In den bisherigen Videos haben wir den Extruder immer im zusammengebauten Zustand gezeigt. Diesmal nehmen wir ihn auseinander. Es geht um die Schnecke, die Heizzonen und die Frage, warum sich ein Granulatextruder im Betrieb ganz anders verhält als ein Filamentextruder – und wann welcher der richtige ist.
Die Basis
Als Grundlage nutzen wir einen Extruder unseres Zulieferers und Partners Princore, den wir für unseren Bereich – technische Keramiken – angepasst haben. Die meisten dieser Extruder sind mit einem Messing-Grundkörper im Umlauf. Unsere Variante hat ein gehärtetes Barrel. Dazu kommen gehärtete Düsen ab 0,8 mm; teilweise verbauen wir auch Diamantdüsen von Gühring. Das Kunststoff-Sleeve darum herum stammt aus unserer eigenen Konstruktion.
Der Einzug ist das Herzstück
Ein Schrittmotor mit 5:1-Getriebe treibt die Schnecke an. Der Aluminiumkörper darüber ist gleichzeitig die Zuführung: Hier fallen die Körner hinein und liegen zunächst lose.
Entscheidend sind die Nuten im Einzugsbereich. Durch die Drehbewegung der Schnecke werden die Körner verdrallt und aktiv eingezogen – ohne sie würde kein zuverlässiger Materialeinzug zustande kommen. Mitdrehend sitzt außerdem eine Klinge, die größere Reststücke löst, wenn sich einmal etwas verkantet.
Die Gangtiefe erzeugt den Druck
Schaut man sich die Schnecke an, fällt auf, dass sich die Gangtiefe über ihre Länge verändert: hinten tiefer, zur Düse hin flacher. Das ist kein Zufall. Je kleiner die Gangtiefe wird, desto mehr Druck bauen wir auf. An der Düse messen wir bei unseren Extrudern etwa 5 bar; bei deutlich größeren Industrieextrudern sind wir schon bei bis zu 30 bar gewesen – aber das ist ein anderes Kaliber.
Wie stark diese Gangtiefe variiert, unterscheidet sich zwischen Herstellern erheblich. Uns geht es dabei vor allem um eines: eine saubere Durchmischung der Schmelze.
Heiß unten, kalt oben
Die Temperaturführung ist beim Granulatextruder ein eigenes Thema. Unten sitzt der Heizkörper – dort wird das Granulat aufgeschmolzen, zusammengedrückt und durch die Düsenöffnung gepresst. Oben, im Einzugsbereich, darf genau das nicht passieren: Schmelzen dort die Körner an, ist der Einzug gestört.
Deshalb kühlen wir den Einzug aktiv und blasen kalte Luft durch die Kühlrippen. In unserer Variante haben wir die Geometrie dafür geändert: Beim ursprünglichen Aufbau bläst die warme Luft dem Bediener entgegen, wenn er vor dem Drucker steht – bei uns wird sie abgeleitet. Ein großer Bauteilkühler mit radienförmigem Fan-Duct übernimmt darunter die Bauteilkühlung.
Manche Extruder arbeiten mit mehreren Heizzonen und sind entsprechend länger. Das bringt deutlich mehr Heizleistung – und damit höhere Durchsätze.
Warum jedes Material eigene Parameter braucht
Weil wir tatsächlich eine Schmelze erzeugen, verhält sich jedes Material anders. Und jede Düse mit anderer Austrittsöffnung erzeugt einen anderen Gegendruck. Diesen Wert stellt man bislang aus Erfahrung ein.
Genau hier wollen wir ansetzen: Die Maschine soll sich diesen Parameter künftig selbst erarbeiten, statt dass jemand ihn aus Erfahrung sucht. Dass das die Sache nicht einfacher macht, ist uns klar – mehr dazu in unserem Beitrag zum Machine Learning im granulatbasierten Druck.
Das Toolheadboard am Kopf
An derselben Stelle sitzt unsere Platine. Sie führt alle Leitungen auf kurzem Weg zusammen und erzeugt eine serielle Schnittstelle: Nur ein sechsadriges Kabel geht in den Schaltschrank. Der Trichter oben ist austauschbar – gegen eine Tülle für den Schlauch der Gebläseförderung.
Zum Vergleich: der Filamentextruder
Beim Filamentextruder passiert alles im festen Zustand. Ein Zahnradgetriebe erzeugt den Vorschub und schiebt den Draht in ein Hotend, wo er erst aufgeschmolzen wird.
Das ist zunächst einmal simpler: Der Vorschub ist immer gleich, weil das Material fest ist und einen konstanten Durchmesser hat. Begrenzt ist man dafür an zwei Punkten – wie viel sich pro Sekunde aufschmelzen lässt und wie viel Kraft der Extruder aufbringen kann, um das Material durchzuschieben. Denn von allein fließt da nichts.
Wann welcher?
Für sehr feine Bauteile ist der Filamentextruder die geeignetere Variante. Geht es um große Austragsraten und Heizleistung, sind Sie mit dem Granulatextruder besser bedient – dazu kommen Gradientendruck, Materialmischungen und der günstigere Materialpreis.
Beide funktionieren gut. Es ist schlicht eine Frage der Anwendung. Einen ausführlichen Vergleich beider Verfahren finden Sie in unserem Beitrag zu FFF und FGF.
Kapitel im Video
- 0:00 · Intro – Granulat- und Filamentextruder im Vergleich
- 0:23 · Das Sleeve und die Basis von Princore
- 1:08 · Motor, 5:1-Getriebe und Zuführung
- 1:28 · Der Einzug: wie die Körner verdrallt werden
- 1:57 · Gehärtete Variante und Düsenbestückung
- 2:16 · Die Klinge gegen verkantete Körner
- 2:52 · Schneckengang: Durchmischung und Druckaufbau
- 3:43 · 5 bis 30 bar an der Düse
- 3:58 · Heizzone, Schmelze und Kühlung des Einzugs
- 4:25 · Mehrere Heizzonen und der Gegendruck je Material
- 4:46 · Parameter künftig per Machine Learning
- 5:24 · Unser Sleeve: Trichter, Schlauch und Toolhead-Board
- 6:05 · Luftführung: Einzugskühlung und Bauteilkühler
- 7:08 · Der Filamentextruder im Gegenvergleich
- 8:10 · Wann Filament, wann Granulat sinnvoll ist
- 8:34 · Verwendete Komponenten und Fazit