Beim 3D-Druck ist die Extrusionstemperatur, d. h. die optimale Schmelztemperatur des verwendeten Filament-Kunststoffs, von großer Bedeutung. Die Hersteller geben hierfür meist einen empfohlenen Temperaturbereich an. Je nach Material kann dieser sehr niedrig sein, wie bei Polymilchsäure (PLA) mit ~210 °C oder sehr hoch, wie bei Polyetheretherketon (PEEK) mit ~400 °C.
Innerhalb des vom Hersteller angegebenen Bereichs kann die Druckqualität durch die gezielte Untersuchung verschiedener Extrusionstemperaturen enorm verbessert werden.
Im Prinzip sollte dieser Test einmal für jede neue Filamentrolle durchgeführt werden.
Der Wärmeturm ist das Mittel der Wahl für diesen Zweck.
Heat Tower
Der Heat Tower ist ein äußerst nützliches Werkzeug zum Testen verschiedener Druckqualitätsparameter unter dem Einfluss unterschiedlicher Extrusionstemperaturen. Dazu gehören Noppen, Überhang, Überbrückung und Fadenbildung. Ich empfehle das Heat Tower-Design von Thingiverse-Nutzer“gaaZolee“: https://www.thingiverse.com/thing:2729076.
Wie kann man den Creality Ender 3 Pro anweisen, die Extrusionstemperatur für alle Schichten zu ändern?
Die Lösung ist mit Prusa Slicer sehr einfach. Zunächst wird der Wärmeturm einfach als .stl-Datei importiert. Die allgemeine Extrusionstemperatur wird auf den höchsten Wert direkt am Heizbett eingestellt und der gesamte Turm wird einmal mit einer Schichthöhe von 0,2 mm gesliced.
Die erste Temperaturänderung beginnt bei Schicht 58, dann alle 50 Schichten. Dazu wird rechts über den Schieberegler für die Schichthöhe die gewünschte Schichthöhe ausgewählt und mit der rechten Maustaste ein individueller G-Code eingefügt (Abb. 1).
Die Extrudertemperatur kann mit dem G-Code-Befehl „M104“ geändert werden. Gefolgt von „S“ unter der gewünschten Zieltemperatur.
M104 S245
So wird Schicht für Schicht die Temperatur vollautomatisch verändert. Nachdem alle G-Code-Befehle eingefügt wurden, wird an den entsprechenden Stellen in der Schichthöhe ein kleines „G“ angezeigt. Einmal erstellt und aufgeschnitten, kann die Datei universell für alle neuen Filamente im dargestellten Temperaturbereich verwendet werden (Abb. 2).
Überprüfung
Das Schmelzen und Extrudieren von Polymeren im 3D-Druck stellt eine plastische Verformung durch Überschreiten der Glasübergangstemperatur Tg dar. Wenn die Glasübergangstemperatur Tg überschritten wird, geht ein festes Glas oder Polymer in einen gummiartigen bis zähflüssigen Zustand über und kann durch die Düse des 3D-Druckers extrudiert werden.
Bei amorphen Kunststoffen trennt der Glasübergang den unteren spröden energieelastischen Bereich (Glasbereich) vom oberen weichen entropieelastischen Bereich (gummielastischer Bereich). Der Übergang zum Fließbereich (Bereich der plastischen Verformung) erfolgt nicht abrupt, sondern kontinuierlich. Dieser kontinuierliche Übergang entspricht dem Temperaturbereich der vom Hersteller angegebenen Extrusionstemperatur des Fadens. Durch den schwankenden Eintrag von Wärmeenergie in die flüssige Matrix wird die Harmonizität der Molekülschwingungen ständig gestört und es entstehen temporäre Hohlräume („freies Volumen“) zwischen den Elementen, deren Anzahl und Größe von der Temperatur abhängen. Ist die Temperatur zu hoch, führt dies zu einem schlechten Druckbild.
Der gedruckte Hitzeturm zeigt (Abb. 3) im Temperaturbereich von 220-250 °C deutliche Defekte: Noppen, starke Fäden und Ausfälle zwischen den einzelnen Schichten. Ungewöhnlich für PETG-Filament, liegt das beste Ergebnis zwischen 215 °C und 220 °C. Noch immer nicht perfekt, aber das Druckbild kann durch Einfahren des Extruders weiter verbessert werden. Bei Temperaturen unter 215 °C verschlechtert sich das Druckbild wieder. Hier liegt die Extrusionstemperatur zu nahe an der Glasübergangstemperatur.
Material