3D Druck mit Metall- und Keramik-Filamenten

[MaxRenk]

Hallo liebe Forenmitglieder,
vor einigen Wochen hatte ich unter der Rubrik "Extruder" angekündigt, ausführlicher auf eine absolute Neuheit bei Filamenten einzugehen. Inzwischen hat sich viel getan und wir haben erste Ergebnisse, die wir gern mit euch teilen möchten. Wenn mir das gelingt, hänge ich noch eine pdf-Datei mit einem etwas ausführlicheren Text an. Hier also nur die Kurzform:
Wir haben ein Metall-Filament entwickelt, mit dem man bei entsprechender Nachbehandlung METALL-Teile drucken kann. Gleiches geht auch mit Keramik. Die Filamente haben dazu einen sehr hohen Füllgrad an Metall- oder Keramikpulver, z.Z. ca. 57Vol%. Die Basis dieser Fialmente sind Mischungen verschiedener Polymere und Wachse, dem sogenannten Binder und eben Metall- oder Keramik-Pulver, welche sehr fein sind.
Der Druck läuft wie bei PLA, ABS und Co ab. Das entstandene Teil ist aber ein sogen. "Grünteil". Das legt man in eine Lösemittel und entfernt dabei den Hauptanteil der Polymer-Wachsmischung (Entbinderung - "Braunteil"). Ein kleiner Rest bleibt im Teil, ansonsten würde es ja wieder zu einem Pulverhäufchen auseinanderfallen. Anschließend wird das Braunteil einer Wärmebehandlung bei hohen Temperaturen unterzogen ("Sintern"). Dabei wird das restliche Polymer entfernt und die Pulverteilen "backen" zusammen. Jetzt ist das Teil zu 100% metallisch oder halt keramisch (Sinterteil). Das Teil schwindet dabei etwas, d.h. es wird etwas kleiner. Das kann man aber sehr genau berechnen und den CAD-file entsprechend scalieren (Aufmaßfaktor).
Am Ende erhält man ein Teil, was nahe 100% dicht ist und gegenüber mechanisch hergestellten Bauteilen vergleichbare Eigenschaften hat.
Im Moment haben wir ein Edelstahlfilament entwickelt (V4A), weitere sind in Arbeit.
Das erste gedruckte und gesinterte Teil, was auch in der pdf-Dateil zu sehen ist, war natürlich das Conrad Herz. Noch mit einigen Druckfehlern, Probleme mit der Z-Kompensation usw.usw. Inzwischen haben wir ein paar Quader und Zylinder, ein Gehäuse und 2-3 Figuren gedruckt. Bei den Figuren müssen wir noch an den Einstellungen für die Überhänge arbeiten. Die anderen Teile sehen z.T. absolut sauber-super aus. Im Moment werden die gesintert - Ergebnis mörgen.

Viel Spaß beim lesen, ich hoffe auf eine intensive Diskussion.

Vielen Dank nochmal an alle, die uns bei Fragen und dem Umbau auf E3D V6 unterst6ützt haben. Funktioniert übrigens super, kein Vergleich zum Original.
Viele Grüße
Max

[rf1k_mjh11]

Max,

Ich habe eben einen Beitrag über einen Druckerzusatz geschrieben, wo bis zu 4 verschiedene Materialien gedruckt werden können - mit einen Single-Extruder! Das passt zur folgenden Aussage sehr gut:

Auch Materialkombinationen, z.B. unterschiedliche Metalle oder auch Metall/Keramik
Kombinationen sind bei Verwendung von Dualdruckern möglich und in der Regel mit anderen
Verfahren überhaupt nicht herstellbar.

Bloß ist man nicht mehr auf ein Dual-System beschränkt.

mjh11

[Flubber]

Hallo Max,

sehr interessantes Thema !
Bin gespannt, wie Deine Versuche so ausgehen und freue mich schon auf die Fortsetzung

Finde das sehr spannend !
Ermöglicht uns dieses Filament doch mal etwas "robustere" Teile herzustellen, was Hitzebeständigkeit und physische Belastbarkeit angeht ...

Vielen Dank für den Beitrag....und bitte berichte weiter !!!!!

LG
Horst

[MaxRenk]

Hallo Zusammen,
hat eine Weile gedauert, seit meinem letzten Beitrag. Hier nun ein paar neue Bilder. Auf der rechten Seite ist das grünteil zu sehen auf der linken das Sinterteil. Wie gesagt sind die Teile aus Edelstahl V4A. Das Sintern funktioniert super, gleichmäßige Schwindung, keine Risse. Die Schwindung liegt je nach Filament-Typ bei 14 - 16%. Das ist verglichen mit Metal Injection Moulding ein guter Wert. Pollieren lassen sich die Teile auch.
Probleme haben wir allerdings mit dem Slicer (Cura). Der ist zwar viel besser als Slice3R mach aber häufig nicht das was er soll. Insbesondere der erste Layer ist immer anders als der Rest. Außerdem schreibt der Linien die er gar nicht machen soll und die auch im STL-File nicht zu sehen sind.
Wir drucken immer ohne Skirt und Raft. Vielleicht hat jemand einen Tip, was wir da falsch machen.
Bis demnächst
Max

[RAU]

Insbesondere der erste Layer ist immer anders als der Rest. Außerdem schreibt der Linien die er gar nicht machen soll und die auch im STL-File nicht zu sehen sind.

Ich bin jetzt kein Slic3r Experte, aber du müsstest mal genauer zeigen, was da falsch ist.

Beim ersten Layer sind die Probleme durch eine falsche Anfangshöhe vermutlich bekannt. Die beeinflusst natürlich die Raupenbreite. Einige Parameter kann man für den ersten Layer auch separat einstellen. Ansonsten sollte der Slicer nichts anders machen.

Wenn das STL nicht korrekt abgebildet wird, liegt es oft auch am STL selber. Es könnte Fehler haben wie falsch orientierte Flächen, winzige Lücken in der Oberfläche etc. Die Slicer reagieren unterschiedlich empfindlich darauf.

Du kannst mir gerne mal ein File zukommen lassen und ich schaue mir das im S3D mal an.

Das eigentliche Thema finde ich übrigens auch sehr interessant. Metallteile selber herzustellen ist natürlich eine ganz neue Dimension für den Hobbyschmelzer. Aber ganz selber machen geht ja nicht, man muss es sintern lassen. Ist das Sintern eigentlich ein hochkritischer Vorgang, oder könnte man das auch selber hinbekommen? So ein Sinterteil zwischen den Folienkartoffeln würde doch beim Grillfest gar nicht stören...

Sind die Teile tatsächlich ähnlich Bruchfest wie man vom Material erwartet? Die Pulverteilchen sind doch eigentlich gar nicht verschmolzen.

[rf1k_mjh11]

MaxRenk,

RAU hat schon das Problem des ersten Layers angesprochen. Da die Raupe häufig deutlich breitgequetscht wird, steht sie meist allseitig vor. Das bekommt man mit einer sauberen Einstellung hin, oder, wie RAU und viele es machen, mittels Feintuning am Druckanfang.

Insbesondere der erste Layer ist immer anders als der Rest. Außerdem schreibt der Linien die er gar nicht machen soll und die auch im STL-File nicht zu sehen sind.

Das mit den (zusätzlichen?) Linien kann ich mir nur als die sogenannte 'Vorpumpelinie' vorstellen. Falls du ein Profil von Conrad verwendest, haben die so was im Start-GCode untergebracht. Dabei wird eine recht dicke Linie entlang der Vorderkante des Betts hingelegt. Zweck ist es, etwaige Luftblasen zu entfernen, bzw. die ordentliche Befüllung des Extrudersystems zu gewährleisten.
Die Linie ist für die Recyclingtonne bestimmt.
Oder handelt es sich um mehrere Linien pro Druck, bzw. bei unterschiedlichen Höhen?

Ist das Sintern eigentlich ein hochkritischer Vorgang, oder könnte man das auch selber hinbekommen? So ein Sinterteil zwischen den Folienkartoffeln würde doch beim Grillfest gar nicht stören...

Ich freue mich schon aufs Grillen (der 4. April war heuer bei mir Saisonsbeginn) ...

mjh11

[Wessix]

Kannst auch mal Crafware auprobieren, davon bin ich (bis auf die Optik) ganz angetan, ist auch kostenlos, und in der neuesten Version kann z.b. Layerzahlabhängige Skripte laufen lassen, d.h. heizbetttemperatur oder Lüfterdrehzahl für unterschiedliche Druckhöhen einstellen.
Was das Slicen an sich angeht macht das eigentlich, so finde ich zumindest im Vergleich mit den anderen Programmen sehr saubere Ergebnisse. Hängt aber wahrscheinlich eh mehr davon ab wieviel Zeit man in die Feinabstimmung des Slicers investiert. Wahrscheinlich kann man mit allen ähnlich gute Ergebnisse erzielen, wenn man sie nur entsprechend gut einstellt, mit den spezifischen Problemen/Besonderheiten.

[RAU]

Kannst auch mal Crafware auprobieren

Schau mal hier
http://www.rf1000.de/viewtopic.php?p=11660#p11660
Das Filling bei CraftWare finde ich schlecht, jedenfalls in der damaligen Version.
(Besser auch Kommentare zu CraftsWare lieber dort weiterführen.)

[MaxRenk]

DSC_6543-1.jpg

Hallo Zusammen,
vielen Dank für eure Beiträge und Hinweise. Hier einige Antworten zum Sintern und zum Slicer.
Das sogenannte Sintern gibt es bereits seit über 100 Jahren, eigentlich schon viel länger (1000Jahre und mehr). Unsere Urahnen haben die ersten Eisenwerkzeuge und Waffen natürlich, durch sintern hergestellt. Nur haben die das damal so nicht genannt.
Allein in Deutschland werden jedes Jahr Millionen von Sinterteilen hergestellt und das für alle möglichen Branchen, z.B. Automobil.
Durch die große Oberfläche und der damit gespeicherten Energie (wenn mann aus einem Block feines Pulver herstellen will, muß man Ernergie reinstecken) und den Hohen Temperaturen (bei V4A fast 1400°C) kommt es zu Diffusionsvorgängen (Atome und Leerstellen wandern) bei denen die Pulverteilchen sich verbinden. Das funktioniert theoretisch bis zu einem 100% dichten Körper, in der Praxis zwischen 92 und 99%, je nach Pulverfeinheit usw.
Zudem kommt noch, das man zumindest für Metalle Schutzgase, meist Wasserstoff, Ar, N2 oder Vakuum einsetzen muß, sonst würde das Metall "verbrennen"(oxidieren). Bei vielen Keramiken kann man unter Luft sintern. Die Temperaturen sind allerdings genau so hoch oder höher.
Das Sintern von gedruckten Teilen zwischen den Folienkartoffeln wird also eher nicht funtionieren, leider!
Um wegen der Fragen zum Verhalten des Slicers Klarheit zu schaffen habe ich noch ein Bild angehängt. Eigentlich sollte das nur ein Körper, quadratischer Grundriß mit einem dicken Rand sein. Die beiden Linien in der Mitte waren nicht vorhanden. Wir wollten also kein Logo von der Deutschen Bank machen!!!
Ich vermute, wie von Euch auch schon angesprochen, dass das am stl file liegt. Wir haben FreeCad verwendet. Da diese Linien im CAD file aber nicht zu sehen sind, weis ich nicht, wie man das übersprüfen oder korrigieren soll.
Habe gestern bei Simplify3D angefragt, ob der Slicer auch für RF1000 funktioniert. Die Antwort war - Ja - man müsse nur entsprechende Einstellungen in der Konfiguration vornehmen. Wenn jemand da Erfahrungen hat bin ich für Diskussionen dankbar.
Bis demnächst und Grüße
Max

[T1230]

Ich habe solche Erfahrungen mit FreeCad auch gemacht. Hört sich in der Tat nach Freecad an - kann es sein, dass du beim exportieren das Object nicht richtig markiert hast? Dann werden gerne bereits rausgeschnittene Sachen mit-exportiert. Ich glaube für eure Zwecke (seid ja offenbar in einer Prototyp Testphase) wäre 123d besser geeignet. Das zeichnen geht deutlich schneller von der Hand, da man objekt-orientiert Modelle erstelt, und nicht auf sketches angewiesen ist. Nur so als Tipp von mir. Ich bin von FreeCad aber eher weggegangen, weil das gerne mal abgestürzt ist, wenn kompliziertere Berechnungen anfielen. Und das ständige "nagut, letzte Sektion nochmals anders probieren" ging mir dann irgendwann aufn Nerv.