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    Fused Deposition Modeling (FDM)

    Fused Deposition Modeling (FDM) ist ein Verfahren der Schmelzschichtung, das in 3D Druckern zum Einsatz kommt. Es wurde Ende der 1980er Jahre entwickelt und gehört zum Rapid Prototyping. Werkstücke werden damit aus schmelzfähigen Kunststoffen schichtweise aufgebaut.


    Fused Deposition Modeling (FDM)

    © Moreno Soppelsa | Shutterstock.com



    Fused Deposition Modeling (FDM)

    Mit FDM ist die 3D Herstellung sehr haltbarer Bauteile aus hochwertigen Thermoplasten möglich. Diese Teile sind robust, langlebig und formstabil, ihre Herstellung gelingt mit perfekter Präzision. Zudem sind sie durch das vorliegende Programm einwandfrei reproduzierbar. Dementsprechend ergeben sich die Anwendungsbereiche:


    • Prototypen für anspruchsvolle Tests auch in rauen Umgebungen
    • Werkzeuge für alle erdenklichen Branchen
    • Automobilbranche
    • Luft- und Raumfahrt
    • Medizintechnik

    Die Entwicklung von FDM

    Das Verfahren wurde Ende der 1980er Jahre durch Scott Crump entwickelt, sein kommerzieller Einsatz begann etwa ab 1990. Die Bezeichnung Fused Deposition Modeling inklusive der Abkürzung ließ sich die Firma Stratasys als geschützte Marke eintragen. Es gibt daher auch die alternative Bezeichnung Fused Filament Fabrication. FDM durchlief verschiedene Entwicklungen, die als Anwendung noch parallel existieren. In klassischer Form zeichnet der 3D Drucker zunächst auf eine Fläche ein Punkte-Raster auf, indem ein Kunststoff- oder Wachsmaterial erwärmt und damit verflüssigt sowie mit einer Düse aufgetragen wird. Anschließend fährt der Drucker zeilenweise die Arbeitsebenen ab und baut stapelnd das gewünschte Teil auf. Die gewünschte Form entsteht schichtweise in Stärken von 0,025 bis 1,25 mm. Bei einigen Konstruktionen dient ein Gerüst aus einem anderen Kunststoff als Stütze und wird anschließend entfernt. Mit Fused Deposition Modeling lassen sich Voll- und Hohlkörper fertigen, wobei die Hohlkörperwandstärken mindestens 0,2 mm betragen. Es wurden im Verlaufe der Entwicklung weitere Verfahrensvarianten eingeführt, darunter die "Tröpfchenschichtung", bei der zum FDM Modellieren keine Stränge, sondern Schmelztröpfchen erzeugt werden, die den Aufbau des Werkstücks punktweise und damit noch genauer bewirken. Eine weitere Variante ergab sich durch den Ausschluss von Luftsauerstoff, der beim Fused Deposition Modeling durch eine Schutzgasatmosphäre wie Stickstoff oder Argon ersetzt wurde. Diese verbessert die Schichthaftung.


    FDM Werkstoffe und Datenverarbeitung

    Für Fused Deposition Modeling können Thermoplaste (Polyethylen, Polylactid, Polypropylen, ABS, PETG), Formwachse und thermoplastische Elastomere verwendet werden. Die FDM 3D-Drucker werden üblicherweise mit 3D-CAD-Daten über eine STL-Schnittstelle (Standard Tessellation Language) beschickt.


    Vorteile durch Fused Deposition Modeling

    Die Technologie ist sehr praktisch und sauber, sie eignet sich auch für den Einsatz im Office. Die verwendbaren Thermoplaste erweisen sich gegenüber mechanischen, chemischen und thermischen Einflüssen als relativ robust. Zudem lassen sich mit der FDM Technologie auch komplizierte Konstruktionen und Hohlkörper herstellen. Das preiswerte Verfahren lässt sich auch mit kleineren Anlagen durchführen, die Rohstoffe sind Serienmaterialien. Die verwendeten Kunststoffe können eingefärbt werden, sodass ein per Fused Deposition Modeling hergestelltes Bauteil bunt sein kann. Ein wesentlicher, ebenfalls höchst vorteilhafter Unterschied zu anderen Rapid Prototyping Verfahren besteht darin, dass der Fertigungsprozess gezielt unterbrochen werden kann. Dann können andere Werkstoffe (Metalle, Keramik, Glas) und auch Halbzeuge oder andere Werkstücke wie elektronische Leiterplatten und Chips eingearbeitet werden. Einen Laser benötigt FDM nicht, daher sind die entsprechenden 3D-Drucker einfach zu bedienen. Gefährliche Chemikalien kommen nicht zum Einsatz, auch lassen sich per Fused Deposition Modeling kompakte Werkstücke mit größeren, durchgängig materialgefüllten Räumen und Flächen herstellen.


    Geringe Nachteile beim Fused Deposition Modeling

    Die Oberflächenqualität kann beim FDM gegenüber anderen 3D Druckverfahren eingeschränkt sein. Auch die zeitweise Notwendigkeit einer Supportstruktur im Fertigungsprozess wird als nachteilig empfunden.


    Fazit

    Das Fused Deposition Modeling gilt durch seine lange Entwicklungszeit als bewährt und kommt sehr oft 3D Desktop-Printern für das Home-Office zum Einsatz. Viele Hersteller bieten entsprechende Drucker unterschiedlichster Größen an. Auch die Zahl der verfügbaren Materialien mit verschiedensten Farben und Materialeigenschaften sowie der Datenvorlagen nimmt rapide zu, sodass es sich beim FDM Verfahren um eine zuverlässige, vielseitige und dabei relativ günstige Technologie handelt.



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