Die Historie des 3D-Druck Filaments

Die Geschichte des 3D-Druck-Filaments ist eng verbunden mit der Entwicklung von Kunststofftechnologien. Und bei den frühesten Ausprägungen der Extrusion von weichem Kunststoff war die Herstellung von Filamenten keine Ausnahme. Seit Jahren ist es ein Standard in der Kunststoffindustrie.

Erst in den 1980er Jahren, mit dem Aufkommen des Fused Deposition Modeling, fanden diese Verarbeitungstechnologien eine neue und einzigartige Anwendung. Um wie erwartet zu funktionieren, stellte sich heraus, dass der Kunststofffaden, Filament genannt – weil er auf ähnliche Weise extrudiert wird wie ein Metallfilament oder gesponnenes Tuch aus größeren Materialien gezogen wird – gleichmäßig geformt sein muss.

Filament ist das Ausgangsmaterial, das die FDM-Drucker verwenden, und besteht in der Regel aus thermoplastischen Kunststoffen wie PLA, ABS oder PETG.

Der Produktionsprozess beginnt mit der sorgfältigen Auswahl und Vermischung von Polymergranulaten, die häufig durch verschiedene Additive ergänzt werden, um bestimmte Eigenschaften wie Farbe, Weichheit oder Festigkeit zu erreichen. Danach wird das Material getrocknet und in einem Extruder geschmolzen. Die geschmolzene Kunststoffmasse wird dann durch eine Düse gepresst und tritt als kontinuierlicher, feiner Strang hervor.

Dieser Prozess ähnelt der traditionellen Extrusion, wobei die Größe und Form des Extrudats präzise Messungen und mathematische Modellierung erfordert, um einen einheitlichen Durchmesser zu gewährleisten – in der Regel 1,75 mm oder 2,85 mm gemäß den aktuellen Industriestandards.

Ein weiterer wesentlicher Schritt ist das sofortige Kühlen des Nylonfilaments nach der Extrusion. Das warme Material wird schnell in Wasserbädern gehärtet, um die gewünschte Form und mechanische Stabilität zu erreichen. Während dieses Prozesses passiert der PLA-Faden mehrere Prüfstationen, an denen sein Durchmesser konstant überwacht wird. Jegliche Größenabweichungen können erhebliche Auswirkungen auf die Endproduktqualität haben, weshalb höchste Präzisionsgeräte notwendig sind.

Im Laufe der Zeit wurde die Palette der Materialien erheblich erweitert. Neben Standardfilamenten wurden beispielsweise auch Verbundstoffe mit Kohlenstofffasern oder anderen Füllstoffen entwickelt – als Reaktion auf spezifische Anforderungen aus der Industrie. Diese Fortschritte hielten mit der zunehmenden Beliebtheit und breiten Nutzung der additiven Fertigung Schritt.

Dank fortschrittlicher Extrusionssysteme, automatischer Qualitätskontrollen und kontinuierlicher Materialforschung kann Filament für den 3D-Druck heute nicht nur für Prototypen, sondern auch für die Massenproduktion verwendet werden.

Letztlich hat die Entwicklung des 3D-Druck-Filaments eine beeindruckende Reise hinter sich: von den frühen Tagen der Kunststoffverarbeitung bis hin zu fortgeschrittenen Materialien, die die heutigen Anforderungen der additiven Fertigung erfüllen.

Es ist diese ständige Entwicklung, die man als einen "virtuosen" Kreis der industriellen Entwicklung bezeichnen könnte, die für den Fortschritt in allen Bereichen zentral war.