocknung kann unmittelbar vor der Verarbeitung durchgeführt werden.
Wie werden Filamente getrocknet? Was sagen Theorie und Praxis?
Im Folgenden finden Sie Antworten auf diese wichtigen Fragen:
- Trocknen mit Heißluft – dies ist das am Häufigsten verwendete Verfahren zum Trocknen von thermoplastischen Materialien. Leider ist sie nur bei Oberflächenfeuchtigkeit wirksam. Die Erwärmung der feuchten Umgebungsluft auf eine Temperatur nahe der Plastifizierungstemperatur von z.B. PLA (ca. 60°C) gewährleistet eine relative Luftfeuchtigkeit von ca. 25%. Bei dieser Luftfeuchtigkeit ist es nicht möglich, die Feuchtigkeit dem Inneren des Materials zu entziehen. Es ist sehr wichtig, dass Sie auch an die Freisetzung von Monomeren während der Trocknung in heißer Luft denken. Diese Methode sollte also nicht in Geräten (z.B. Ofen) verwendet werden, die zur Zubereitung von Lebensmitteln verwendet werden,
- Trocknen mit Trockenluft – dieses Verfahren ist sehr effektiv bei hygroskopischen Kunststoffen. Durch den Unterschied zwischen dem Druck des im Filament „eingeschlossenen“ Wasserdampfs und dem Druck der Trocknungsluft wird die Feuchtigkeit aus dem Inneren des Materials „herausgezogen“. Bei dieser Methode ist es sehr wichtig, ein Trockenmittel und heiße Luft zu verwenden, damit die Feuchtigkeit aus dem Material in Form von Wasserdampf abgeschieden und dann von dem erwähnten Trockenmittel absorbiert wird. Dieser Prozess findet in einem geschlossenen System statt.
Unabhängig von der gewählten Trocknungsmethode ist es sehr wichtig, geeignete Trocknungsparameter zu verwenden – vor allem bestimmte Temperaturen und Trocknungszeiten. Werden die zulässigen Trocknungsparameter überschritten, kann es z.B. zur Verschlechterung der Benetzbarkeit eines bestimmten Materials kommen, wodurch sich der Ausdruck vom Druckbett ablösen oder die Schichten des aufgetragenen Materials trennen können.
Tabelle der Temperaturen und Trocknungszeiten des Filaments
Für unsere Materialien verwenden wir die empfohlenen Parameter für die Trocknung mit Heißluft, wobei wir von typischen Umgebungsbedingungen ausgehen (Temperatur 20°C, Feuchtigkeit 40%). Bitte beachten Sie, dass die Trocknungsparameter je nach den Bedingungen der Materiallagerung (Feuchtigkeitsgrad), dem verwendeten Trocknungsgerät und -verfahren sowie den vorherrschenden Bedingungen (Temperatur und Feuchtigkeit) leicht variieren können. Sollten Sie Fragen oder Zweifel bezüglich der Trocknung unserer Materialien oder anderer technischer Angelegenheiten haben, zögern Sie bitte nicht, unsere Support-Abteilung zu kontaktieren: support@spectrumfilaments.com
Abstufung der Notwendigkeit der Trocknung
| 1 | Optional |
| 2 | Wenn gerechtfertigt |
| 3 | Empfohlen |
| 4 | Erforderlich |
