Filamentextruder vs. Granulatextruder – Vergleich zwischen FFF und FGF

Wer sich im industriellen Umfeld mit additiver Fertigung beschäftigt, kommt früher oder später an einem grundlegenden Vergleich nicht vorbei: Filamentextruder oder Granulatextruder? Beide Ansätze stehen repräsentativ für zwei etablierte 3D-Druckverfahren – FFF (Fused Filament Fabrication) und FGF (Fused Granule Fabrication). In diesem Artikel analysiert Jonas Siegrist von der S2S Systemdrucker GmbH die technischen Unterschiede, Gemeinsamkeiten und den jeweiligen Anwendungsbereich – praxisnah und fundiert, für Entscheider, Ingenieure, technische Leiter und Wissenschaftler.

Von S. Scott Crump bis zum RepRap-Projekt: Die Wurzeln der FFF-Technologie

Um die heutige Relevanz von Fused Filament Fabrication zu verstehen, lohnt ein Blick in die Geschichte. Das Verfahren, das heute unter der Abkürzung FFF bekannt ist, wurde ursprünglich von S. Scott Crump Ende der 1980er-Jahre entwickelt und durch das Unternehmen Stratasys kommerzialisiert. Stratasys ließ den Prozess unter dem Namen FDM – Fused Deposition Modeling patentieren. Dieser Begriff ist bis heute als Bezeichnung im Markt verbreitet, obwohl er streng genommen ein geschütztes Akronym von Stratasys darstellt.

Als das FDM-Patent auslief, öffnete sich der Markt für eine Vielzahl von Herstellern. Insbesondere das RepRap-Projekt trieb die Demokratisierung des 3D-Drucks voran: Unter dem Namen RepRap entstand ein quelloffenes Konzept für selbstreplizierenden 3D-Drucker, das unzählige Projekte und Geräte inspirierte. Der Begriff Fused Filament Fabrication (FFF) etablierte sich als neutrale, nicht geschützte Bezeichnung für exakt dasselbe Verfahren – heute bevorzugt von Unternehmen, die keine Lizenz bei Stratasys erwerben möchten.

Zusätzlich wird das Verfahren im Kontext der Normierung auch als MEX – Material Extrusion geführt. MEX ist die ISO/ASTM-konforme Sammelbezeichnung für alle extrusionsbasierten 3D-Druckverfahren, wozu sowohl FFF als auch FGF zählen. Wer heute über 3D-Drucktechnologie im normativen Sinne spricht, verwendet zunehmend den Begriff MEX.

Was beide 3D-Druckverfahren grundlegend verbindet

Sowohl der filamentbasierte als auch der granulatbasierte 3D-Drucker basieren auf demselben Kernprinzip: Thermoplastisches Material wird plastifiziert und durch eine Düse mit kleinerem Durchmesser extrudiert. Der austretende Kunststoffstrang wird Schicht für Schicht auf dem Druckbett abgelegt, bis das fertige Bauteil entstanden ist.

Beide Verfahren arbeiten mit Polymeren, die aufgeschmolzen und in einem definierten Zustand verarbeitet werden. Beiden gemeinsam ist auch, dass die Qualität des Ergebnisses maßgeblich von der Prozesskontrolle abhängt – von Temperaturführung, Vorschubgeschwindigkeit, Düsendurchmesser und der Präzision der Bewegungsachsen. Die Unterschiede beginnen dort, wo das Material erstmals in Kontakt mit dem System tritt: an der Materialzufuhr.

Filamentextruder und das FFF-Verfahren: Mechanisch definiert und präzise steuerbar

Der Filamentextruder arbeitet mit einem vorproduzierten Kunststoffdraht – dem Filament. Dieses wird von einer Spule abgerollt, durch ein Vorschubgetriebe (auch Extruder oder Feeder genannt) in das Hotend geführt und dort aufgeschmolzen. Der Druckkopf positioniert die Schmelze präzise über das Druckbett.

Solange das Filament einen gleichmäßigen Durchmesser besitzt, fördert das Getriebe pro Umdrehung eine exakt definierte Materialmenge. Diese mechanische Vorhersagbarkeit ist einer der größten Vorteile von FFF (Fused Filament Fabrication): Der Prozess ist gut berechenbar, reproduzierbar und lässt sich mit überschaubarem Kalibrieraufwand stabil betreiben.

Filamentdurchmesser und Spulenverfügbarkeit

Am Markt haben sich zwei Filamentdurchmesser etabliert: 1,75 mm und 2,85 mm. Ursprünglich war der Gedanke, dass 2,85 mm höhere Durchsätze ermöglichen, da pro Millimeter Drahtvorschub mehr Masse gefördert wird. In der Praxis hat sich jedoch der 1,75 mm Standard stärker durchgesetzt – die Spule ist breiter verfügbar, die Materialauswahl größer und die Unterstützung seitens der 3D-Drucker-Hersteller flächendeckender.

Ein typischer FFF-3D-Drucker erreicht Materialdurchsätze von rund 200 bis 300 Gramm pro Stunde. Dieser Wert hängt von Material, Temperatur und Düsendurchmesser ab. Für viele Anwendungen in der Prototypenentwicklung, im Werkzeugbau und in der Kleinserienfertigung ist das vollkommen ausreichend.

Stützstrukturen, Stützmaterial und Bauteilgeometrie

Bei komplexen Geometrien benötigt der FFF-3D-Drucker Stützstrukturen. Diese Stützstrukturen werden entweder aus demselben Druckmaterial oder aus einem separaten Stützmaterial gedruckt, das sich nach dem Druck leichter entfernen lässt – etwa durch Auflösen in Wasser oder mechanisches Entfernen. Für technische Leiter und Konstrukteure ist dies ein relevanter Planungsaspekt, da das Entfernen der Supports Zeit und Ressourcen kostet.

Granulatextruder und das FGF-Verfahren: Thermisch komplex, industriell leistungsstark

Beim granulatbasierten Extruder ändert sich das System grundlegend. Das Material wird nicht als fester Draht zugeführt, sondern als loses Granulat – ein Rohstoff, der in der kunststoffverarbeitenden Industrie seit Jahrzehnten Standard ist. Das Granulat gelangt über einen Trichter oder eine Fördertechnik in die Einzugszone einer Extruderschnecke.

Die Schnecke transportiert das Material in Richtung Düse und durchläuft dabei mehrere Zonen: Einzugszone, Aufschmelzzone, Kompressionszone und Homogenisierungszone. Die Gangtiefe der Schnecke nimmt zur Düse hin ab, was das Material komprimiert, verdichtet und durchmischt. Diese aktive Kompression und Homogenisierung ist der entscheidende Unterschied zum Filamentextruder – und gleichzeitig die Quelle seiner überlegenen Flexibilität bei Materialien und Werkstoffen.

Schmelzequalität und Entlüftung

Die Schmelzequalität ist beim FGF-Verfahren ein zentraler Erfolgsfaktor. Beim Aufschmelzen von Granulat kann eingeschlossene Luft entstehen, die – wenn sie nicht entweicht – Blasen im Materialstrang erzeugt. Saubere Schmelze erfordert ausreichende Verweilzeit, gleichmäßige Erwärmung, geeignete Schneckengeometrie und eine kontrollierte Kompression im Inneren der Schnecke.

Die Handhabung dieser Parameter macht den Granulatextruder technisch anspruchsvoller, eröffnet aber gleichzeitig Möglichkeiten, die filamentbasierte Systeme strukturell nicht bieten können.

Materialvielfalt und Additivierung: Ein zentraler Unterschied zwischen FFF und FGF

Beim Filamentextruder ist das Filament bereits das fertige Druckmaterial. Es wurde beim Hersteller compoundiert, additiviert und in den richtigen Durchmesser extrudiert. Das Unternehmen, das druckt, hat keinen Einfluss mehr auf die Zusammensetzung des Materials – es wählt aus dem, was auf dem Markt als Spule verfügbar ist.

Anders beim Granulatextruder: Durch die Schneckenbewegung findet im Inneren des Extruders eine aktive Durchmischung statt. Das eröffnet weitreichende Möglichkeiten:

• Direkte Beimischung von Farbadditiven und funktionellen Werkstoffen
• Zugabe von Glas- oder Carbonfasern zur gezielten Eigenschaftsmodifikation
• Einsatz von Rezyklaten aus industriellen Prozessen
• Verarbeitung geschäumter Materialien für Leichtbauanwendungen
• Nutzung von Polymeren und Materialien, die nicht als Filament erhältlich sind

Für Unternehmen, die mit spezifischen Hochleistungspolymeren, gefüllten Werkstoffen oder eigens entwickelten Rezepturen arbeiten, ist diese Freiheit bei der Materialentwicklung ein erheblicher strategischer Vorteil. Der FGF-Extruder arbeitet direkt mit industriellen Granulaten – denselben Werkstoffen, die auch in der Spritzguss- und Extrusionsproduktion verwendet werden.

Materialdurchsatz im Vergleich: Wo FGF die Nase vorn hat

Durch die höhere Heizleistung und das kontinuierliche Aufschmelzen im Schmelzekanal können Granulatextruder deutlich größere Materialmengen verarbeiten. Während filamentbasierte 3D-Drucker im Bereich von 200 bis 300 g/h operieren, erreichen selbst kompakte Granulatextruder oft über 500 g/h. Größere Systeme liegen bei 1 kg/h oder deutlich darüber.

Das hat direkte Auswirkungen auf die Schichten, die Düse und die Bauteilgröße:

• Größere Düsendurchmesser (z. B. 0,6 mm und mehr) erlauben breitere Schicht-Ablage
• Höhere Durchsätze ermöglichen schnellere Bauteilfertigung
• Größere Objekte und Bauvolumina werden wirtschaftlich realisierbar
• Prototypen und Endanwendungsteile lassen sich in kürzerer Zeit herstellen

Diese Charakteristika machen FGF besonders attraktiv für großformatige industrielle Bauteile, funktionale Werkzeuge und Vorrichtungen sowie den Einsatz in Branchen, in denen Fertigungszeit und Materialkosten direkt in die Kalkulation einfließen.

Slicing und Prozessparameter: Wo sich FFF und FGF in der Software-Welt unterscheiden

Der Unterschied in der Materialförderung wirkt sich direkt auf Slicing-Parameter und Prozesskontrolle aus. Ein bekanntes Beispiel ist der Retract. Beim FFF-3D-Drucker wird das Filament beim Verfahrweg mechanisch zurückgezogen, um Fädenziehen zu vermeiden. Da das Filament als fester Draht exakt positionierbar ist, funktioniert dieser Mechanismus präzise.

Beim Granulatextruder hingegen verbleibt die Schmelze stets im Schmelzekanal. Ein Retract reduziert lediglich den Druck auf die Schmelze, zieht aber kein Material mechanisch zurück. Das führt dazu, dass FGF-Systeme im Bereich feinster Detailauflösung Abstriche gegenüber FFF machen müssen. Für die primären Anwendungen des FGF-Verfahrens – große Objekte, hohe Durchsätze, funktionale Bauteile – spielt das jedoch in der Praxis eine untergeordnete Rolle.

Für MEX-basierte Systeme, also beide Verfahren, gilt grundsätzlich: Verlässliche Daten über Materialeigenschaften, Prozessparameter und Schichtaufbau sind Voraussetzung für reproduzierbare Bauteilqualität. Wer seine Prozesse kennt und die richtigen Informationen in die Slicer-Software eingibt, erhält konsistente Teile – unabhängig davon, ob er mit Filament oder Granulat druckt.

Typische Anwendungen und Branchen: Wer nutzt welches Verfahren?

FFF (Fused Filament Fabrication) dominiert in Bereichen, in denen Präzision, Detailauflösung und Zugänglichkeit im Vordergrund stehen. Typische Anwendungen umfassen:

• Prototypen und Konzeptmodelle in Konstruktionsabteilungen
• Kleinserien-Bauteile aus technischen Polymeren
• Lehr- und Entwicklungsprojekte an Hochschulen und Forschungseinrichtungen
• Werkzeuge und Vorrichtungen für die Produktionsvorbereitung

FGF-Systeme sind in der Industrie besonders dort gefragt, wo Skalierung und Wirtschaftlichkeit zählen:

• Großformatige Formen, Gieß- und Presswerkzeuge
• Vorrichtungen als Substitute für teure Metallteile und Metalle aus dem zerspanenden Verfahren
• Schnelle Herstellung von Geometrien, die in Spritzguss zu aufwendig wären
• Seriennahe Fertigung in Branchen wie Automotive, Luftfahrt oder Maschinenbau

In der Welt der industriellen additiven Fertigung haben beide Ansätze ihre Daseinsberechtigung – der Grund liegt in der klaren Aufgabentrennung: FFF für präzise, kleinformatige Anwendungen, FGF für volumenstarke, materialflexible Fertigung.

Wirtschaftlichkeit und Kosten: Was Entscheider wissen müssen

Aus wirtschaftlicher Perspektive unterscheiden sich beide Verfahren erheblich. Filament als Druckmaterial ist pro Kilogramm teurer als industrielles Granulat – häufig um den Faktor 3 bis 10. Wer in seiner Herstellung große Mengen an Kunststoff verarbeitet, wird den Kostenvorteil von Granulat schnell erkennen. Gleichzeitig erfordern FGF-Geräte eine höhere Anfangsinvestition und qualifizierteres Betriebspersonal.

FFF-3D-Drucker stehen als breiter verfügbare Geräte in einem größeren Preisspektrum zur Verfügung – von Einstiegsgeräten bis hin zu industriellen Systemen. Für Unternehmen, die flexible Kleinserien oder Prototypen fertigen, bieten FFF-Systeme einen einfachen und kostengünstigen Einstieg.

Für größere Projekte mit hohem Materialbedarf, spezifischen Werkstoffanforderungen oder dem Wunsch nach Materialentwicklung im eigenen Haus lohnt der Schritt zu FGF. Wer sich nicht sicher ist, welches Verfahren das richtige ist, sollte eine technische Anforderungsanalyse durchführen – Hilfe dabei bietet das Anwendungsteam der S2S Systemdrucker GmbH.

Stärken und Schwächen beider Systeme im direkten Vergleich

MEX als normativer Rahmen: FFF und FGF im industriellen Kontext

Sowohl FFF (Fused Filament Fabrication FFF) als auch FGF fallen unter die ISO/ASTM-Norm für Material Extrusion (MEX). Diese Vereinheitlichung unter dem Oberbegriff MEX ist für Unternehmen relevant, die mit zertifizierten Prozessen arbeiten oder Materialien für normierte Anwendungen qualifizieren müssen. Die Bezeichnung MEX schafft Klarheit über das zugrundeliegende Prinzip und abstrahiert von den vielen Namen, die sich in der Geschichte des Verfahrens angesammelt haben – FDM, FFF, FGF, 3D-Drucktechnologie, Extrusionsdruck.

Für technische Leiter und Qualitätsverantwortliche in regulierten Branchen ist die MEX-Nomenklatur ein wichtiges Instrument, um Prozesse gegenüber Kunden, Behörden und Zertifizierungsstellen eindeutig zu beschreiben. Fused Deposition Modeling (FDM) bleibt dabei die historisch bedeutsame Bezeichnung, ist als Akronym jedoch an Stratasys gebunden.

Fazit: Welches Verfahren passt zu Ihrer Anwendung?

Die Entscheidung zwischen Filamentextruder und Granulatextruder – zwischen FFF und FGF – ist keine Frage des „besser oder schlechter", sondern eine Frage der Anforderungen. Beide Verfahren haben ihre Stärken, beide haben ihre Grenzen.

Für Unternehmen, die beide Welten evaluieren, lohnt ein systematischer Vergleich auf Basis konkreter Anwendungen. Die S2S Systemdrucker GmbH unterstützt Ingenieure, technische Entscheider und Wissenschaftler bei dieser Bewertung – von der ersten Prozessanalyse bis zur Integration in bestehende Fertigungsstrukturen.

Weitere Informationen zu unseren Systemen und Verfahren erhalten Sie direkt über s2s-systems.de. Sprechen Sie uns an – wir helfen Ihnen, das richtige 3D-Druckverfahren für Ihre Anforderungen zu identifizieren.