Das zu verarbeitende Material muss gut vorbereitet werden. Egal ob Sie Pellets oder Mahlgut mit dem Extruder verarbeiten, es gelten strenge Kriterien für eine erfolgreiche Filament-Produktion. Bitte lesen Sie sich dieses Kapitel sehr genau durch. Diese Anforderungen gelten generell für jeden Extruder, der 3D Drucker Filament herstellt.
06.1 Materialauswahl
06.1.1 Grundsätzlich ist der Extruder für die Verarbeitung von Kunststoffen konzipiert, welche sich für die Verarbeitung in 3D Druckern eignen. Um nun hochwertiges Filament herstellen zu können, müssen Sie wissen, was für ein Material Sie verarbeiten. Wenn Sie beispielsweise PLA Pellets im Internet kaufen, sollten Sie immer ein Datenblatt dazu anfordern. Denn es gibt PLA Pellets für die Verwendung als Filament in 3D Druckern, aber auch zur Folienherstellung oder für den Spritzguss. Diese Pellets werden sehr ähnlich aussehen, können sich aber im Schmelzverhalten stark unterscheiden. Das ist sehr kritisch für die Verarbeitung in einem Extruder dieser kleinen Bauart. Gleiches ist bei anderen Materialien möglich. Versuchen Sie also immer, das Datenblatt für das entsprechende Material zu bekommen, wenn es keine verlässliche Einkaufsquelle ist.
06.1.2 Was auch bei der Verwendung von Pellets oft nicht vorab sichtbar ist: Dir Oberfläche, die Form und Zusätze können einen großen unterschied machen. Das Material Ingeo 4043D ist beispielsweise so beliebt, da die einzelnen Pellets sehr gleichmäßig, sehr rund und glatt sind. Zudem vermute ich, dass das Material mit einer Art Gleitmittel-Additiv versehen ist. Das stellt sicher, dass es durch jeden noch so kleinen Trichter rieselt und während dem Aufschmelzvorgang wenig Motorleistung erfordert. Beim austreten aus der Düse ist es zudem nicht zu dünnflüssig und lässt sich gut zu Filament formen. Bei recycleten Materialien, wie zum Beispiel das rPLA von Recyclingfabrik odre selbst pelletierten PLA Pellets (mit einem Pelltizer) ist es das Gegenteil. Die einzelnen Pellets haben eine raue oder kantige Oberfläche, die Körnung ist kleiner und das Material kommt ohne Gleitmittel-Additiv. Das führt dazu, dass in der Einzugszone viel Reibung auftritt und die Motorleistung von kleinen Extrudern an die Grenze kommt. In dieser Extruderversion MK3.9 ist daher ein Dosiertrichter (Bauteil ED-J) enthalten, der das Problem, umgeht, indem weniger Material in die Extruderschnecke dosiert wird.
06.1.2 Gleiches gilt auch bei der Verarbeitung von 3D-Drucker-Abfall. Sie müssen nachvollziehen können, von welchem Hersteller das Material stammt, aus welcher Sorte Kunststoff der Abfall ist und welche Additive ggf. vorhanden sind. Sonst ist es mit ggf. viel Frust verbunden, wenn die Extrusion nicht wie gewünscht funktioniert.
06.1.3 Es gibt auch immer mehr stark veränderte Sorten wie PLA+ und andere hochleistungs Bio-Kunststoffe wie z.B. Materialien von “Extrudr”, sowie die sogenannten “high flow” Filamente. Diese werden sehr flüssig und es kann schwieriger sein, daraus ein maßhaltiges Filament zu machen. Auch kann es möglich sein, dass solche Materialien gar nicht mit diesem kleinen System verarbeitet werden können. Es kommt dabei immer auf den Versuch an, da es sich schwer voraussagen lässt.
06.1.4 Andere Materialien wie PP, PA oder PE sind Sonderfälle. Diese können zwar meistens extrudiert werden. Allerdings ist die Kalibrierung eines guten Filaments mit diesem Setup oft nicht möglich. Nur weil diese Materialien nach dem Verlassen der Düse sehr schnell hart werden. Die Kalibrierung über die Schwerkraft funktioniert also oft nicht. Eine Modifikation des Extruders ist ggf. möglich.
06.1.5 PET aus geschredderten Flaschen ist auch ein Sonderfall. Der original Desktop Filament Extruder MK3.9 ist grundsätzlich nicht für die Verarbeitung von PET und vor allem nicht von geschredderten PET Flaschen konzipiert. Die notwendigen Temperaturen sind im Maximalbereich des Extruders und können ggf. nicht gehalten werden. PET ist ein technisches Polymer, welches hohe Verarbeitungstemperaturen hat und insgesamt nicht einfach zu verarbeiten ist. PET gibt es als amorpher oder teilkristalliner Thermoplast. Beim Recycling ist oft nicht bekannt, um welches Material es sich wirklich handelt. Der Extruder kann ein paar PET-Sorten in Pellet-Form extrudieren. Aber die Verarbeitung von geschredderten PET Flaschen ist um einiges schwerer. Wenn man PET-Flaschen schreddert, erhält man ein sehr „flockiges“ Mahlgut. Dieses Mahlgut rieselt nicht gut und rutscht einfach nicht durch einen Trichter. Außerdem hat das Mahlgut einen hohen Luftanteil, so dass die Geometrie der aktuellen Extruderschnecken ggf. nicht optimal ist. Des Weiteren muss man wissen, dass der Extruder dann zwar das Material extrudiert, aber die Kalibrierung zu Filament aktuell oft nicht funktioniert, einfach weil PET sehr schnell wieder erstarrt, wenn es die Düse verlassen hat. Dadurch funktioniert die hier angewendete Kalibrierung durch das Eigengewicht so eventuell nicht. Dazu müsste man ggf. die Kalibrierung und die Anordnung des Extruders modifizieren. Wichtig zu erwähnen ist auch, dass es schwierig ist, von PET auf ein anderes Material zu wechseln. Dazu sind ggf. Reinigungsgranulate oder andere Kunststoffsorten wie HDPW, welche den Temperaturübergang aushalten, notwendig.
06.1.6 Weiche Materialien wie TPE und TPU ab Shore Härte A95 funktionieren oft ohne Probleme. Aber ich habe nicht sehr viel getestet. Daher kann ich es nicht garantieren. Weichere Materialien lassen sich nicht durch den PTFE Schlauch zur Spule führen. Dann kann der Schlauch entfernt werden und die Aufwicklung anders realisiert werden.
06.2 Trocknung
Kunststoffgranulat muss vor der Verarbeitung getrocknet werden, da viele Kunststoffe Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen, was die Extrusion negativ beeinflusst und Blasen im Filament verursacht. Wenn Sie keinen Zugang zu einem Trockenschrank oder Granulattrockner haben, kann dies auch mit einem handelsüblichen Dörrautomat bewerkstelligt werden. Seit kurzem wird im Internet auch die Trocknung in einer Mikrowelle genannt. Dies habe ich aber noch nicht getestet. Es gibt zunehmend auch immer mehr kommerzielle Filament-Trockner. Diese sind auch zum Trocknen von Granulat geeignet. Erfahrungswerte sind: PLA 45°C über 4-8 Stunden. PETG 60°C über 4-8 Stunden. ABS 60°C über 3 bis 7 Stunden. Wenn bei dem Trockenvorgang keine Luft zirkuliert oder keine frische Luft nachgeführt wird, kann die Trockenzeit auch länger sein.
06.3 Sortenreinheit und Farbtrennung
Halten Sie Kunststoffe sortenrein. Vermischen Sie niemals verschiedene Kunststoffsorten. Es empfiehlt sich auch, die Materialien nach Hersteller zu trennen. Selbst wenn Sie eine Sorte wie PLA verarbeiten, können die Eigenschaften von anderen Herstellern unterschiedlich sein.
Auch die Trennung nach Farbe ist Sinnvoll, da Sie dann eine neue Farbe erzeugen können, wenn Sie gezielt zwei oder mehr Farben vermischen. Wenn Sie zu viele Farben mischen, erhalten Sie ein braunes oder graues Filament.
06.4 Korngröße und Rieselfähigkeit
06.4.1 Bei gebrauchsfertigem (industriellem) Granulat/Pellets:
Jedes Korn darf an der längsten Seite maximal 5 mm lang sein. Alle anderen Seiten müssen kleiner als 4mm sein. Pellets müssen durchgesiebt werden, bevor diese in den Trichter gefüllt werden. Nutzen Sie ein Sieb mit runden Löchern (ca. 4,5 bis 4,8mm Durchmesser). Der Grund dafür ist, dass fertigungsbedingt manchmal wenige größere Granulatkörner oder Verklumpungen vorhanden sein können, die dann die Einzugszone der Extruderschnecke blockieren:
06.4.2 Bei selbst hergestelltem Granulat (Mahlgut/geschredderter 3d Druckabfall):
Jedes Korn sollte an allen Seiten nicht länger als 4,5 mm sein. Dünne und längliche Teile können in der Regel etwas länger sein (6-7 mm). Dies kann sichergestellt werden, indem das Material vor dem Gebrauch gesiebt wird. Das Sieb muss runde Löcher mit einem Durchmesser von 4 bis 5 mm haben (Bauteil ED-I). Selbst hergestellte Granulate müssen gut homogen vermischt werden. Ein weiteres Kriterium von selbst hergestellten Granulaten ist die Rieselfähigkeit. Gegenüber fabrikneuem Granulat rieselt selbst hergestelltes Granulat aus Kunststoffabfall meist wesentlich schlechter. Ebenso neigt es zur Brückenbildung. Das bedeutet, dass sich Hohlräume im Granulat bilden, da es sich an Engstellen im Trichter verkeilt und daher ggf. kein Material bis zur Extruderschnecke gelangt, obwohl der Trichter augenscheinlich voll ist. Das kann vor allem bei Mahlgut aus PLA mit kleiner Körnung passieren. Wenn Sie Probleme mit der Brückenbildung haben, installieren Sie Bauteil ED-A.2 an der Kupplung der Extruderschnecke (dann wird auch der Deckel ED-F für den Trichter benötigt). Bei der Sammlung von 3D Druckabfall sollte man folgendes beachten: Dünne Streifen, welche sich durch einen “Brim” oder skirt auf dem Druckbett ergeben, lassen sich nur schwer zerkleinern und können den Materialfluss in der Einzugszone des Extruders behindern. Daher solche Teile bitte aussortieren oder weiter zerkleinern.
06.5 Sauberkeit und Lagerung
Schützen Sie jede Art von Granulat vor Staub und Verunreinigungen. Benutzen Sie Behälter mit Deckel. Der Schmelzefilter in der Düse des Extruders stellt lediglich sicher, dass das Filament auf 3D Druckern mit 0,4mm Düse verarbeitet werden kann. Der Filter ist nicht dazu geeignet, große Mengen von verunreinigtem Material zu filtern. Viele weitere Arten von Verunreinigungen kann der Filter nicht aufhalten oder lassen den Filter frühzeitig verstopfen.
Lagern Sie alle Formen von Kunststoff-Granulat in Behältern mit Deckel. Idealerweise sollte der Behälter weitestgehend luftdicht sein. Legen Sie einen großen Beutel mit Silika Gel mit in den Behälter, so bleibt das Material trocken. Lagern Sie auch 3D Druckabfall, den Sie für eine spätere Verarbeitung sammeln auf diese Weise.
06.6 Erfahrungswerte und Einstellungen
Hier ein paar Beispiel-Einstellungen für verschiedene getestete Materialien. Zum Starten des Extruders können Sie diese Werte verwenden. In Abhängigkeit von Ihrem verwendeten Material können andere Werte nötig sein. Wenn ich von PLA oder PETG spreche, kann es trotzdem sein, dass Ihr verwendetes Material sich anders verhält. Ein Beispiel: Bei ebay wird PLA Granulat für 3D Drucker-Anwendungen verkauft, ich habe das Datenblatt des Materials angefordert. Im Datenblatt ist das PLA für Verpackung-Anwendungen ausgewiesen, also z.B. für Spritzguss. Dadurch ist das Material sehr dünnflüssig und schwerer zu einem stabilen Filament zu Formen.. Also ist PLA nicht gleich PLA. Wenn Sie einmal die passenden Einstellungen zu Ihrem Material gefunden haben, geht das Starten des Extruders sehr schnell von der Hand. Zum Kalibrieren des Filament-Durchmessers folgen Sie den nächsten Kapiteln der Bedienungsanleitung (Kapitel 07,08 und 09). Diese Werte nehmen Sie als Ausgangswert:
06.6.1 PLA:
PLA Pellets:
Extruderschnecke: hohe Kompression UND zusätzlichem Dosier-Trichter (ED-J)
oder
optional erhältliche Extruderschnecke: mit niedrige Kompression mit normalem Trichter
Temperatur: 175 – 190 °C, starten Sie bei 180°C
Drehzahlen: Extruder-RPM: 10-25, starten Sie mit 12-14RPM, Verändern Sie dann die Drehzahl, um auf die Drehzahl an der Zieheinheit (P: Auf dem Display) von ca. 20-40RPM zu kommen.
Abstand Sensor – Düse: 70-120mm
Lüfter Leistung: 80-100%
Düsen-Größe: 1,7 mm
Bemerkung: Lüfter zum Sensor geneigt, der Luftstrom muss die Kontaktstelle von Filament und Sensor treffen. Motorstrom 2.5A – 3.2A
PLA Mahlgut (geschredderter 3D-Druck-Abfall):
Extruderschnecke: hohe Kompression mit normalem Trichter und Rührer-Schraube an der Kupplung
oder
optional erhältliche Extruderschnecke: mit niedrige Kompression mit normalem Trichter und Rührer-Schraube an der Kupplung (Korngröße kritisch, muss gut gesiebt sein und 4 bis 4,5mm sein)
Temperatur: 165 – 190 °C, starten Sie bei 175-180°C
Drehzahlen: Extruder-RPM: 10-25, starten Sie mit 12-14RPM, Verändern Sie dann die Drehzahl, um auf die Drehzahl an der Zieheinheit (P: Auf dem Display) von ca. 20-30RPM zu kommen.
Abstand Sensor – Düse: 70-120mm
Lüfter Leistung: 80-100%
Düsen-Größe: 1,7 mm
Bemerkung: Lüfter zum Sensor geneigt, der Luftstrom muss die Kontaktstelle von Filament und Sensor treffen, Trichter gefüllt halten, Motorstrom 2.5 – 3.2A
06.6.2 PETG:
PETG Pellets:
Extruderschnecke: hohe Kompression UND zusätzlichem Dosier-Trichter
oder
optional erhältliche Extruderschnecke: mit niedrige Kompression mit normalem Trichter
Temperatur: 200 – 220 °C
Drehzahlen: Extruder-RPM: 9-20, starten Sie mit 12-14RPM, Verändern Sie dann die Drehzahl, um auf die Drehzahl an der Zieheinheit (P: Auf dem Display) von ca. 18-40RPM zu kommen.
Abstand Sensor – Düse: 90-120mm
Lüfter Leistung: 60-100%
Düsen-Größe: 1,7 mm
Bemerkung: Lüfter zum Sensor geneigt, der Luftstrom muss die Kontaktstelle von Filament und Sensor treffen. PETG muss sehr gut getrocknet sein, PETG ohne Zusätze wie Masterbatch benötigt viel Motorleistung, da es sehr zäh und hochviskos ist. Daher muss die Drehzahl relativ niedrig gehalten werden. Es kann zum Schrittverlust des Extruders-Motors kommen. Ein quietschendes Geräusch kann entstehen, da der Aufschmelzvorgang in der Kompressionszone zugunsten der Wieder-Einschlaltbarkeit relativ langsam abläuft. In manchen Fällen muss der Motorstrom des Schrittmotortreibers erhöht werden (3.2A). Dann muss der Motor ggf. aktiv gekühlt werden.
PETG Mahlgut (geschredderter 3D-Druck-Abfall):
Extruderschnecke: hohe Kompression mit normalem Trichter
oder
optional erhältliche Extruderschnecke: mit niedrige Kompression mit normalem Trichter (Korngröße Kritisch, muss gut gesiebt sein und 4 bis 4,5mm sein)
Temperatur: 195 – 220 °C
Drehzahlen: Extruder-RPM: 9-20, starten Sie mit 12-14RPM, Verändern Sie dann die Drehzahl, um auf die Drehzahl an der Zieheinheit (P: Auf dem Display) von ca. 18-30RPM zu kommen.
Abstand Sensor – Düse: 100mm
Lüfter Leistung: 60-100
Düsen-Größe: 1,7 mm
Bemerkung: Lüfter zum Sensor geneigt, der Luftstrom muss die Kontaktstelle von Filament und Sensor treffen. Motorstrom 2.5A – 3.2A
06.6.3 ABS:
ABS Pellets:
Extruderschnecke: hohe oder niedrige Kompression
Temperatur: 195 – 205 °C
Drehzahlen: Extruder-RPM: 12-20, starten Sie mit 12-14RPM, Verändern Sie dann die Drehzahl, um auf die Drehzahl an der Zieheinheit (P: Auf dem Display) von ca. 25-40RPM zu kommen.
Abstand Sensor – Düse: 120mm
Lüfter Leistung: 20-60
Düsen-Größe: 1,5 mm oder kleiner
Bemerkung: Lüfter zum Sensor geneigt, der Luftstrom muss die Kontaktstelle von Filament und Sensor treffen.. Filament neigt zum Verwinden vor der Zieheinheit, dann schneller produzieren oder Kühlung niedriger. ABS muss sehr gut getrocknet sein
06.7 Filament einfärben
06.7.1 Einfärben mit Masterbatches:
Die Mischleistung eines Extruders in dieser kleinen Bauweise ist naturgemäß begrenzt. Die Einfärbung mit Masterbatches ist möglich, aber in der Homogenität eingeschränkt. Es gibt Masterbatches, welche die Extrusionsleistung negativ beeinflussen oder stören können. Beginnen Sie daher folgendermaßen:
– Beginnen Sie nur mit einer kleinen Menge und tasten sich an eine maximale Zugabe heran. Die Beimischung von Masterbatch wird nach Gewicht berechnet und sollte von 2% bis 4% des Gewichts der Pellets betragen.
– Die Rührer-Schraube an der Kupplung der Extruderschnecke sollte nicht installiert sein, wenn Pellets mit Masterbatches verwendet werden. Sonst kann sich der Inhalt des Trichters entmischen.
– Oft funktioniert die Extruderschnecke mit hoher Kompression (zwei Markierungen am Schaft) besser als die Extruderschnecke mit niedriger Kompression (eine Markierung am Schaft).
– Die Einstellungen zur Filament-Kalibrierung müssen dann angepasst werden. Meistens muss man die Drehzahl des Extruders-Motors erhöhen, da die Reibung im Extruder Rohr durch das Masterbatch abnimmt.
– Wenn man die Farbe wechseln oder auf naturfarbenes Material wechseln will, kann es nötig sein, die Extruderschnecke auszubauen und manuell zu reinigen. Siehe dazu die Bedienungsanleitung Kapitel 12 in der Bedienungsanleitung.
– bei kleinen Extrudern hat sich die Verwendung von Mikro-Masterbatch bewährt. Die Homogenität der Farbe wird deutlich besser als mit Standard-Masterbatch. Mikro Masterbatch in der Farbe weiß, schwarz, rot und blau ist bereits in meinem Onlineshop erhältlich. Weitere Farben werden bald folgen.
– Bei der Verwendung von Masterbatches in kleinen Extrudern kann die Durchmessertoleranz des Filaments negativ beeinflusst werden. Das Filament ist immer noch gut druckbar, aber die Durchmesser-Schwankungen können im Druckbild später erkennbar sein. Um das zu verhindern, empfiehlt es sich, die Einfärbung in zwei Extrusion-Vorgängen durchzuführen. Bei dem ersten Durchgang wird mit Masterbatch eingefärbt und relativ schnell produziert, ohne dabei auf den Durchmesser des Filaments zu achten. Der Durchmesser kann auch höher sein, als die benötigten 1,75mm. Dann wird das hergestellte Filament wieder zu Pellets verarbeitet. Das wird mit einem Pelletizer (Gerät zur Zerkleinerung von Filament) gemacht. Dann werden die Pellets noch einmal mit dem Extruder zu Filament verarbeitet, was zu einer guten Durchmessertoleranz und Farbhomogenität führt. Hier biete ich Pelletizer an.
06.7.2 Einfärben mit Pigment
Kunden berichten, dass Pigmente für die Einfärbung von Epoxidharz auch zum Einfärben von Kunststoffpellets gut funktionieren. Das Material wird allerdings halb transparent. Die Handhabung von Pigmenten kann allerdings schwierig und schmutzig sein.
06.7.3 Einfärben mit Filament-Resten
Die meisten kommerziellen Filamente auf dem Markt sind hochpigmentiert. Wenn man Filement-Reste wieder zu Pellets zerkleinert (z.B. mit einem Pelletizer) und als “Masterbatch-Ersatz” verwendet, bekommt man oft auch gute Farbergebnisse. Hier biete ich Pelletizer an.
06.8 Auswahl der Extruderschnecke
Der Extruder-Bausatz wird mit zwei verschiedenen Extruderschnecken geliefert:
Die Extruderschnecke mit hoher Kompression ist markiert, um sie von der anderen unterscheiden zu können (2x runde Senkung am Schaft). Sie ist für die Verarbeitung von geschredderten 3D-Druckerabfällen aus PLA, ABS und PETG konzipiert. Einfach weil in selbst hergestelltem Mahlgut oft ein hoher Luftanteil vorhanden ist. Zudem bietet die Extruderschnecke mit der hohen Kompression eine größere Öffnung in der Einzugszone, was bei Mahlgut von Vorteil ist. In seltenen Fällen kann je nach Korngröße und Form des Mahlguts bei zähen Materialien wie PETG Mahlgut aber auch die Extruderschnecke mit niedriger Kompression nötig sein.
Die Extruderschnecke mit geringer Kompression ist für die Verarbeitung von Kunststoffen in Pelletform wie PLA, ABS, ASA, PETG konzipiert. Diese Schnecke ist markiert, um sie von der anderen unterscheiden zu können (1x runde Senkung am Schaft). In Verwendung mit dem Dosier-Trichter, ist die Verarbeitung von Pellets in unterschiedlichsten Zähigkeiten möglich.