Um beim Verdrucken von 3D Filament optimale Ergebnisse zu erzielen ist es nicht nur wichtig, das richtige Material und die dazugehörigen Druckeinstellungen auszuwählen, sondern auch sicherzustellen, dass das Filament für die Verarbeitung richtig konditioniert ist. Wir haben die wichtigsten Informationen zum Thema Trocknen und Lagern von 3D-Druck Filament in diesem Beitrag für dich zusammengefasst.
Richtige Lagerung, Trocknung und Verarbeitung von Filamenten aus polaren Kunststoffen
Welche 3D-Druck Filamente sollten getrocknet werden?
Materialien wie PMMA, PA (Nylon), PC, PET, PETG, TPU und alle technischen 3D Filamente wie CF-gefülltes PA oder flexible Filamente sollten vor dem Drucken unbedingt getrocknet werden. Auch bei Produkten, bei denen die Feuchtigkeitsaufnahmen, z.B. bei längerer offener Lagerung, auf den ersten Blick keine Auswirkung zu haben scheint, ist die Verarbeitung im getrockneten Zustand keinesfalls von Nachteil.
Was bestimmt die Fähigkeit eines 3D Druck Filaments, Feuchtigkeit aufzunehmen?
Sie hängt neben anderen Faktoren stark von der Polarität der polymeren Hauptkomponente ab, d. h. von ihrer chemischen Natur. Unpolare Kunststoffe besitzen eine geringe Oberflächenenergie gegenüber polaren Lösemitteln und sind daher chemisch auf diese Weise schwerer anzugreifen. In diese Gruppe fallen Materialien, wie z.B. PP, PE, PS.
Polare Kunststoffe können von polaren Lösemitteln leichter gelöst werden. Das wichtigste protische Lösungsmittel ist Wasser, das (vereinfacht) in ein Proton und ein Hydroxid-Ion dissoziiert. In Verbindung mit Feuchtigkeit wird also der Kunststoff durch die hohe Oberflächenenergie, die eine Verbindung mit Wasser eingeht, gelöst, da die Energie die die Polymerkette zusammenhält kleiner ist als die Energie die von der Polarität des Wassers kommt. Das heißt, dass das Filament unter Temperatur und Einfluss eines polaren Lösemittels chemisch zerlegt wird.
Daher sollten diese Materialien, die in diese Gruppe fallen, vor dem Verarbeiten unbedingt vorgetrocknet werden. Diese sind PET, PETG, PCTG, PC und auch PLA.
Warum lässt sich ungetrocknetes 3D Drucker Filamente so schlecht drucken?
Der Hauptgrund, warum sich übermäßige Feuchtigkeit bei der Verarbeitung von 3D-Druck Filament negativ auswirkt, ist die sogenannte Hydrolyse. So bezeichnet man den chemischen Abbau von Polymermakromolekülen aufgrund der Reaktion mit Wasser bei hohen Temperaturen, also in diesem Fall in der beheizten Düse eines 3D-Druckers.
Welchen Einfluss hat Feuchtigkeit auf den 3D-Druckprozess?
Im Zusammenhang mit dem 3D-Druck kann ein hoher Feuchtigkeitsgehalt im Filament zu folgenden 3D-Druckfehlern führen:
Schaumbildung, Blasenbildung, Trübung bei transparenten Materialien: bei den hohen Temperaturen in der Düse verdunstet das Wasser, dehnt sich aus und bildet Blasen in der Polymerschmelze, was zu schlechten Oberflächeneigenschaften führt und die optischen Eigenschaften der fertigen Teile verschlechtert.
Fadenbildung (Stringing). Wasser verringert die Viskosität der Polymerschmelzen, wodurch sie flüssiger werden und dadurch leichter aus der Düse fließen und die Bildung von Fäden begünstigt.
Verzug (Warping). Drucke aus ungetrocknetem Material weisen in der Regel eine schlechtere Dimensionsstabilität auf und sind anfälliger für Verzug.
Schlechte Layerhaftung, beeinträchtigte mechanische Eigenschaften: durch die Hydrolyse werden die langen Makromolekülketten in kürzere gespalten. Dies führt zu beeinträchtigten mechanischen Eigenschaften der massiven Teile, was zu Delaminierung während des Druckens oder sogar zum Versagen von 3D-gedruckten Teilen im Betrieb führen kann.
Farbänderungen: Hydrolyseprodukte führen häufig zu Farbveränderungen des Polymers.
Welchen Einfluss hat die Trocknung auf die Qualität von 3D-gedruckten Teilen?
Der Hauptvorteil beim Einsatz von getrocknetem Filament besteht darin, dass die Anzahl der durch Feuchtigkeit verursachten 3D-Druckfehler deutlich reduziert werden kann. Weiters können mit getrockneten Materialien gedruckte Teile genauere Abmessungen aufweisen, als wenn sie nicht getrocknet sind. Wenn also die Dimensionsstabilität und Passgenauigkeit deiner 3D-gedruckten Teile wichtig sind, raten wir dringend dazu, einen Filamenttrockner zu verwenden.
Im Allgemeinen erhöht die Verwendung von trockenem bzw. vorgetrocknetem Filament die Qualität der Druckergebnisse und macht den 3D-Druckprozess stabiler, dass heißt auch die Gefahr von abgebrochenen Drucken kann deutlich reduziert werden.
Wie kann man feuchtes 3D Druck Filament trocknen?
Um Filament ausreichend zu trocknen, muss es dafür lange genug trockener und heißer Luft ausgesetzt werden. Die einfachste Möglichkeit ist es, das Filament ein paar Stunden bei niedriger Temperatur (ca. 60-65°C) im Backofen, am besten mit Heißluftfunktion, zu trocken.
Dabei ist jedoch unbedingt zu berücksichtigen, dass die eingestellte bzw. angezeigte und die tatsächliche Temperatur übereinstimmen, da das 3D Filament bei hohen Temperaturen verkleben, verklumpen oder im schlimmsten Fall sogar schmelzen kann.
Eine einfache und kostengünstige Lösung kann auch sein, einen sogenannten Dörrautomaten, mit dem üblicherweise Obst getrocknet wird, zu verwenden. Diese können in der Weißwarenabteilung von Elektromärkten oder auch Online günstig erworben werden.
In den letzten Jahren haben einige Hersteller auch speziell für die Trocknung von 3D-Drcuk Filament optimierte Geräte auf den Markt gebracht sind mittlerweile bei vielen großen Händlern von Filamenten und 3D-Druck Zubehör im Sortiment.
Die besten Geräte und Werkzeuge zur Filament-Trocknung und -Lagerung hängen von den spezifischen Bedürfnissen und dem Budget ab.
Hier sind einige gängige Optionen:
Filament-Trockner: Ein Filament-Trockner ist ein Apparat, der speziell zur Entfernung von Feuchtigkeit aus 3D-Druckfilamenten entwickelt wurde. Diese können entweder eigenständige Einheiten oder an 3D-Druckern angebracht sein. Sie verwenden in der Regel eine Kombination aus Wärme und Luftstrom, um das Filament zu trocknen.
Trocknungsmittel-Packs: Trocknungsmittel-Packs sind kleine Beutel, die mit einem Feuchtigkeit absorbierenden Material wie Silikagel gefüllt sind. Sie können in Filament-Lagerbehälter oder -Tüten gelegt werden, um eventuell vorhandene Feuchtigkeit aufzunehmen.
Filament-Lagerbehälter: Luftdichte Lagerbehälter können dazu beitragen, dass Filamente trocken und frei von Staub und anderen Verunreinigungen bleiben. Dafür stehen viele Möglichkeiten zur Verfügung, einschließlich vakuumversiegelter Beutel, Plastikbehälter mit fest sitzenden Deckeln und Trockenboxen.
Filament Feuchtigkeitssensoren: Feuchtigkeitssensoren können verwendet werden, um die Feuchtigkeitswerte in Ihrem Filament-Lagerbereich zu überwachen. Sie können euch helfen, Bereiche zu identifizieren, die möglicherweise zu feucht sind und zusätzliche Trocknungs- oder Lagerungsmaßnahmen erfordern.
Es ist wichtig zu beachten, dass diese Werkzeuge zwar hilfreich sein können, aber nicht unbedingt für alle Arten von Filamenten zu dem gewünschten Ergebnis führen. Es ist immer eine gute Idee, die Empfehlungen der Hersteller für die Lagerung und Handhabung von Filamenten zu überprüfen, bevor in zusätzliches Equipment investiert wird.
Chaosdrucker Christian hat in diesem YouTube Video eine Reihe dieser Trockner vorgestellt und die Vor- und Nachteile aus seiner Sicht beschrieben:
Wie lange dauert es, 3D Filament zu trocknen?
Im Durchschnitt dauert es etwa 3-4 Stunden bei 50 – 80 ℃, um eine 1-kg-Filamentspule zu trocknen. Dies hängt vor allem vom zu trocknenden Material und dem anfänglichen Feuchtigkeitsgehalt ab. Bitte beachte, dass deshalb die Trocknungsparameter selbst für Filamente aus dem gleichen Material stark variieren können.
Warum dauert die Filamenttrocknung so lange?
Feuchtigkeit beginnt nicht aus dem Material zu migrieren, bevor das Filament komplett durchgewärmt ist. Da Polymere schlechte Wärmeleiter sind, dauert es einige Zeit, bis die Wärme in die Mitte des Filaments vordringt und die Feuchtigkeit schließlich bis an die Oberfläche gelangt. Wie lange dieser Vorgang dauert, hängt von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich der Art des Polymers und der Trocknungstemperatur.
Wie lange dauert es, bis ein getrocknetes Filament wieder Feuchtigkeit bekommt?
Die Feuchtigkeitsaufnahmezeiten variieren stark von 3D Filament zu 3D Filament und Lagerbedingungen. Bei einigen 3D-Druck-Filamenten kann die Feuchtigkeitswiederaufnahme in Extremfällen (z. B. bei hoher relativer Luftfeuchtigkeit und sehr langsamen Druckgeschwindigkeiten) zu schnell erfolgen, dass es sogar notwendig ist, das Filament direkt aus dem Trockner heraus in einem Schlauch (PTFE-Tube) zum Drucker zu führen um den Kontakt mit feuchter Raumluft komplett zu vermeiden. Andere Materialien können auch noch Tage nach dem Trocknen problemlos verdruckt werden.
Wie sollten 3D-Drrucker Filamente richtig gelagert werden?
Am besten sollen Filamente immer trocken gelagert werden, also in einer Umgebung mit geringer Luftfeuchte. Die einfachste Möglichkeit dafür sind verschließbare Vakuumbeutel bzw. entsprechende Taschen. Sie sollten aus hochwertigem Kunststoff und einem doppelten Zipper bestehen. Eine weitere Variante ist die Aufbewahrung in sogenannten Trockenboxen.
Darin können eine oder mehrere Rollen luftdicht und mit Trockenmittel aufbewahrt werden. Zumeist besitzen diese auch eine kleine Einrichtung zur Messung und Anzeige der relativen Luftfeuchte in der Box. Neben bereits fertigen Boxen, die über Händler von 3D-Druckmaterialien bezogen werden können, gibt es auch unzählige Eigenbauvarianten zum Download. Dies können entweder Aufbewahrungsboxen sein, die komplett selbst gedruckt werden, wie z.B. :
Source: Printables
Vielfach werden auch Aufbewahrungsboxen eines bekannten schwedischen Möbelhauses zum Zwecke der trockenen Aufbewahrung von Filament modifiziert. Eine häufig eingesetzte Lösung, wie man mit selbstgedruckten Teilen und wenig Zubehör eine einfache und funktionelle bauen kann, findet man hier:
Zusammengefasst kann gesagt werden, dass es im Zweifelsfall immer von Vorteil ist, trockenes oder getrocknetes Filament einzusetzen, speziell bei der Verarbeitung von Hydrolyse anfälligen Materialien wie PETG 3D Filament oder PCTG 3D Druck Filament.
Wie kann man die Verarbeitung von PETG 3D Filament und anderen 3D Materialien verbessern?
Hier sind einige Tipps zum Trocknen von 3D-Druckfilament und zur richtigen Lagerung, die auf dem basieren, was wir zuvor gelernt haben.
Verwende einen Filamenttrockner: Ein Filamenttrockner ist ein Gerät, das speziell für die Entfernung von Feuchtigkeit aus 3D-Druck Filamenten entwickelt wurde. Du brauchst es für die oben genannten Arten von 3D Material. Es gibt viele verschiedene Modelle, also wählt ihr eines, das zu eurem Budget und euren Bedürfnissen passt.
Verwende Silikagel-Pakete: Kieselgel ist ein Trocknungsmittel, das Feuchtigkeit aus der Luft absorbieren kann. Du kannst kleine Päckchen mit Kieselgel kaufen und sie in deinen Filament-Lagerbehälter legen, um das Filament trocken zu halten.
Bewahre Filamente in luftdichten Behältern auf: Um zu verhindern, dass Feuchtigkeit an das Filament gelangt, bewahre es in einem luftdichten Behälter auf. Du kannst Plastiktüten oder Behälter mit dicht schließenden Deckeln verwenden.
Lager die 3D Filamente an einem trockenen Ort: Es ist wichtig, Filamente an einem trockenen Ort aufzubewahren, damit sie keine Feuchtigkeit aufnehmen. Lagere das Filament nicht in Räumen mit hoher Luftfeuchtigkeit, z. B. in Kellern.
Verwende einen Filamentspulenhalter: Ein Spulenhalter für Filamente kann helfen, dein Filament zu organisieren und zu verhindern, dass es sich verheddert.
Wenn du diese Tipps befolgen, kannst du sicherstellen, dass dein Filament trocken und in gutem Zustand bleibt.
Fazit
Um optimale Ergebnisse beim 3D-Drucken von Filamenten zu erzielen ist es entscheidend, nicht nur das richtige Material und die richtigen Druckeinstellungen auszuwählen, sondern auch sicherzustellen, dass das 3D-Druck Filament ordnungsgemäß für die Verarbeitung konditioniert ist.
3D-Drucker Filamente aus polaren Kunststoffen wie PMMA, PA (Nylon), PC, PET, PETG, TPU und technischen Filamenten wie CF-gefülltem PA oder flexiblen Filamenten müssen vor dem Drucken getrocknet werden, um Druckfehler aufgrund von überschüssiger Feuchtigkeit zu vermeiden.
Die Fähigkeit eines 3D-Druck Filaments, Feuchtigkeit aufzunehmen, hängt von der Polarität der Hauptkomponente des Polymers ab. Unpolare Kunststoffe haben eine niedrige Oberflächenenergie und sind chemisch beständiger gegenüber polaren Lösungsmitteln, während polare Kunststoffe anfälliger für Feuchtigkeitsaufnahme sind.
Überschüssige Feuchtigkeit im 3D Filament während des Druckens kann verschiedene 3D-Druckfehler wie Bläschenbildung, Fadenbildung, Verziehen, schlechte Schichthaftung und Farbänderungen verursachen. Durch das Trocknen des Filaments vor dem Drucken wird die Häufigkeit dieser Fehler reduziert, was zu einer besseren Druckqualität und mechanischen Eigenschaften führt. Daher sind eine ordnungsgemäße Lagerung, Trocknung und Verarbeitung von Filamenten aus polarn Kunststoffen unerlässlich, um hochwertige 3D-Drucke zu erzielen.
Wir hoffen, es war ein nützlicher Beitrag.
Viel Spaß beim Drucken!