3D-Drucker-Düse DIANOZ
Diamant Nozzle setzt neuen Meilenstein in der additiven Fertigung
Additive Manufacturing gewinnt zunehmend an Bedeutung im industriellen Umfeld. Aus Bereichen wie dem Prototypenbau, der Luft- und Raumfahrt oder der Medizintechnik ist das verh?ltnism??ig junge Fertigungsverfahren schon jetzt nicht mehr wegzudenken. Mit dem 3D-Druck er?ffnen sich neue M?glichkeiten: Mehr Freiheit bei der Konstruktion, schnellere Produktentwicklung und einfachere Herstellung von individuellen Einzelteilen sind nur ein kleiner Auszug aller Vorzüge der additiven Fertigung.
Die verbreitetste 3D-Druck-Technologie ist das Schmelzschichtverfahren oder auch Fused Deposition Modeling, kurz FDM, genannt. Dabei wird aufgeschmolzenes Material über eine Düse schichtweise auf eine Druckplatte aufgetragen. Die Druckerdüse fungiert dabei als Werkzeug des Druckers und z?hlt zu den verschlei?anf?lligsten Teilen des 3D-Druckers. Mit der diamantbestückten Druckerdüse DIANOZ von Gühring ?ndert sich das jetzt.
Als Schnittstelle zwischen Drucker und Bauteil tr?gt die Düse ma?geblich zur Druckqualit?t bei. Verschlei? und schlechte W?rmeleitf?higkeit beeintr?chtigen den Druckprozess und das Druckergebnis. Deshalb hat Gühring in mehr als zwei Jahren Forschungs- und Entwicklungsarbeit eine neuartige Nozzle entwickelt: Die diamantbestückte Druckerdüse DIANOZ.
Unsaubere Oberfl?chen, falsche Druck-Temperatur, nachleveln – kennen Sie das?
Bei der falschen Düse hilft auch der beste 3D-Drucker nicht
Die Düse wird bei der Materialextrusion kontinuierlich beansprucht. Sie ist damit eines der verschlei?anf?lligsten Teile des gesamten 3D-Druckers. Als ?Werkzeug“ des 3D-Druckers arbeitet die Düse direkt am gedruckten Bauteil und tr?gt ma?geblich zur Druckqualit?t bei. Abgenutzte Düsen behindern daher oft einen reibungslosen Druckprozess:
- abgenutzte Düsenspitzen führen zu minderwertigen Druckergebnissen und unsauberen Oberfl?chen mit tropfenartigem Materialüberschuss
- zeitaufwendiges Nachjustieren des Düsenabstands zum Druckbett, um Abnutzung auszugleichen
- Abbruch des Druckprozesses, da aufgrund ver?nderter Parameter nach dem Düsentausch ein Fortführen des Drucks nicht ohne Qualit?tsverlust m?glich ist
Neben der Verschlei?festigkeit hat die W?rmeleitf?higkeit der Düse einen entscheidenden Einfluss auf den Druckprozess. Materialien wie beispielsweise Rubin (Korund) als Düsenspitze sind w?rmeisolierend und wirken sich dadurch auf die Druckqualit?t und Prozesssicherheit aus:
- unsaubere, raue Oberfl?chen durch ungleichm??igen Filamentfluss
- die eingestellte weicht von der tats?chlichen Temperatur an der Spitze ab und erschwert genaues, prozesssicheres Drucken
- Ausgleich des isolierenden Effekts erfolgt über eine h?here Drucktemperatur von bis zu 15° C und steigert den Energieverbrauch konstant
DIANOZ – die 3D-Druck-Nozzle mit dem schwarzen Diamanten
Ihre Vorteile mit der DIANOZ-Düse
Als h?rtester natürlicher Stoff der Welt, bietet Diamant den besten Verschlei?schutz – so auch als Einsatz an der Düsenspitze. Gleichzeitig leitet er W?rme hervorragend, was für eine gleichm??ige Materialextrusion und ebenm??ige Oberfl?chen sorgt. Kein anderes Material kann diese beide Eigenschaften so gut vereinen, weshalb die DIANOZ-Düse mit einem synthetischen Diamant verst?rkt ist. Diese künstlich hergestellten Diamanten, auch polykristalline Diamanten oder kurz PKD genannt, weisen die identischen chemischen und physikalischen Eigenschaften auf und stehen dem natürlichen Edelstein in puncto H?rte und W?rmeleitf?higkeit in nichts nach.
Ultraverschlei?fest bei abrasiven Filamenten
- problemloses Drucken von anspruchsvollen Materialien wie glas- oder kohlefaserverst?rkte Kunststoffe sowie keramisch oder metallisch gefüllte Werkstoffe und Hochtemperatur-Filamente
- gro?e Bauteile und hohe Stückzahlen ohne Düsenwechsel im 24/7-Druckbetrieb m?glich
- eine Düse für alle Materialien – ?always on nozzle“
Qualitativ hochwertige Druckergebnisse
- hohe W?rmeleitf?higkeit sorgt für gleichm??igen Filamentfluss und glatte Oberfl?chen
- reibungsoptimierter Filamentkanal unterstützt gleichm??ige Materialextrusion
- Bügelfl?che an der Düsenspitze gl?ttet die Druck-Oberfl?che
- keine Druckunterbrechungen durch Düsenwechsel
- gleichm??ige Schichtdicke ohne verschlei?bedingtes Nachjustieren
- zuverl?ssige Temperatureinstellung
Kosteneffizient drucken
- seltener Düsen nachkaufen
- reduzierter Personalaufwand für Wartung und Düsenwechsel
- drucken mit niedrigeren Temperaturen senkt Energiekosten
FRAUNHOFER BEST?TIGT
HERVORRAGENDE DRUCK- PERFORMANCE
?Unsere Versuche haben gezeigt, dass DIANOZ. Düsen durch den Diamant- Einsatz ein ?hnlich stabiles Extrusionsverhalten wie Messingdüsen aufweisen, mit dem Vorteil der Abrasionsbest?ndigkeit. Im Vergleich mit anderen verschlei?best?ndigen Düsen, wie z.B. Rubindüsen, wurde ein gleichm??igeres Extrusionsverhalten über gr??ere Temperatur- Extrusionsgeschwindigkeitsbereiche festgestellt.“
3D-Drucker-Düsen: Die Unterschiede
Nozzles, wie die Düsen oftmals auch genannt werden, sind in der Regel aus Messing oder geh?rtetem Stahl. Bei Rubindüsen bzw. Ruby Nozzles ist die Spitze mit Rubin (Korund) besetzt. Sie unterscheiden sich vor allem in ihrer Widerstandsf?higkeit gegenüber Verschlei? und der W?rmeleitf?higkeit. Welche 3D-Druck-Düse optimal passt, h?ngt vom verwendeten Filament und der Beanspruchung ab.
Messingdüse
Vor allem für den Druck von weichen Kunststoffen wie PLA ist die Messingdüse beliebt:
- hohe W?rmeleitf?higkeit
- sehr verschlei?anf?llig – nicht für abrasive Materialien geeignet
- geringe Hitzebest?ndigkeit (bis 300° C)
Stahldüse
Düsen aus Stahl oder geh?rtetem Stahl halten Abnutzung l?nger stand als Messingdüsen, in puncto W?rmeleitf?higkeit sind sie ihnen unterlegen:
- m??ige W?rmeleitf?higkeit
- m??ige Verschlei?festigkeit
- h?here Hitzebest?ndigkeit (bis 500° C)
Rubindüse
Mit Rubin besetzte Düsen schützen die Spitze vor Verschlei?. Allerdings haben die synthetischen Edelsteine w?rmeisolierende Eigenschaften:
- hohe Verschlei?festigkeit
- niedrige W?rmeleitf?higkeit
- hohe Hitzebest?ndigkeit (bis 550° C)
Diamantdüse DIANOZ
Diamanten z?hlen nicht nur zu den h?rtesten Stoffen der Welt, sondern haben auch hervorragende w?rmeleitende Eigenschaften. Diese Kombination zeichnet die weltweit einzige zum Patent angemeldete Diamantdüse DIANOZ aus:
- h?chste Verschlei?festigkeit
- sehr hohe W?rmeleitf?higkeit
- hohe Hitzebest?ndigkeit (bis 550° C)
Der Diamant – unschlagbar in puncto H?rte & W?rmeleitf?higkeit
3x h?rter als Rubin (Korund)
4x w?rmeleitf?higer als Messing
Eine Düse für abrasive Filamente und Hochtemperaturdruck
Mit DIANOZ drucken Sie alles von PLA, Carbon Fibres und PEEK, bis hin zu metallisch und keramisch gefüllten Materialen
Heute gibt es bereits eine gro?e Bandbreite an druckbaren Materialien. Welches Filament am besten geeignet ist, h?ngt vor allem von der Funktion und der Anwendung des Bauteils ab. Am h?ufigsten werden Kunststoffe gedruckt – ganz vorne mit dabei ist PLA, kurz für Polylactid. Dabei handelt es sich um einen biologisch abbaubaren Kunststoff, der aus nachwachsenden Rohstoffen wie Maisst?rke oder Zuckerrohr besteht. PLA ist kostengünstig, einfach zu verarbeiten und gesundheitlich unbedenklich.
Bei professionellem 3D-Druck finden oft anspruchsvollere Werkstoffe Verwendung. Mit der DIANOZ-Düse lassen sich beispielsweise diese Materialien problemlos drucken:
- ABS
- ASA
- CPE
- glasfasergefüllte Filamente
- HDPE
- HIPS
- keramisch gefüllte Filamente
- kohlefasergefüllte Filamente
- LDPE
- metallgefüllte Filamente
- PA
- PBT
- PC
- PC-ABS
- PCL
- PCTG
- PEEK
- PEI
- PET-G
- PLA
- PMMA
- POM
- PP
- PPSU
- PS
- PVA
- PVDF
- TPE
3D-Druck: Düsendurchmesser und Layerh?he
Druckerdüsen gibt es mit unterschiedlichen Durchmessern. Der Düsendurchmesser wirkt sich sowohl auf die Oberfl?chenqualit?t als auch auf die Druckgeschwindigkeit aus. Bei kleinen Durchmessern wird weniger Material extrudiert, wodurch sich feinere Strukturen drucken lassen. Sie eignen sich daher vor allem für filigrane, detaillreiche Druckobjekte. Steht die Druckgeschwindigkeit im Vordergrund und die Bauteilqualit?t ist zweitrangig, eignen sich gr??ere Düsendurchmesser besser.
Der Düsendurchmesser limitiert au?erdem die minimale und maximale Schichth?he. Bei einer g?ngigen 0,4 mm Düse liegt die empfohlene minimale Schichth?he bei 0,1 mm und diemaximale bei 0,3 mm. Folgende Faustformel hilft bei der Ermittlung der richtigen Layerh?he:
Minimale Schichth?he = 0,25 * Düsendurchmesser
Maximale Schichth?he = 0,75 * Düsendurchmesser
Welche Düsengr??e eignet sich wofür?
Die Düsen?ffnung wird auch Austrittsdurchmesser oder Kapillare genannt, üblich sind die folgenden Durchmesser:
- ? 0,2 mm für detailreiche, besonders fein aufgel?ste Drucke
- ? 0,4 mm für alle g?ngigen Drucke, guter Kompromiss aus Detailtreue und Druckgeschwindigkeit
- ? 0,6 mm für einen h?heren Druckdurchsatz und um das Risiko einer Düsenverstopfung bei kurzfaserhaltigen Filamenten zu reduzieren
- ? 0,8 mm für h?chsten Materialdurchsatz, besonders für gr?bere und entsprechend schnellere Drucke
Warum ist es nicht m?glich, die Schichth?he gleich dem Düsendurchmesser zu w?hlen?
Um eine zuverl?ssige Schichthaftung zu gew?hrleisten, muss das extrudierte Filament – im Querschnitt betrachtet – als ovaler Strang ausgetragen werden. Entspricht der Düsendurchmesser der Schichth?he ist das nicht gew?hrleistet und die einzelnen Layer haften nicht optimal aufeinander.
Was ist beim Düsendurchmesser noch zu beachten?
Je gr??er der Düsendurchmesser, desto h?her sind auch die Durchflussraten. Entsprechend muss mehr Filament in kürzerer Zeit aufgeschmolzen werden und das ist nur mit einem entsprechend leistungsst?rkeren Heizblock bzw. Hot End m?glich.
Welcher Düsendurchmesser eignet sich wofür?
Die Gr??e des Austrittsdurchmessers ist abh?ngig von den Oberfl?chenanforderungen und der gewünschten Druckzeit. Für den t?glichen Druckeinsatz mit unterschiedlichen Filamenten sind ? 0,4 mm Düsen g?ngig. Sobald mit kurzfaserhaltigen Filamenten gearbeitet wird, empfiehlt sich der Umstieg auf Düsen mit ? ≥ 0,6 mm.
Warum verstopft die Düse eines 3D Druckers?
Die Kurzfaseranteile in machen Filamenten sind zuf?llig im Filamentstrang verteilt. Dadurch kann es passieren, dass sich lokale Faseranh?ufungen im konischen Austrittsbereich der Düse ansammeln und diese verstopfen. Auch die Wahl der falschen Druckparameter, Materialaufkohlungen oder Rückst?nde von zuvor gedruckten h?herschmelzenden Filamenten sind m?gliche Ursachen für eine Verstopfung der Nozzle.
Welche Materialien k?nnen im FDM-Verfahren gedruckt werden?
Es lassen sich alle amorphen und teilkristallinen thermoplastischen Kunststoffe verarbeiten. Dabei sind auch Beimischungen von Holzfasern, Glasfasern, Keramikverbunden oder metallischen Anteilen m?glich.
Was sind abrasive Materialien bzw. abrasive Filamente?
Abrasive Materialien weisen eine vergleichsweise hohe schleifende Wirkung auf und beanspruchen die Druckerdüse stark. Sie bestehen in der Regel aus einem Basis-Filament, das mit zus?tzlichen Partikeln oder Fasern angereichert ist. Glas-, keramik- und metallgefüllte sowie kohlefaserverst?rkte thermoplastische Kunststoffe z?hlen beispielsweise zu den abrasiven Filamenten. Auch Hochtemperaturfilamente k?nnen dieser Kategorie zugeordnet werden.
Das Schmelzschichtverfahren
Was sich hinter FDM, FFF, FLM und MEX verbirgt
Das am meisten verbreitete 3D-Druckverfahren ist das Schmelzschichtverfahren. Dabei wird ?hnlich wie bei einer Hei?klebepistole Material erhitzt und in geschmolzener Form wieder ausgegeben. Beim Schmelzschichtverfahren ist das Druck-Material typischerweise drahtf?rmig und auf eine Spule aufgewickelt. Dieses sogenannte Filament wird im Hotend-System des Druckers aufgeschmolzen und auf einer ebenen Fl?che, dem Druckbett, aufgetragen. Schicht für Schicht – auch Layer genannt – entsteht so ein dreidimensionales Druck-Objekt. Weist ein Bauteil überh?nge auf, werden zus?tzliche Stützstrukturen gedruckt, die das Bauteil w?hrend des Druckprozesses stabilisieren und abschlie?end wieder entfernt werden.
Das Extrusionsverfahren hat in der 3D-Druck-Welt viele verschiedene Namen. Hier sind die g?ngigsten Abkürzungen und ihre Bedeutung:
- FDM = Fused Deposition Modeling
- FFF = Fused Filament Fabrication
- FLM = Fused Layer Modeling
- MEX = Materialextrusion
Bestellen Sie jetzt Ihre DIANOZ- Düse
Haben Sie noch Fragen rund um DIANOZ? Sie m?chten direkt bestellen? Z?gern Sie nicht uns zu kontaktieren:
Udo Lerach
Leiter Vertrieb Handel & Special Parts, Privat Label
Gühring goes additive
Vom Diamant-Werkzeug zur Diamant-Düse
Sp?testens seit der Erfindung der modernen Werkzeugbeschichtung ist die branchenver?ndernde Pionierarbeit von Gühring unumstritten: Im Jahr 1981 entwickelt Gühring den ersten TiN-beschichteten Spiralbohrer – ein Meilenstein für die Zerspanungstechnologie. Die veredelten Werkzeuge reduzieren die Fertigungskosten drastisch und werden zum Benchmark der gesamten Branche.
Auch die Konstruktion und Fertigung von kundenindividuellen diamantbestückten Werkzeugen z?hlt seit über 40 Jahren zu den Kernkompetenzen des schw?bischen Unternehmens. PKD-Werkzeuge – kurz für polykristalliner Diamant – sind aus vielen Branchen wie dem Automotive-Bereich nicht mehr wegzudenken: hochpr?zise Bearbeitungen, reproduzierbare Prozesse und langlebige Werkzeuge sind hier essenziell. Mit DIANOZ h?lt der Diamant nun auch Einzug in die Welt der additiven Fertigung und setzt damit einen neuen Meilenstein in der FFF-Technologie.
