Was sind Großformat-3D-Drucker?

TL;DR

Als Großformat 3D Drucker können Drucker mit einem Bauvolumen von mehr als 100 dm³ bezeichnet werden. Das Bauvolumen sagt zunächst erstmal nichts über die Abmaße des Bauraums aus, so gibt es zylindrische, quaderförmige oder kubische Baumräume, welche sich jeweils für unterschiedliche Druckobjekte eignen. Daher sollte mindestens eine Achse des Bauraumes eines großformatigen 3D Drucker länger als 500mm sein.

Es gibt inzwischen viele Hersteller von 3D Druckern die mit dem Prädikat "Großformat" werben. Handelsübliche Kunststoff 3D Drucker haben oft einen begrenzten Bauraum von weniger als 300mm Länge entlang einer Achse. Bei 3D Druckern mit einem zylindrischen Bauraum, z.B. Delta-Druckern ist der Begriff entlang einer Achse nicht ganz präzise. In diesem Artikel ist damit der Einfachhalt halber der Durchmesser der Bauplattform oder falls diese länger ist, die Höhenachse gemeint. Das Druckverfahren in diesem Artikel ist das Schmelzschichtverfahren oder auch Fused Filament Fabrication kurz FFF. Die Anforderungen für andere Druckverfahren können von den nachfolgenden Einschätzungen erheblich abweichen.

In den vergangenen Monaten sind immer mehr 3D Drucker auf den Markt gekommen die einen Bauraum zwischen 300mm und bis zu 500mm Länge entlang einer Achse haben. Dies zeigt, dass der Bedarf nach großen Druckobjekten da ist und die Hersteller darauf reagieren. Bei genauer Betrachtung handelt es sich bei diesen Geräten oft um vergrößerte Modelle der kleinen Geschwister und deren Wachstum ist oft bei 500mm Achsenlänge begrenzt. Dies hängt oft mit der Stabilität des Druckeraufbaus zusammen. Daher definieren wir einen Großformat 3D Drucker mit einer Achsenlängen von mehr als 500mm Länge und einem Bauvolumen größer 100dm³.

Großformatige 3D Drucker müssen nicht nur einen großen Bauraum auf dem Papier versprechen, sondern diesen auch aushalten. Die Bauplattform muss entsprechend mehr als 5 Kg Filament tragen und ggf. auch bewegen können, ohne sich dabei mehr als eine Lagenhöhe zu verformen. Bei einer Lagenhöhe von 0.2mm ist dies nur mit entsprechend steifen Konstruktionen möglich.

Der Druckkopf des 3D Druckers sollte sich entsprechend der Bauraumgröße bewegen. Druckgeschwindigkeiten von bis zu 100mm/Sek. sind im großformatigen 3D Druck das Minimum.

Eine weitere häufig nicht beachtete Geschwindigkeitsgrenze im großformatigen 3D Druck ist das Extrusionsvolumen pro Sekunde. Der Extruder fördert das Filament mit einer gewissen maximalen Kraft und Geschwindigkeit in das Hotend. Dies mag zwar bei einer 0,4mm Düse (Nozzle) für hohe Druckgeschwindigkeiten ausreichen, bei einer 1.2mm Nozzle jedoch nicht mehr. Der Zusammenhang ist dabei nicht linear, da der Gegendruck in der Nozzle bei einer 0,4mm Düse größer ist als bei einer 1,2mm Düse, sinkt zwar die benötigte Kraft, jedoch nimmt die benötige Drehzahl zum Vorschieben des Filaments zu. Da das Drehmoment bei einem Schrittmotor, welcher oft für den Antrieb des Extruders verwendet wird, mit der Drehzahl abnimmt, ist auch bei einer 1,2mm Nozzle das Fördervolumen entsprechend begrenzt - hier hilft nur dickeres Filament. Somit ist es wichtig bei dem verwendeten Extruder und dem Filamentdurchmesser ein für den Großformat 3D Druck geeigneten Extruder zu nutzen. Ein Filamentdurchmesser von 2.85mm und Fördervolumen von mehr als 10 mm³/Sek. sind das Minimum - das entspricht ca. 1,1Kg PETG pro Tag.