Technologien im 3D Druck - Material Extrusion (MEX)

Heute steht ein Verfahren im Mittelpunkt, welches Sie wahrscheinlich alle bereits kennen und auch schon verwenden haben: Das MEX, auch Material-Extrusion-Verfahren genannt.

Ich erkläre das Verfahren, wie es funktioniert, welche Stärken und Schwächen es hat und wo es häufig eingesetzt wird.

Was ist Material Extrusion (MEX, deutsch: Materialextrusion)?

Material Extrusion ist ein Oberbegriff für alle Verfahren, bei denen Material durch einen Extruder gefördert, und auf eine Trägerplattform aufgetragen wird. Unter Anderem gehören das Fused Filament Fabrication (FFF), 3D Dispensing (3DD), Arburg Kunststoff Freiformen (AKF) oder das Rapid Liquid Printing (RLP) zu den MEX Verfahren.

Das Material wird immer in einem Zähflüssigen zustand auf die Plattform aufgetragen. Hier kann entweder das Erhitzen des Materials zu dem gewünschten Zustand führen (z.B. bei thermoplastischen Kunststoffen), oder das Material besitzt bereits diesen Zustand (z.B. Ton).

Wie funktioniert Material Extrusion?

Beim Schmelzverfahren wird im ersten Schritt Material (Kunststoff-Filament oder Granulat) in den Extruder eingeführt. Dort angekommen wird das Material erwärmt und durch eine Düse (Nozzel) gedrückt.

Im wärmelosen Verfahren wird das vorbereitete Material (Ton, Zement, o.ä.) direkt in den Extruder geführt.

Das pastöse Material wird dann auf die Bauplattform auf die gewünschte Stelle aufgetragen und härtet dort aus. Die Bauplattform wird nach unten gefahren und die nächste Schicht wird aus der Düse herausgedrückt und auf die bestehende Schicht aufgetragen.

Was sind Vorteile und Nachteile von Material Extrusion?

Der größte Vorteil von dem Material-Extrusion-Verfahren ist die geringe Einstiegshürde. Die günstigsten Anlagen kann man bereits ab 200 € erhalten. Und die Materialien sind vergleichsweise günstiger als bei anderen Verfahren.

Auch die ersten erfolgreichen Drucke sind schnell zu erzielen. Hier ist aber darauf hinzuweisen, dass das Meistern des Verfahrens sehr anspruchsvoll ist und lange Zeit in Anspruch nimmt. Jede Anlage hat eigene Macken, die erkannt und umgangen werden müssen. Eine Vielzahl an Umgebungsvariablen, wie Temperatur, Feuchtigkeit oder Materialverhalten sind ausschlaggebend für die Druckqualität.

Die Oberflächenqualität der Bauteile ist meist schlechter als bei anderen Verfahren. Hier kommt es auf den Nozzel-Durchmesser, die gewählte Schichtdicke und die korrekt gewählten Parameter an. Durch eine Nacharbeit der Bauteile können aber sehr gute Oberflächen erzeugt werden.

Ein großer Nachteil von Material Extrusion ist die richtungsabhängige Festigkeit der Bauteile. Hier ist die Festigkeit in Aufbaurichtung (Z-Richtung) geringer als in den Flächenrichtungen (X/Y-Ebene). Das sollte beim Bauteildesign berücksichtigt werden.

Wie sie sehen, gibt es viele Variablen an denen Drucke scheitern können und dies kann nur durch die Erfahrung desjenigen, der den Drucker betreibt, und korrekte Bauteilauslegung ausgeglichen werden.

Wo wird Material Extrusion eingesetzt?

Material Extrusion mit Kunststoffen ist das Verfahren, welches beim Großteil der 3D Drucker im Hobbybereich verwendet wird. Diese 3D Drucker sind weit verbreitet und im Onlinehandel gut erhältlich. Da 3D Drucken ein beliebtes Hobby ist, gibt es viele Foren in denen Troubleshooting betrieben wird und sich die Mitglieder gegenseitig helfen und austauschen. Material Extrusion ist daher für den interessierten Hobbyisten einfach zu erlernen und preiswert. Filament ist in vielen Farben und Preisklassen erhältlich, das Material reicht von günstigen Kunststoffen wie PLA oder ABS bis hin zu Hochleistungskunststoffen wie PEEK (für Industriemaschinen).

Im professionellen Bereich findet Material Extrusion für Prototypenbau, oder im Vorrichtungsbau breite Anwendung. Die Profianlagen haben unterschiedliche weitere Funktionen, um die Bauteilqualität zu steigern. Dazu gehören beheizte Baukammern oder Multidüsen Setups für den Druck von mehreren Materialien oder Farben gleichzeitig. Auch die Bauteilgröße kann bis zu einem Kubikmeter vergrößert werden.

Weiterhin wird das Verfahren auch in der Architektur eingesetzt. Beispielweise beim Hausbau. Natürlich sind die Anlagen entsprechen größer und werden am Baustandort extra aufgebaut und nach Fertigstellung des "Bauteils" wieder abgebaut.

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Vielen Dank fürs lesen!

Robin

Disclaimer:

Die Reihe „Technologien im 3D Druck“ ist eine Reihe für 3D Druck Anfänger, die einen Überblick über alle Prozesse bekommen möchten. Die jeweiligen Prozesse sind daher einfach erklärt, um so vielen Lesern wie möglich Wissen über 3D Druck zu vermitteln. Manche Details wurden jedoch vereinfacht dargestellt, um die Texte verständlich zu halten und nicht unnötig kompliziert zu machen. Die Aussagen in den Texten sind daher nicht allgemeingültig und es gibt für jedes Verfahren genauso viele positive Aspekte wie negative Aspekte zu beachten. Es gibt nicht das eine beste Verfahren, welches alle Probleme löst und für jeden das Richtige ist. Entsteht durch das Lesen eines Artikels tieferes Interesse an einem Verfahren, möchte ich auf die Webseite des jeweiligen Herstellers verweisen und/oder auf passende Fachliteratur. Bei Fragen und Anmerkungen zu meinem Blog können Sie mich auch gerne kontaktieren.