CF-Filament FDM Druck

Mit diesem Artikel möchte ich euch meine Erfahrungen mit dem FDM-Druck von Carbonfaser verstärktem Filament näherbringen.

Carbonfaser verstärktes Filament ist heutzutage in vielen Filamenten als Komposit erhältlich. Angefangen von dem gängigsten Filament für den FDM Druck: PLA, gibt es Carbonfaser verstärktes Filament von cf-PLA über so gut wie alle Filamentarten über cf-PETG, hin zu cf-ABS/ASA, cf-PC usw. Doch was haben alle CF Filamente gemeinsam? Man benötigt eine passende Düse, um diese zu extrudieren.

Die Düse:

Die Fasern liegen wild innerhalb des Filaments verteilt. Extrudiert man nun mit einer Messingdüse dieses Filament, geht das nur für einige wenige Layer gut. Ich schätze nach ca. 50gr Filament wird die Messingdüse so beschädigt sein, dass man extremes Stringing im Druck hat. Nach weitere kurzer Zeit reibt sich der Durchmesser der Düse unregelmäßig auf und Drucke werden so gut wie unmöglich.

Grund hierfür ist die Härte der Carbonfaser. Die wild verstreuten Fasern reiben beim Extrudieren das weichere Material, hier das Messing der Düse, auf und verschleißen dies extrem schnell. Des weiteren bündeln sich in der Schmelze die Fasern und verhindern den „Fluss“ des Filaments oder verhindern den Druckabbau in der Schmelze. Selbst ohne Retract Funktion führt dies zu extremen Stringing schon nach kürzester Zeit.

Im Bild zu sehen ist mit einer neuen Messingdüse extrudiertes cf-PETG. Gut zu erkennen, die ersten 2-3cm lieferten noch gute Ergebnisse, bis dann auf einmal im inneren extremes Stringing auftritt und spätestens an dem breiten Teil des Bauteils die Außenhaut beginnt eine schlechtere Oberfläche zu besitzen.

Dies ist auch im nachhinein nicht mehr zu säubern um das Druckteil zu retten.

Ersetzen der Düse durch eine Stahldüse:

Nachdem ersetzen der Düse zu einer Stahldüse sind alle Probleme passé. Die Drucke kommen fehlerlos heraus. Zu beachten sind nach dem Umbau lediglich ein paar Kleinigkeiten.

Nach dem Umbau auf eine Stahldüse:

Da Stahl einen schlechteren Wärmeleitwert als Messing besitzt, müssen an den Temperatureinstellungen des Filaments Änderungen vorgenommen werden.

Der Temperatursensor, der die eingestellte Temperatur des Heizblocks überwacht, sitzt natürlich nicht vorne in der Düsenspitze eures Druckers, sondern meist in einem Alublock oder anderem Element etwas weiter von der Düse entfernt. Da Messing einen sehr hohen Wärmeleitwert besitzt, geht man davon aus, dass die eingestellte Temperatur auch nahezu an der Düsenspitze vorherrscht. Mit dem Einbau der Stahldüse wird die Düsentemperatur jedoch geringer, da hier der Wärmeleitwert geringer ist. Daher müsst ihr die ermittelten Drucktemperaturen erhöhen. Ein guter Wert liegt hier bei 5-7 Grad Kelvin höhere Düsentemp., im Vergleich zur Messingdüse.

Nun könnt Ihr natürlich auch alle anderen nicht CF Filamente mit der Stahldüse drucken, müsst hierbei jedoch erneute Temperaturtests für euer Filament durchführen, um wieder passende Einstellungen zu erreichen. Ich empfehle auch Flow und PressureAdvance neu zu ermitteln.

Ich nutze an meinem Creality Ender3 die MK8 Düsen, welche sehr schnell gewechselt werden können. Daher nutze ich die Stahldüse nur für CF-Filament-Drucke. Achtet darauf, dass ihr nach jedem Düsentausch erneut das Z-Level einstellt. Wem das zuviel Arbeit ist, der muss seine Filamente neu Einstellen. Dies ist einmalig eine langwierige Arbeit, zahlt sich aber hintenraus aus, da man keine Düsen mehr wechseln muss.

Beschichtete Stahldüsen?

Stahl rostet. In eurem Raum, indem der Drucker steht herschen meist Luftfeuchtigkeiten von 40-60%. Auch wenn die Düsen teilweise gehärtet sind, und somit die Korrosion langsamer fortschreitet, bildet sich irgendwann der Rost an eurer Düse. Daher gibt es auch vernickelte oder verchromte Stahldüsen. Diese sind etwas teurer, verhindern jedoch die Korrosion. Ich selbst nutze nur gehärtet Stahldüsen und habe bis heute noch keinerlei Korrosionsprobleme bemerkt. Diese Beschichtungen sind meiner Meinung nur etwas fürs Gewissen.

Für weitere Düsenvarianten, wie z.B. Diamanteinsätze in der Düsenspitze, bemüht mal euren Youtube Algorithmus. Hierzu gibt es zahlreiche Testvideos, in denen die Unterschiede schön dargestellt werden. Vielleicht benötigt der ein oder andere für einen Spezialdruck solch eine Variante einer Düse.

Viel Spaß beim experimentieren!