{"id":52778,"date":"2024-01-10T00:01:29","date_gmt":"2024-01-09T23:01:29","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=52778"},"modified":"2024-01-05T10:09:41","modified_gmt":"2024-01-05T09:09:41","slug":"multi-material-druck-leitfaden-100120241","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/multi-material-druck-leitfaden-100120241\/","title":{"rendered":"Multi-Material 3D-Druck, was ist das und was m\u00fcssen Sie dar\u00fcber wissen?"},"content":{"rendered":"

Multi-Material-3D-Druck ist, wie der Name bereits impliziert, der 3D-Druck<\/a> von mehreren Materialien in einem durchg\u00e4ngigen Druckprozess. Er ist nicht gleichzusetzen mit dem Mehrfarbendruck, wo ein Material in mehreren Farbvariationen verarbeitet wird. Zwar kann beim Multi-Material-Druck das Ergebnis optisch so ausfallen, dass es mehrere Farben enth\u00e4lt, grunds\u00e4tzlich wird beim Druck mit mehreren Materialien aber eine Kombination aus deren Eigenschaften angestrebt. Verschiedene Materialien haben verschiedene Eigenschaften, sie sind etwa leitend, hart, weich, transparent, chemisch best\u00e4ndig usw. und eignen sich daher besonders f\u00fcr gezielte Anwendungen. In manchen F\u00e4llen ist es aber n\u00f6tig, die Charakteristika von unterschiedlichen Stoffen in einem Objekt zu kombinieren, um es in seiner Anwendung voll auszusch\u00f6pfen. Der Multi-Material-Druck ist insbesondere dann n\u00fctzlich, wenn man zwei gegenseitige Material-Eigenschaften in einem Werkst\u00fcck vereinen m\u00f6chten, sodass dieses zum Beispiel teilweise starr und flexibel ist. Au\u00dferdem erlaubt es der Multi-Material-Druck, St\u00fctzstrukturen in einem anderen Material zu drucken, das sich bei der Nachbearbeitung einfach entfernen l\u00e4sst. Beispiele daf\u00fcr sind etwa PVA und HIPS<\/a>. In Bezug auf die Nachbearbeitung kann der Multi-Material-3D-Druck diese stark verringern, denn Endteile aus mehreren Materialien k\u00f6nnen in einem Rutsch gefertigt werden, was eine Montage von einzelnen, separat gedruckten Teilen \u00fcberfl\u00fcssig macht.<\/p>\n

F\u00fcr einen effizienten Multi-Material-3D-Druck kommt es auf die verwendete Technologie und Hardware an. Obwohl auf dem Gebiet des 3D-Drucks mit mehreren Materialien viel experimentiert wird und st\u00e4ndig Fortschritte erzielt werden, eignet sich nicht jedes Verfahren f\u00fcr den gleichzeitigen Druck mehrerer Werkstoffe. Derzeit gelingt der Multi-Material-Druck mit SLA<\/a>, indem beispielsweise mehrere Bottiche mit verschiedenen Materialien verwendet werden, aber auch mit Material Jetting<\/a>. Dabei k\u00f6nnen die Druckk\u00f6pfe mit mehreren D\u00fcsen ausgestattet sein, die verschiedene Materialien austropfen. Quantica erzielte letztlich mit seiner NovoJet-Technologie<\/a> entscheidende Erfolge in dieser Hinsicht. FDM ist allerdings derzeit die produktivste und am weitesten fortgeschrittene L\u00f6sung f\u00fcr den Multi-Material-Druck und l\u00e4sst die anderen Technologien in seinen M\u00f6glichkeiten zur\u00fcck. FDM<\/a> ist im Vergleich zu anderen Druckverfahren kosteng\u00fcnstig, einfach und erlaubt das Verarbeiten von verschiedenen thermoplastischen Polymeren und Verbundwerkstoffen. Bereits jetzt erm\u00f6glicht ein FDM-Drucker abh\u00e4ngig von seiner Konfiguration das Drucken von verschiedenen Materialien. Je nach Hardware-Ausf\u00fchrung gibt es allerdings einiges zu beachten, worauf wir im Folgenden eingehen werden. Dieser Leitfaden konzentriert sich daher auf den Multi-Material-Druck im FDM-Verfahren.<\/strong><\/p>\n

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Obwohl der Multi-Material-Druck mit verschiedenen Technologien m\u00f6glich ist, ist er mit FDM-Verfahren am weitesten fortgeschritten. (Bild: Druck mit Novojet-Technologie von Quantica \/ Quantica)<\/p><\/div>\n

Multi-Material-Druck-Prozess<\/strong><\/h3>\n

Wie jeder Druckprozess beginnt auch der Multi-Material-Druck zun\u00e4chst beim Design. Heutzutage unterst\u00fctzen die meisten g\u00e4ngigen CAD-Programme<\/a> die Beschriftung der Teile mit verschiedenen Materialien oder die Zuweisung der Geometrien zu verschiedenen Materialien. F\u00fcr einen erfolgreichen Druck mit mehreren Materialien kommt es anschlie\u00dfend darauf an, die richtigen Slicer-Parameter zu setzen, denn der Drucker muss wissen, wann welches Material an die Reihe kommt. Mitunter m\u00fcssen entsprechende Anweisungen in den G-Code<\/a> integriert werden. Die genauen Einstellungen sind aber abh\u00e4ngig davon, welche Drucker-Konfiguration f\u00fcr den Druck verwendet wird; ob es sich um einen Drucker mit einer D\u00fcse handelt, ob mehrere D\u00fcsen vorhanden sind, oder ein Add-On. Sehen wir uns nun die M\u00f6glichkeiten genauer an!<\/p>

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Single Druckkopf<\/strong><\/h4>\n

Es ist durchaus m\u00f6glich, mit einem Standard-FDM-Drucker<\/a> einen Multi-Material-Druck umzusetzen. Wenn der Drucker \u00fcber einen Extruder mit nur einem Hotend und einer D\u00fcse verf\u00fcgt, m\u00fcssen dann allerdings manuelle Materialwechsel vorgenommen werden. Dazu ist es n\u00f6tig, dass der Drucker den Druck unterbricht, sobald ein neues Material an die Reihe kommt. Entsprechende Pausen k\u00f6nnen bereits in den G-Code eingebettet werden. Je nach Slicer<\/a>, kann dieser Schritt sehr einfach oder recht kompliziert ausfallen. Generell ist der Druck mit mehreren Materialien an einem Standard-Drucker sehr Zeit- und Arbeits-intensiv, auch wenn es sich um kleine Teile handelt. Das Verfahren erschwert sich, wenn pro Schicht mehrere Materialien verwendet werden und sich die Materialien nicht Schicht f\u00fcr Schicht abwechseln.<\/p>\n

\"Mulit-Material-Druck

Bereits im Design-Prozess und beim Slicen m\u00fcssen die verschiedenen Materialien mitbedacht werden. (Bild: UltiMaker)<\/p><\/div>\n

Neben dem manuellen Filamentechsel gibt es bereits Drucker, die den Druck mit mehreren Filamenten vorsehen. Ein Beispiel, das vor allem im Mehrfarben-Druck Anwendung findet, ist ein Mixing Hotend<\/em>. Will man dieses System f\u00fcr den Druck mit mehreren Materialien verwenden, m\u00fcssen die jeweiligen Drucktemperaturen allerdings sehr nahe beieinanderliegen \u2013 im Opitmalfall ident sein \u2013 damit es nicht zu Druckfehlern kommt. Wer einen Drucker mit Bowden-Extruder<\/a> verwendet, kann auf einen klassischen Y-Splitter setzen, um zwei verschiedene Materialien zu kombinieren. Durch das Bowden-System, werden die Materialien abwechselnd verwendet und extrudiert, sind aber st\u00e4ndig \u201eparat\u201c, sodass sich die namensgebende Y-Form bildet. Dies Herangehensweise wird auch f\u00fcr den Zweifarben-Druck verwendet und kann f\u00fcr mehrere Extruder auf einen Dual Y-Splitter ausgeweitet werden.<\/p>\n

Neben diesen Hardware-Eigenschaften hat man auch die M\u00f6glichkeit, seinen Drucker mit Add-Ons zu bereichern, um einen Druck mit mehreren Materialien umzusetzen. Prusa hat mit seinen Multi-Material-Upgrade-Kits<\/em> MMU1, MMU2 und dem neuesten MM3 Add-Ons geschaffen, die den Druck mit bis zu f\u00fcnf verschiedenen Filamenten erlauben. Das MMU wird einfach auf einen Ein-Material-Drucker aufgesetzt und mittels Bowden-Extrusions-System auf Splitter-Basis erfolgt der Druck mit mehreren Materialien.<\/p>\n

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Prusa3d bietet mit seinen Multi-Material-Upgrades (MMU) die M\u00f6glichkeit, mehrere Materialien zu drucken. (Bild: Prusa3d)<\/p><\/div>\n

Ein weiteres Add-On ist die Mosaic Palette.<\/em> Dieses Zusatzger\u00e4t f\u00fcr FDM-Drucker aller Art schneidet die Filamente passend zurecht und setzt sie zu einem einzelnen, pr\u00e4zisen Druckstrang wieder zusammen. Das Filament kann dann in einem Durchgang ohne Wechseln und Pausen gedruckt werden. Mittlerweile gibt es auch Anbieter, die ihre Drucker mit zus\u00e4tzlichen Systemen zum Mehrfarben- oder Multi-Material-Druck ausstatten. Bambu Lab<\/a> hat mit seinem AMS (Automated Material System) ein System erschaffen, das den Nutzer nicht mehr auf den Druck mit einem einzigen Filament beschr\u00e4nkt und vielseitige, \u00e4sthetische und funktionelle Drucke zul\u00e4sst.<\/p>\n

Wesentlich einfacher gelingen Multi-Material-Drucke, wenn in einem Druckkopf mehrere Hotends vorhanden sind. In diesem Fall gibt es f\u00fcr jedes Material eine entsprechende D\u00fcse, sodass keine Materialreste vom vorherigen Material die D\u00fcse verstopfen. Es gibt bereits Einzeldruckk\u00f6pfe mit zwei bis vier Hotends. Allerdings machen diese den Druckkopf schwerer und das beeintr\u00e4chtigt die Druckgeschwindigkeit.<\/p>\n

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Dieser Druckkopf verf\u00fcgt \u00fcber vier Filament-Zufuhren. (Bild: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences)<\/p><\/div>\n

Mehrere Druckk\u00f6pfe<\/strong><\/h4>\n

Erweitert man den Ansatz mehrerer D\u00fcsen f\u00fcr die Materialextrusion auf mehrere Druckk\u00f6pfe, kann die Material-Vielfalt zus\u00e4tzlich gesteigert werden. Dieser Ansatz liefert auch bessere Ergebnisse, da die unterschiedlichen Materialien nicht in einem Heizblock im Hotend zusammenkommen. Ein bekanntes Beispiel daf\u00fcr sind IDEX-Drucker<\/a> (Independent Dual Extruder), bei denen sich zwei K\u00f6pfe mit je einem Hotend unabh\u00e4ngig voneinander bewegen. Durch die separaten Wege der jeweiligen Filamente kommt es nicht zu Verstopfungen oder Blockierungen in der D\u00fcse und manche der h\u00e4ufigsten Fehler beim Multi-Material-Druck k\u00f6nnen bereits im Vorhinein ausgeschlossen werden. Allerdings kann ein IDEX-Drucker nur zwei Materialien gleichzeitig drucken. Oft sind diese das Basismaterial und das Supportmaterial.<\/p>\n

Ein Werkzeug, das die Grenzen des Dual-Extruders angeht, ist der Toolchanger<\/em>. Dieser Werkzeugwechsler kann im Betrieb selbst K\u00f6pfe wechseln. Dabei handelt es sich nicht nur um Druckk\u00f6pfe, sondern auch um solche, die schneiden, fr\u00e4sen und bohren k\u00f6nnen. Bei den Druckk\u00f6pfen ergibt sich so aber die M\u00f6glichkeit, mit mehreren Druckk\u00f6pfen verschiedenen Materialien zu drucken, \u00e4hnlich wie IDEX-Drucker.\u00a0<\/strong><\/p>\n

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IDEX-Drucker sind mit zwei unabh\u00e4ngigen Extrudern ausgestattet und k\u00f6nnen daher zwei Filament-Typen in einem Druck verarbeiten. (Bild: Raise3D)<\/p><\/div>\n

Anwendungen, Vorteile und Limits des Multi-Material-Drucks<\/h3>\n

Kernziel des Multi-Material-Drucks ist es, einem Endteil verschiede Eigenschaften zu geben. Diese k\u00f6nnen die Optik betreffen, die Materialeigenschaften oder die Beschaffenheit. Zum Beispiel kann ein Endst\u00fcck sowohl gl\u00e4nzende als auch Matte Teile aufweisen oder mit F\u00fcllmaterialien ausgestattet sein. Hinsichtlich seiner Materialeigenschaften, kann ein Multi-Material-Druck, sowohl hart, hitzebest\u00e4ndig, flexibel und vieles mehr sein, indem die verschiedenen Materialien, die diese Eigenschaften liefern, kombiniert werden. Auch die Oberfl\u00e4che kann gezielt geschaffen werden und sich neben der Haptik auch positiv auf das Post-Processing auswirken. Indem sich das Zusammenst\u00fcckeln einzelner Komponenten bei Multi-Material-Drucken er\u00fcbrigt, f\u00e4llt ein m\u00fchsamer Schritt der Nachbearbeitung sogar g\u00e4nzlich aus.<\/p>\n

Aufgrund der verschiedenen, kombinierten Materialeigenschaften erschlie\u00dfen sich auch diverse Anwendungsm\u00f6glichkeiten in den unterschiedlichsten Sparten. Multi-Material-Druck kommt so f\u00fcr Mikrofluidische Chips zum Einsatz oder f\u00fcr Greifer in der Robotik und Softrobotik<\/a>, wo flexible, weiche und harte, best\u00e4ndige Teile angestrebt werden. Aber auch in der Medizin kommt der Multi-Material-Druck immer h\u00e4ufiger zum Einsatz. F\u00fcr 3D-gedruckte Prothesen werden h\u00e4ufig Materialien wie TPU (weich) und Kohlefaserverbundstoffe (hart) kombiniert. Erfolg ist beim Multi-Material-Druck keine Garantie, denn es ist Vorsicht gefragt, um die angestrebten Resultate umzusetzen.<\/p>\n

\"Multi-Material-Druck\"

Mulit-Material-Drucke finden in vielen Bereichen Anwendung, wenn in einem Werkst\u00fcck unterschiedliche Eigenschaften gefragt sind, zum Beispiel hart und weich. (Bild: UltiMaker)<\/p><\/div>\n

Bereits beim Design des Druckobjekts stellt sich die Frage, wie die verschiedenen Materialien ineinandergreifen sollen, ob sie sich zum Beispiel \u00fcberlappen oder im Rei\u00dfverschluss-System ineinanderf\u00fcgen. Dabei ist es wichtig, sowohl eine formschl\u00fcssige Konstruktion zu erstellen als auch eine \u201estoffschl\u00fcssige\u201c. Manche Filamente<\/a> lassen sich aufgrund ihrer verschiedenen Eigenschaften n\u00e4mlich nicht gut kombinieren. Liegen etwa die Verarbeitungstemperaturen zu weit auseinander, wird es schwierig, sie miteinander zu verarbeiten. Auch wenn die Materialien \u00e4hnlich sind, haftet Gleiches besser auf Gleichem. Um die Haftung k\u00fcnstlich zu verbessern, kann man auf Interface Layers setzen und die Schichten besser miteinander verbinden.<\/p>\n

Aus den Materialeigenschaften ergeben sich auch die Druckeigenschaften. Unterschiedliche Materialien erfordern unterschiedliche Settings im Drucker in Bezug auf D\u00fcsentemperatur, Druckbetttemperatur, Geschwindigkeit und R\u00fcckzug. All diese Parameter m\u00fcssen beachtet werden, wenn man zwei oder mehrere Materialien kombinieren m\u00f6chte. In diesen Bestimmungen liegt auch die h\u00f6chste Fehlerquote und daher gilt es, abh\u00e4ngig von der verwendeten Hardware, einige Dinge im Hinterkopf zu behalten. Verwendet man etwa einen Single Extruder mit nur einem Hotend aus dessen D\u00fcse alle verwendeten Materialien extrudiert werden, ist es n\u00f6tig darauf zu achten, dass sich die Materialien dort nicht mischen. Ansonsten kann es zum R\u00fcckstau kommen und im schlimmsten Fall muss die D\u00fcse ausgewechselt werden. Das ist vor allem dann der Fall, wenn f\u00fcr den Druck un\u00fcbliche Materialien wie Holz<\/a> oder Metall verwendet werden. Verwendet man mehrere Extruder, kann das Nachtropfen aus der nicht ben\u00f6tigten D\u00fcse zum Problem werden, dieses Ph\u00e4nomen bezeichnet man auch als Oozing.<\/p>\n

Hersteller von Druckern f\u00fcr den Multi-Material-Druck<\/h3>\n

Es gibt mittlerweile eine gro\u00dfe Bandbreite an Druckern f\u00fcr den Multi-Material-Druck, darunter Desktop-L\u00f6sungen, Industrie-Systeme und diverse Add-Ons und Upgrades, wie oben ausgef\u00fchrt. Einer der ersten Multi-Material-Drucker war der Fab@Home, der 2006 auf den Markt kam. Auf der Maker-Ebene gl\u00e4nzen vor allem Prusa, Bambu Lab und Flashforge mit ihren L\u00f6sungen, aber auch Raise3D und UltiMaker<\/a>. Hervorzuheben sind darunter etwa der Flashforge Creator 4<\/a>, der Prusa XL mit seinen bis zu f\u00fcnf Materialien oder der E2 von Raise3D<\/a>. Industrielle L\u00f6sungen bieten\u00a0Modix mit dem Modix Big-120Z, 3DGence mit dem INDUSTRY F421 oder\u00a0 WASP mit dem Delta WASP 2040 Industrial X. Auch AIM3D<\/a> setzt auf Multi-Material-Druck auf Industrielevel und kombiniert in seinen Drucksystemen dazu sogar Pellets und Filamente. F\u00fcr welche L\u00f6sung man sich auch entscheidet, um einen erfolgreichen Multi-Material-Druck umzusetzen, ist eine vorherige Auseinandersetzung mit den Materialeigenschaften und den Druckereinstellungen unerl\u00e4sslich.<\/p>\n

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Das AMS von Bambu Lab erlaubt es, unterschiedliche Filamente f\u00fcr den Mehrfarben- oder Multi-Material-Druck zu verarbeiten. (Bild: Bambu Lab)<\/p><\/div>\n

Haben Sie bereits Erfahrungen mit dem Multi-Material-Druck gemacht? Lassen Sie uns gerne einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook<\/a>\u00a0oder\u00a0LinkedIN<\/a>\u00a0mit. M\u00f6chten Sie au\u00dferdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt f\u00fcr unseren\u00a0w\u00f6chentlichen Newsletter<\/a>.<\/p>\n

*Titelbildnachweis: Harvard<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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