Filamente mit Funktion

Diskutiere Filamente mit Funktion im Forum Materialien im Bereich 3D-Drucken - Hallo Community, Ich bin zwar neu hier, möchte aber gleich mal eine Diskussion lostreten ;), ich hoffe ihr macht mit ^^. Zu mir: 27, Student der...
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TCJG

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Hallo Community,

Ich bin zwar neu hier, möchte aber gleich mal eine Diskussion lostreten ;), ich hoffe ihr macht mit ^^.
Zu mir: 27, Student der Werkstofftechnik, ledig, irgendwo zwischen Erlangen und Regensburg.
Ich beschäftige mich seit etwa 2 Jahren mit 3D Druck. Hab privat, wie in der Uni mehrere repraps (Mendelmäxe) gebaut und betrieben. Alles erfolgreich, alles gut, hochzufrieden. Außerdem habe ich einen Extruder gebaut, um Filament selbst herzustellen (Thingiverse JuliusG Filament extruder). Tolle Erfahrung, viel gelernt.
Was mir jedoch jetzt beim 3D Druck abgeht, und was meiner Meinung nach bald kommen sollte, sind funktionalisierte Filamente.
Mit Dual, bzw. Multi-Extruder Farben oder evtl. Wasserlöslichem PVA lassen sich ja schon ganz nette Sachen machen, aber das reizt meine Ansicht nach die Möglichkeiten der additiven Fertigung noch kaum aus. Klar, es gibt ein bisschen leitfähiges Filament mit schlechten mechanischen, wie elektrischen Eigenschaften.

Ich stelle mir irgendwie vor, dass es noch viel mehr Möglichkeiten vor:
- Einstellbare Felxibilität durch Mixen zweier Komponenten (Stichwort Diamond Hotend)
- Antibakterielles Filament
- bessere, einstellbare Leitfähigkeit
- einstellbare Transparenz
- Porosität (Stichwort Leichtbau)
...

Wie ist eure Meinung dazu? Habt ihr Ideen für funktionalisierte Filamente, bzw was würdet ihr euch wünschen?

Danke schonmal für eure Beiträge

Grüße
Julius
 
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fabb85

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Hallo Julius, Ich hab auch filamente extrudiert (natureworks pla) und mir da mal Gedanken drübergemacht was du ansprichst. Es gibt einige neue Entwicklungen auf dem Markt, bspw eine düsentechnik die erlaubt in allen Farben zu drucken. Hierzu werden 4 filamente der grundfarben + schwarz in eine Düse eingezogen und in einer separaten mischkammer gemischt. Und zwar in den Anteilen, wie der gewählte Farbton sein soll, d.h. es können mit nur 4 (theoretisch 3) filamentfarben alle möglichen Farben in einem Teil gedruckt werden. Es gibt auch FDM Drucker , die Verbundwerkstoffe mit hart-weich Kombinationen drucken können. Mit demr arburg freeformer kann man zb Gehäuse mit integrierter Dichtung aus TPE in nur einem Arbeitsgang drucken, oder Sandwichbauteile mit weichem Kern und harter Schale. Auch wird mittlerweile mit Granulat gearbeitet anstelle von filamenten, das bietet ebenfalls ganz neue Möglichkeiten der materialzusammensetzung. Es gibt mitterweile auch faserverstärkte filamente für extreme Festigkeiten oder geschäumte Teile für den Leichtbau wie du angedeutet hast. Ein Kollege von mir befasst sich gerade mit einem Projekt wie man langfaserverstarkte (Glasfasern) filamente extrudiert und druckfähig macht. Meines Wissens nach geht das bislang nur mit kurzfasern. Kennt sonst noch jmd technische Neuerungen? :) Gruß Sebastian
 
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TCJG

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Hallo Sebastian, Vielen Dank für deine Antwort!!

Von den von dir genannten Geräten, habe ich gelesen bzw, vor dem Freeformer bon Arburg bin ich schon gestanden :). Den Ansatz, dass man das Granulat direkt in den 3D Drucker gibt, bzw einen echten Extruder mit dem Drucker koppelt halte ich, für sinnvoll. Natürlich Anwendungsbezogen. Bei Anfertigung von Kleinserien, bei denen das Material oder die Zusammensetzung immer die Gleiche ist. Außerdem verliert das Polymer nicht an Qualität weil die Filamentextrusion entfällt. Jedoch sind Produkt von Arburg jetzt nicht unbedingt Konsumer-Produkte...aber das war ja auch keine Bedingung.
Was du erwähnt hast, von dem ich noch nicht gehört habe, ist FDM mit porösen oder geschäumten Materialen. Kannst du mir da eine Quelle geben? Fände ich nämlich sehr interessant.
Was ich jetzt vor kurzem gelesen ist ein schwer entflammbares Filament. Leider waren keine genaueren Spezifikationen dabei zur genauen Polymerart.

Wenn du jetzt mal phantasieren würdest, welche Filamenteigenschaft würde dich am meisten reizen, oder wo würdest du am liebsten noch verbesserungen sehen?
 
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fabb85

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Hi Julius,

danke für deine Rückmeldung! :)

Ganz genau, bei der Methode mit derdirekten Verarbeitung von Granulat würden Qualitätseinbußen des Materials durch vorherige Verarbeitung entfallen, sofern es sich nicht um Regranulat handelt. Auch der Kostenfaktor, die Handhabung oder Produktions-Kapazität wäre im Optimalfall verbessert.

Wenn du weitere neue Rapid-Anwendungen oder Technologien kennst, die ich vielleicht noch nicht kenne, kannst du mir gerne schreiben. :)

Das Schäumen von gedruckten Kunststoffteilen funktioniert ähnlich wie der Schäumprozess beim Spritzgießen, nur in viel kleinerem Maßstab. Was das ganze allerdings auch erschwert. Auf dem Markt erhältliche Drucker, die dazu in der Lage sind gibt es meines Wissens nach noch keine, deshalb auch keine Quellen. Ich weiß aber, dass aktuell damit experimentiert wird. ;-)

Mich persönlich reizt der Leichtbau mit Verbundwerkstoffen, das ist die Zukunft. Für Flugzeuge oder die Raumfahrt könnte man noch funktionelle Filamente entwickeln, wie du auch schon geschrieben hast, die dann verschiedene Eigenschaften vereinen und individuell anpassbar sind.

Was denkst du über die Entwicklung beim FDM? In welche Richtung wird die Entwicklung mit den Filamenten gehen (ich weiß, ist recht schwierig vorherzusagen) ? :-D

Schreibst du gerade eine Bachelorarbeit?
 
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TCJG

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Hi Sebsatian,

Die interessanteste Rapid-Anwendung von der ich in letzter Zeit gehört habe, ist allerdings kein FDM. Ich muss nochmal genau suchen wie die Firma hieß. Ein CNC Manschienenhersteller schießt Metallpartikel mit Hochdruck auf Bauteile. Die Partikel verschweißen durch ihre hohe kinetische Energie, ohne jedoch großartike Wärmeeinflusszonen auszubilden. Das Korn wird nicht vergröbert. Angeblich; So genau wissen sies glaube ich auch noch nich. Dadurch wird subtraktive und additive Fertigung in der Maschine kombiniert. Der Ansatz ist genau der richtig, und wo auch alle hin wollen denke ich. Ich muss wie gesagt die Firma nochmal raussuchen.

Das es für geschämten Kunststoff noch keine Drucker auf dem Markt gibt, kann ich mir vorstellen. Da wirken enorme Kräfte durch die zugegebenen Treibmittel. Das gäbe ohne eine Form die einen Gegendruck aufbringt eine ziemliche Sauerei ^^. Interessant wäre das natürlich trotzdem für die Herstellung von Gußteilen. Automobielindustrie z.B.
Man könnte generell mal schauen ob man mit 3D gedruckten Teilen mit geringen Füllgrad nicht gute Gußteile herstellen kann. Zumeist werden die Formen ja noch mit Styoropor hergestellt und aufwändig verklebt.

Das Problem mit FDM und den Anwendungen Luft- und Raumfahrt, oder auch jede andere Anwendung, ist die schwankende Qualität der Druckteile bzw dass keine einheitliche Qualitätskontrolle stattfinden kann...weil es keine gibt. Alein der Zusammenhalt der einzelnen Bahnen und die dadurch bedingte Anisotropie in der Festigkeit. Da muss sich noch etwas tun. Aber ich denke schon, dass viele der Probleme noch überwunden werden. Sollte die Entwicklung von Spezialfilamenten weiter Fahrt aufnehmen kann ich mir FDM schon als Technik zur Herstellung von hochspezialisierten Bauteilen vorstellen. Aber immer individuell oder Kleinserie.

Ja ich schreibe gerade BA aber über meinen gebauten Extruder. Keine Angst ich missbrauche euch nicht für Marktforschungszwecke ;). Was treibst du so? ;)
 
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fabb85

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Das hört sich mal super interessant an! Ist wohl ne Art formative Fertigung. Falls du die Firma noch findest, bitte melden. :rolleyes:

Jap genau, so ein "Mikro-Schäumprozess" ist etwas sehr komplexes und es gibt viele Faktoren die hier mit einhergehen müssen (schäumfähige Materialien, Polymerverträglichkeit, kontrolliertes Schäumen, Prozess, Gasinjektion, chemische Injektion, Drücke, konstruktive Auslegung, etc.).

Die Kriterien an Teile in der Raum- und Luftfahrt sind extrem, da kann man bislang lediglich FDM-Teile für optische oder haptische Anwendungen drucken oder Teile, die geringe Belastungen ausgesetzt sind, das macht die NASA momentan. Hochtemperaturbeständige Teile oder hochfeste Teile sind noch nicht druckbar, zumindest nicht mittels FDM. Wobei es gibt mittlerweile auch PEEK-Filament, das ist hochtemerpaturbeständig und hat hohe Festigkeiten. Leider braucht man dazu eine Düse die über 350 °C heizt. :D

Hey cool, den Extruder schau ich mir mal unter dem Link an :) Ich hab auch studiert (Kunststofftechnik) und bin seit letztes Jahrfertig :)

Dir viel Erfolg beim Schreiben!
 
VDX

VDX

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... das mit dem 'Aufschießen' von Partikeln heißt "cold spraying" - hier ein paar Infos dazu:
http://en.wikipedia.org/wiki/Gas_dynamic_cold_spray

Dazu gab's vor einigen Jahren ein paar Projekte/Entwicklungen dazu, sie habens bisher aber noch nicht zu halbwegs bezahlbaren Systemen geschafft ...

Viktor
 
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filamentworld

filamentworld

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Hallo Julius,
was mir gerade spontan einfällt, velleicht solltest du dich mal mit Kai Parthy unterhalten (http://3druck.com/tags/kai-parthy/)
Kai hat immer ziemlich gute Ideen und ist auch an spannenden Projekten dran.
Sag Bescheid falls du einen direkten Kontakt wünscht.
Bezüglich PEEK bin ich auch gespannt. Wir haben nun welches im Sortiment, werden uns aber noch einmal mit dem Produzenten kurzschließen bevor wir es in den Verkauf aufnehmen.

Gruß
Robin
 
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TCJG

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@Viktor und Sebastian
Danke für den Link! Die Firma die ich meinte heißt Hermle, und die nennen ihr Verfahren MPA - Metallpulver Auftrag. Sieht mir auf den ersten Blick dem wikipedia Link sehr ähnlich. Hab aber nur quergelesen.

http://www.hermle-generativ-fertigen.de/cms/de/technology/

Zu Thema Festigkeit. Ich glaube auch nicht, dass FDM jemals großartig für Hochfeste Teile genutzt werden kann. Zumindest eben nicht mit RepRaps u.ä. Aber eben als Ergänzung zu anderen Verfahren gut funktioniert. So wirds ja letztendlich auch schon gemacht.

Zum Thema PEEK: Ja...stimmt...350°C brauchts dann halt ;) Bin dann mal gespannt wie das dann mit Wärmeverzug wird etc. Da wäre dann ein beheizter Bauraum schon empfehlenswert, oder? Je mehr das Filament oder der Kunstsoff leisten kann, desto schneller steigen wohl auch die Anforderungen an die Hardware und dann kommt man auch schnell von dem Bastlergeist weg zu professionelleren, teureren Maschinen.

@Robin
Danke für das Angebot! Machen wir am besten über PN denke ich, oder?

Grüße

Julius
 
VDX

VDX

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... zum Thema "Festigkeit mit FDM" ...

Schon von Anfang an werden FDM-Teile als Abform-Teile für Metallguß mit 'verlorener Form' benutzt.

Wenn die druckbare Genauigkeit nicht ausreicht, ist über eine 'hybride' Fertigung mit additivem Auftragen und subtraktivem Abtragen/Schlichten fast jede Geometrie möglich ... teilweise mehr, als mit reinem Fräsen aus dem Vollen möglich wäre ...

Viktor
 
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TCJG

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Schon von Anfang an werden FDM-Teile als Abform-Teile für Metallguß mit 'verlorener Form' benutzt.

Viktor

Ahja? Das ist interessant. Also ich weis aus einer verlässlichen Quelle, dass ein Unternehmen aus Bayern das Motorenwerke besitzt sowas gerne entwickeln würde. Wenn das so weit verbreitet wäre, würden die das doch sicherlich nutzen? Mich hat es ehrlich gesagt schon auch gewundert, weil das ja naheliegend ist FDM für sowas zu einzusetzen.
Hast du da nähere Informationen für welche Art Gußteile das schon eingesetzt wird?

Grüße

Julius
 
VDX

VDX

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Hi Julius,

such mal nach "fdm 3d printing lost cast moulding" ;-)

Viktor
 
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TCJG

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Hi Julius,

such mal nach "fdm 3d printing lost cast moulding" ;-)

Viktor

:eek: peinlich!!! ... Keine Ahnung wie, aber ich hab anscheinend immer falsch gesucht zu dem Thema. Vielen Dank! Das bringt mich weiter!
 
filamentworld

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@Viktor und Sebastian
@Robin
Danke für das Angebot! Machen wir am besten über PN denke ich, oder?

Grüße

Julius

Ja genau, melde dich einfach.
Sorry, ich bin auch nicht täglich hier im Forum und übersehe manchmal die Nachrichten bei der Flut an Mails ;-)

Grüße
 
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fabb85

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@ Julius und Viktor: Danke für die Links! GDCS kannte ich noch nicht, klingt sehr interessant!

Ich denke das ist sehr teuer in der Produktion, da hier hohe Energien aufgebracht werden müssen. Für die Zukunft dauert es wohl noch ne ganze Weile bis solche Geräte zu erschwinglichen Preisen angeboten werden (wenn überhaupt).

Aber für industrielle Zwecke scheint es mir durchaus geeignet, hier könnten Herstellungsprozesse ergänzt oder z. T. komplett ersetzt werden. :)


Gruß
 
VDX

VDX

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... das größte Problem beim GDCS dürfte die veränderte Dynamik beim 'Aufschießen' von dünnwandigen Teilen sein ... wir haben um 1985 herum mit Ionen-Implatation herumexperimentiert - damit konnten wir gut leitfähige Leiterbahnen in/auf Keramik erzeugen, beim 3D-Auftragen hat's nicht gar so gut funktioniert ...

Ich denke, das Verfahren würde viel gewinnen, wenn das beides kombiniert und nochmal um einen Lichtbogen oder Laserspot zum Aufschmelzen der Metallpartikel in der Düse und des Zielbereichs auf dem Zielobjekt erweitert würde - ich denke dabei an ein Ink-Jet-Verfahren mit geschmolzenen und geladenen Metall-Tröpchen, die über Elektroden beschleunigt und fokussiert werden, um wie beim Tintenstrahler oder Wachs-Inkjet-3D-Drucker als flüssige Tröpfchen auf die Oberfläche aufzuwachsen ...

Viktor
 
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TCJG

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@ Viktor
Das lässt das Ingenieur-Herz höher schlagen ;) aber das ist sicherlich ne anwendbare Variante. Stellt halt schon hohe Anforderungen an Material und Maschine.
Aber ich denke mit einer niedrig schmelzenden Legierung könnte man auf alles Fälle gut arbeiten.

Julius
 
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fabb85

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Ja genau, denselben Gedanken hatte ich auch: Wie bekommt man bei einem solch relativ "unkontrolliertem" Aufschießen einen immer konstanten Prozess mit stets gleichem Output hin (konstante Wandstärke, konstante Aufprallkraft, gleiche Deformation, ...)

Darf ich fragen für welches Unternehmen du damals gearbeitet hast? Habt ihr da keramische Halbleiter hergestellt?

Um wieder das Thema aufzugreifen, auch ein relativ neues 3D-Druck Verfahren ist das CLIP-Verfahren. Das funktioniert meines Wissens nach ähnlich wie Polyjet Printing, nur viel schneller.


Gruß

Sebastian
 
VDX

VDX

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Hi Sebastian,

das war noch an der Uni - unser Institut hat einiges für die GSI und CERN entwickelt und sowas ist dabei gelegentlich mal als Problem oder Applikation abgefallen -- Stichwort "Sputtern".

Bei der CLIP Methode ziehts du das aushärtende Material oberhalb der Inhibitionszone ab - ich befürchte aber, daß das nur mit den filigranen Teilen, wie in den Videos vorgestellt geht -- bei einer soliden Fläche, die du so hochziehts, entwickelt sich eine starke Saugwirkung, welche das noch weiche Material verformen könnte ...

Besser gefällt mir die 2-Photonen-Rekombination, wie sie Nanoscribe anbietet - dabei leuchtet der Laser mit so geringer Lesitung durch das Gießharz durch, daß es nicht aushärtet ... nur dirket im Fokus ist die Wahrcheinlichkeit, daß zwei oder mehr Photonen ein Molekül gleichzeitige treffen und es aktivieren, gegeben.

Damit drucken sie durch das Harz hindurch relativ schnell ... und die Auflösung ist mit 25 Nanometern (!!) auch nicht zu verachten ;-)

Ich bin am überlegen, ein anderes 'kontinuierliches' Druckverfahren zu entwickeln, mit dem ich mich schon einige zehn Jahre beschäftige - damit könnte ich sowohl mit DLP-3D-Druck, als auch mit Pulverbett-SLS ohne den Kippel- oder Abstreif-Zwischenschritt drucken, was enorm Zeit beim Aufbau spart ... außerdem ist das Verfahren 'parallelisierbar', so daß ich z.B. mit mehreren 'Druckzonen' gleichzeitig arbeiten könnte, was die Druckzeit nochmal entsprechend reduziert ...

Viktor
 
plasticmonk

plasticmonk

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Hallo in die Runde. Bei 3dk.berlin entwickeln wir gerade ein flexibles Filament, dass die interessante Eigenschaft hat auf PLA zu haften (umgekert natürlich auch). So kann man im Dualdruck zwei sehr unterschiedliche Werkstoffe zusammenbringen und zb. Schaniere o.ä. direkt mit integrieren. Markteinführung September.

Außerdem haben wir ein schwarzes PLA im programm, dass für IR-Licht transparent ist. Ist eine sehr spezielle Funktion aber es ist eine.
 

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