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.
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 PETG und ABS möglich. Versuchen Sie also immer, das Datenblatt für das entsprechende Material zu bekommen.
06.1.2 Gleiches gilt auch bei der Verarbeitung von 3D-Drucker-Abfall. Sie müssen nachvollziehen können, von welchem Hersteller und aus welcher Sorte Kunststoff der Abfall stammt.
06.1.3 Es gibt auch immer mehr stark veränderte Sorten wie PLA+ und andere hochleistungs Bio-Kunststoffe wie z.B. Materialien von “Extrudr”. Diese können oft nicht mit dem MK3 verarbeitet werden, weil sie sehr spät erweichen und dann schlagartig dünnflüssig werden. Dafür ist der Extruder nicht entwickelt worden.
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.
06.1.5 PET aus geschredderten Flaschen ist auch eine Sonderfall. Der original Deskop Filament Extruder MK3 ist grundsätzlich nicht für die Verarbeitung von PET und vor allem nicht von geschredderten PET Flaschen konzipiert. 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 notwendig.
06.1.6 Weiche Materialien wie TPE und TPU funktionieren oft mit beiden Extruderschnecken. Aber ich habe nicht sehr viel getestet. Daher kann ich es nicht garantieren.
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. Erfahrungswerte sind: PLA 45°C über 4-6 Stunden. PETG 65°C über 4-6 Stunden. ABS 60°C über 3 bis 6 Stunden.
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
06.3.1 Bei gebrauchsfertigem (industriellem) Granulat/Pellets:
Jedes Körn darf an der längsten Seite maximal 5mm lang sein. Alle anderen Seiten müssen kleiner als 4mm sein. Pellets müssen durchgesiebt werden, bevor diese in den Trichter gefüllt werden. Hier ist eine Beispiellösung, wie man sich ein passendes Sieb selbst 3D-drucken kann. In diesem Video ist es erklärt, ab Minute 9:00. Das Sieb sollte eine Maschenweite von 5mm haben. Der Grund dafür ist, dass Fertigungsbedingt manchmal wenige größere Granulatkörner vorhanden sein können, die dann die Einzugszone der Extruderschnecke blockieren:
06.3.2 Bei selbst hergestelltem Granulat (Mahlgut/geschredderter 3d Druckabfall):
Jedes Korn sollte an allen Seiten nicht länger als 4,5mm sein. Dies kann sichergestellt werden, indem das Material vor dem Gebrauch gesiebt wird. Das Sieb sollte eine Maschenweite von 4 bis 4,5mm haben. Hier ist eine Beispiel-Lösung, wie man sich ein passendes Sieb selbst 3D-drucken kann. In diesem Video ist es erklärt, ab Minute 9:00. 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 zu 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 Design des Extruders soll dies verhindern. Zum einen ist die Form des Trichters darauf ausgelegt und zum anderen ist an der Kupplung zwischen Extruderschnecke und Antriebsmotor eine Art Rührwerk angebracht. Dies beugt der Brückenbildung im Einzugsbereich vor. 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 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 (für 3D Druckanwendungen):
Extruderschnecke: hohe oder niedrige Kompression
Temperatur: 175 – 185 °C
Extruder-RPM: 11-19 (hängt von der Größe, Form und Marke Ihrer Pellets ab)
Puller RPM: 24-28
Abstand Sensor – Düse: 120mm
Abstand Lüfter – Düse: 50mm
Lüfter Leistung: 40-70
Düsen-Größe: 1,7mm
Bemerkung: Lüfter zum Sensor geneigt, Motorstrom auf Werkseinstellung (1,9A)
PLA Pellets (für Verpackungs-Anwendungen):
Extruderschnecke: niedrige Kompression
Temperatur: 185 – 200 °C
Extruder-RPM: 10-14 (hängt von der Größe, Form und Marke Ihrer Pellets ab)
Puller RPM: 24-28
Abstand Sensor – Düse: 100mm
Abstand Lüfter – Düse: 40mm
Lüfter Leistung: 10-20
Düsen-Größe: 1,7 -1,8mm
Bemerkung: Lüfter zum Sensor geneigt, Motorstrom erhöht (2,2 – 2,5A)
PLA Mahlgut (geschredderter 3D-Druck-Abfall):
Extruderschnecke: hohe Kompression
Temperatur: 170 – 185 °C
Extruder-RPM: 14-20 (hängt von der Größe, Form und Marke Ihres Mahlguts ab)
Puller RPM: 20-28
Abstand Sensor – Düse: 120mm
Abstand Lüfter – Düse: 50mm
Lüfter Leistung: 10-20
Düsen-Größe: 1,7 mm
Bemerkung: Lüfter zum Sensor geneigt, Trichter gefüllt halten, Motorstrom auf Werkseinstellung (1,9A)
06.6.2 PETG:
PETG Pellets (ohne Masterbatch):
Extruderschnecke: niedrige Kompression
Temperatur: 215 – 220 °C
Extruder-RPM: 7-8 (hängt von der Größe, Form und Marke Ihrer Pellets ab)
Puller RPM: 23-26
Abstand Sensor – Düse: 100mm
Abstand Lüfter – Düse: 60mm
Lüfter Leistung: 10-30
Düsen-Größe: 1,7 mm
Bemerkung: Lüfter zum Sensor geneigt. Kein Schmelzefilter. 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 niedrig gehalten werden. Es kann zum Schrittverlust des Extruders-Motors kommen. Ein quitschendes Geräusch kann entstehen, da der Aufschmelzvorgang in der Kompressionszone zugunsten der Wieder-Einschlaltbarkeit relativ langsam abläuft. In diesem Fall können Sie den Motorstrom des Schrittmotortreibers erhöhen (2,5 – 2,9A) oder die PETG Pellets mit Farb-Masterbatch einfärben. Das verringert die Reibung im System und entlastet den Motor. Wie das Einfärben mit Masterbatch funktioniert, finden Sie hier.
PETG Pellets (mit 3.5% Mikro-Masterbatch):
Extruderschnecke: niedrige Kompression
Temperatur: 205 – 210 °C
Extruder-RPM: 17
Puller RPM: 24-27
Abstand Sensor – Düse: 170mm
Abstand Lüfter – Düse: 100mm
Lüfter Leistung: 10-13
Düsen-Größe: 1,7 mm
Bemerkung: Motorstrom auf Werkseinstellung (1,9A)
PETG Mahlgut (geschredderter 3D-Druck-Abfall):
Extruderschnecke: hohe Kompression
Temperatur: 195 – 230 °C
Extruder-RPM: 7-20 (hängt von der Größe, Form und Marke Ihres Mahlguts ab)
Puller RPM: 24-28
Abstand Sensor – Düse: 100mm
Abstand Lüfter – Düse: 20mm
Lüfter Leistung: 10-30
Düsen-Größe: 1,7 mm
Bemerkung: Lüfter zum Sensor geneigt, Motorstrom auf Werkseinstellung (1,9A)
06.6.3 ABS:
ABS Pellets:
Extruderschnecke: hohe oder niedrige Kompression
Temperatur: 195 – 205 °C
Extruder-RPM: 13-20 (hängt von der Größe, Form und Marke Ihrer Pellets ab)
Puller RPM: 25-35
Abstand Sensor – Düse: 120mm
Abstand Lüfter – Düse: 50mm
Lüfter Leistung: 10-40
Düsen-Größe: 1,5 mm oder kleiner
Bemerkung: Lüfter zum Sensor geneigt, Filament neigt zum verwinden vor der Zugeinheit, dann schneller produzieren oder Kühlung niedriger. ABS muss sehr gut getrocknet sein, Motorstrom auf Werkseinstellung (1,9A)
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 nur mit einer kleinen Menge und tasten sich an eine maximale Zugabe heran. Die Rührer-Schraube an der Kupplung der Extruderschnecke sollte nicht installiert sein, wenn Pellets mit Masterbatches verwendet werden. Die Beimischung von Masterbatch wird nach Gewicht berechnet und sollte von 2,5% bis 3,5% des Gewichts der Pellets betragen. 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. Die Dosierung von Mikro- Masterbatch kann von 2% über 4% der Gewichtsanteile betragen. Mikro Masterbatch in der Farbe weiß, schwarz, rot und blau ist bereits in meinem Onlineshop erhältlich. Weitere Farben werden bald folgen.
Wichtig zu wissen: 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.
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.
06.8 Auswahl der Extruderschnecke
Der Extruder-Bausatz wird mit zwei verschiedenen Extruderschnecken geliefert:
Die Extruderschnecke mit hoher Kompression ist für die Verarbeitung von geschredderten 3D-Druckerabfällen aus PLA, ABS und PETG konzipiert. Darüber hinaus lassen sich damit auch bestimmte Kunststoffe in Pelletform verarbeiten, etwa PLA-Typen (optimiert für den 3D-Druck) und ABS. Diese Schnecke ist markiert, um sie von der Anderen unterscheiden zu können (2x runde Senkung am Schaft).
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).
06.9 Schredder Lösungen
Das Zerkleinern von 3D Druckern-Abfall erfordert meist kraftvolle und teure Maschinen. Im folgenden möchte ich mehrere Möglichkeiten aufzeigen:
06.9.1 Die komfortabelste Lösung mit der besten Granulat-Qualität ist ein normaler Industrie-Shredder, auch Schneidmühle oder Granulator genannt. Solche Geräte besitzen im Idealfall verzahnte Schneidmesser und ein Wechselsieb, sodass man die Granulatgröße bestimmen kann. Jedoch wird das etwas mehr Geld in Anspruch nehmen und oft auch einen Starkstromanschluss erfordern.
06.9.2 Eine Open-Source Lösung für kraftvolle Schredder kommt aus der Precious-Plastic Bewegung. Im Online Basar können auch fertige Maschinen gekauft werden: https://bazar.preciousplastic.com. Aber auch diese Geräte sind nicht sehr günstig und oft nur für das Recycling in Spritzgießmaschinen und Plattenpressen geeignet.. UND ACHTUNG: In der Vergangenheit haben sich Probleme mit diesem Modell gezeigt. Diese Art von Shredder ist nicht für die benötigte Korngröße von unter 5mm vorgesehen und oft findet sich Metallabrieb im Mahlgut, welches dann die Düse des Extruders sehr schnell und oft verstopft.
06.9.3 Im kleinen Maßstab lässt sich auch eine sog. Beistellmühle oder Angussmühle verwenden. Diese Art von Mühlen gibt es hin und wieder günstig bei Kleinanzeigen oder Industrieversteigerungen. Diese Mühlen haben auch ein eingebautes Sieb. Der Nachteil dieser Mühlen ist, dass der Einlass recht klein ist und größere 3D Drucke vor zerkleinert werden müssen und ein Starkstrom-Anschluss ebenfalls nötig ist.
06.9.4 Eine Alternative zu diesen großen und teuren Maschinen kann die Zerkleinerung von 3D Drucker-Abfall in einem Küchen-Mixer sein. Erste Referenzen in diesem Bereich berichten Kunden von folgenden Geräten:
-Total Standmixer von Blendtec (Kaufpreis ca. 400€)
-Arendo Standmixer 2000 W inkl. Mixbehälter 2,0 L 32.000 U/min. (Kaufpreis ca. 55€)
Wichtig ist, dass diese Mixer einen kraftvollen Motor in Kombination mit abgestumpften Messern besitzen. Das schlägt den 3D Druckabfall relativ gleichmäßig klein, ohne es zu schneiden. Durch die kurze Laufzeit entsteht wenig Wärme. Das Material sollte man noch durch ein Sieb geben und kann es dann im Extruder verwenden. Getestete Materialien sind bisher aber nur PLA und PETG. Günstige Küchenmixer mit scharfen Messern erfüllen aber nicht diesen Zweck. Die Leistung reicht nicht aus und durch Wärmeentwicklung kann das Material verschmelzen.
06.9.5 Ein weiterer günstiger Ansatz ist ein Walzenhäcksler. Wichtig dabei ist, dass mein einen Häcksler mit langsam drehender Messerwalze verwendet. (Walzenhäcksler) Normale, schnelldrehende Messerhäcksler würden den Kunststoff verschmelzen. Ich habe allerdings festgestellt, dass sehr billige Geräte etwas Metallabrieb in das Mahlgut bringen, was das Material verfärben kann und den Schmelzefilter frühzeitig verstopfen lassen kann. Daher sollte man eher auf Geräte im Preisbereich von 200 bis 250 Euro zurückgreifen. Aber generell funktionieren diese Geräte recht gut, sie haben genug Kraft und können an einer normalen Steckdose betrieben werden. Hochwertige Walzenhäcksler sind auch recht leise. In der Größe der zu verarbeitenden Abfälle ist hier aber auch eine Grenze gesetzt. Große Teile müssen mit Hammer oder Säge vor zerkleinert werden. Erste Versuche waren allerdings sehr vielversprechend. Ich arbeite daran, in solche Geräte eine Art Siebträger einzubauen. Dadurch wird das Material so lange im Kreis gedreht und zerkleinert, bis es durch das Sieb herausfallen kann. Das erzeugt verwendbares Mahlgut.