Additive Fertigung

Diamantdüse setzt neuen Meilenstein in der additiven Fertigung
3D-Drucker-Düse DIANOZ

Additive Manufacturing gewinnt zunehmend an Bedeutung im industriellen Umfeld. Aus Bereichen wie dem Prototypenbau, der Luft- und Raumfahrt oder der Medizintechnik ist das verhältnismäßig junge Fertigungsverfahren schon jetzt nicht mehr wegzudenken. Mit dem 3D-Druck eröffnen sich neue Möglichkeiten: Mehr Freiheit bei der Konstruktion, schnellere Produktentwicklung und einfachere Herstellung von individuellen Einzelteilen sind nur ein kleiner Auszug aller Vorzüge der additiven Fertigung.

DIANOZ-Düsen im Onlineshop

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Diamant beendet Düsenverschleiß

Die verbreitetste 3D-Druck-Technologie ist das Schmelzschichtverfahren oder auch Fused Deposition Modeling, kurz FDM, genannt. Dabei wird aufgeschmolzenes Material über eine Düse schichtweise auf eine Druckplatte aufgetragen. Die Druckerdüse fungiert dabei als Werkzeug des Druckers und zählt zu den verschleißanfälligsten Teilen des 3D-Druckers. Mit der diamantbestückten Druckerdüse DIANOZ von Gühring ändert sich das jetzt.

Als Schnittstelle zwischen Drucker und Bauteil trägt die Düse maßgeblich zur Druckqualität bei. Verschleiß und schlechte Wärmeleitfähigkeit beeinträchtigen den Druckprozess und das Druckergebnis. Deshalb hat Gühring in mehr als zwei Jahren Forschungs- und Entwicklungsarbeit eine neuartige Nozzle entwickelt: die diamantbestückte Druckerdüse DIANOZ.

Ihre Vorteile mit der DIANOZ-Düse

Als härtester natürlicher Stoff der Welt bietet Diamant den besten Verschleißschutz – so auch als Einsatz an der Düsenspitze. Gleichzeitig leitet er Wärme hervorragend, was für eine gleichmäßige Materialextrusion und ebenmäßige Oberflächen sorgt. Kein anderes Material kann diese beide Eigenschaften so gut vereinen, weshalb die DIANOZ-Düse mit einem synthetischen Diamant verstärkt ist. Diese künstlich hergestellten Diamanten, auch polykristalline Diamanten oder kurz PKD genannt, weisen die identischen chemischen und physikalischen Eigenschaften auf und stehen dem natürlichen Edelstein in puncto Härte und Wärmeleitfähigkeit in nichts nach.

grünes Piktrogramm, es kombiniert Symbole, die für Verschleißfestigkeit stehen

Ultraverschleißfest bei abrasiven Filamenten

problemloses Drucken von anspruchsvollen Materialien wie glas- oder kohlefaserverstärkte Kunststoffe sowie keramisch oder metallisch gefüllte Werkstoffe und Hochtemperatur-Filamente
große Bauteile und hohe Stückzahlen ohne Düsenwechsel im 24/7-Druckbetrieb möglich
eine Düse für alle Materialien – „always on nozzle“

grünes Piktogramm, mit Druckkopf und Düsen Symbol, was auf hochwertige Druckergebnisse hinweist

Qualitativ hochwertige Druckergebnisse

hohe Wärmeleitfähigkeit sorgt für gleichmäßigen Filamentfluss und glatte Oberflächen
reibungsoptimierter Filamentkanal unterstützt gleichmäßige Materialextrusion
Bügelfläche an der Düsenspitze glättet die Druck-Oberfläche

grünes Piktogramm, mit einem Druckkopf und Düsen Symbol, mit einem Zahnrad positioniert

Prozesssicherheit beim Drucken steigern

keine Druckunterbrechungen durch Düsenwechsel
gleichmäßige Schichtdicke ohne verschleißbedingtes Nachjustieren
zuverlässige Temperatureinstellung

grünes Piktogramm, mit einer Düse über einem Stern mit dem Euro Zeichen in der Mitte

Kosteneffizient drucken

seltener Düsen nachkaufen
reduzierter Personalaufwand für Wartung und Düsenwechsel
drucken mit niedrigeren Temperaturen senkt Energiekosten

DIANOZ: flexibel, präzise, langlebig
Die 3D-Druck-Nozzle mit dem schwarzen Diamant

Die neue 3D-Druck-Düse ist mit flexibel wählbarer Düsenform und einem umfassenden Angebot an gängigen Varianten verfügbar. Spezielle Formen sind auf Anfrage erhältlich. Die einzigartige Bügelfläche sorgt für eine glatte Bauteil-Oberfläche während des Drucks. Unser reibungsoptimierter Filamentkanal ist in den Durchmessergrößen 0,2 / 0,4 / 0,6 / 0,8 und 1 mm erhältlich. Das Herzstück dieser Düse besteht aus schwarzem Diamant, der Wärme optimal leitet und besten Schutz vor Verschleiß bietet. Der beschichtete Grundkörper schützt effektiv vor Abnutzung während des gesamten Druckprozesses.

3D-Drucker-Düsen

Die Unterschiede

Nozzles, wie die Düsen oftmals auch genannt werden, sind in der Regel aus Messing oder gehärtetem Stahl. Bei Rubindüsen bzw. Ruby Nozzles ist die Spitze mit Rubin (Korund) besetzt. Sie unterscheiden sich vor allem in ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber Verschleiß und der Wärmeleitfähigkeit. Welche 3D-Druck-Düse optimal passt, hängt vom verwendeten Filament und der Beanspruchung ab.


3D-Drucker-Düse	Messingdüse	Stahldüse	Rubindüse	Diamantdüse DIANOZ
Beschreibung	Vor allem für den Druck von weichen Kunststoffen wie PLA ist die Messingdüse beliebt.	Düsen aus Stahl oder gehärtetem Stahl halten Abnutzung länger stand als Messingdüsen, in puncto Wärmeleitfähigkeit sind sie ihnen unterlegen.	Mit Rubin besetzte Düsen schützen die Spitze vor Verschleiß. Allerdings haben die synthetischen Edelsteine wärmeisolierende Eigenschaften.	Diamanten zählen nicht nur zu den härtesten Stoffen der Welt, sondern haben auch hervorragende wärmeleitende Eigenschaften. Diese Kombination zeichnet die weltweit einzige zum Patent angemeldete Diamantdüse DIANOZ aus.
Wärmeleitfähigkeit	hoch	mäßig	niedrig	sehr hoch
Verschleißfestigkeit	niedrig – nicht für abrasive Materialien geeignet	mäßig	hoch	sehr hoch
Hitzebeständigkeit	gering (bis 300° C)	hoch (bis 500° C)	hoch (bis 550° C)	hoch (bis 550° C)

Sorgenfrei drucken

Bei der falschen Düse hilft auch der beste 3D-Drucker nicht

Unsaubere Oberflächen, falsche Druck-Temperatur, nachleveln – das sind gängige Probleme bei Druckerdüsen, die schnell verschleißen oder Wärme nicht gut leiten. Die Wahl der richtigen Düse ist daher entscheidend für einen reibungslosen Druckprozess und eine hohe Druckqualität.

Balkendiagramm, das die Härte verschiedener Materialien in Härtegraden vergleicht

Härte [H/V]
1 = Messing, 2 = Rubin (Korund), 3 = gehärteter Stahl, 4 = Diamant

Verschleißanfällige Düsen stören Druckprozess

Abgenutzte Düsenspitzen führen zu minderwertigen Druckergebnissen und unsauberen Oberflächen. Der Grund: Der Düsenabstand zum Druckbett verändert sich durch die Abnutzung der Düse, was nur durch zeitaufwendiges Nachjustieren ausgeglichen werden kann. Wird die verschlissene Düse komplett getauscht, muss der Prozess in vielen Fällen abgebrochen werden, da sich die Parameter nach dem Düsentausch geändert haben und damit auch die Qualität des Ergebnisses schwankt. Mit der DIANOZ haben Sie diese Problem nicht mehr: Die Diamant-Düse ist 3x härter als Rubin (Korund).

Balkendiagramm, das die Wärmeleitfähigkeit von verschiedenen Materialen darstellt

Wärmeleitfähigkeit [W/(m*K)]
1 = Messing, 2 = Rubin (Korund), 3 = gehärteter Stahl, 4 = Diamant

Wärmeisolierende Düsen mindern Prozesssicherheit

Druckerdüsen mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit haben oft den Nachteil, dass die eingestellte Temperatur von der tatsächlichen Temperatur an der Spitze abweicht. Dadurch entsteht ein ungleichmäßiger Filamentfluss, der wiederum zu unsauberen, rauen Oberflächen am Bauteil führt. Ein genaues, prozesssicheres Drucken ist mit solchen wärmeisolierenden Düsen kaum möglich. Ihre einzige Möglichkeit, um den isolierenden Effekt auszugleichen: Sie erhöhen die Drucktemperatur um bis zu 15°C – und steigern damit leider auch Ihren Energieverbrauch. Eine andere Möglichkeit: Sie setzen auf die DIANOZ, die vier mal wärmeleitfähiger ist als Messingdüsen.

3D-Druck

Eine Düse für abrasive Filamente und Hochtemperaturdruck

Heute gibt es bereits eine große Bandbreite an druckbaren Materialien. Welches Filament am besten geeignet ist, hängt vor allem von der Funktion und der Anwendung des Bauteils ab. Am häufigsten werden Kunststoffe gedruckt – ganz vorne mit dabei ist PLA, kurz für Polylactid. Dabei handelt es sich um einen biologisch abbaubaren Kunststoff, der aus nachwachsenden Rohstoffen wie Maisstärke oder Zuckerrohr besteht. PLA ist kostengünstig, einfach zu verarbeiten und gesundheitlich unbedenklich. Mit DIANOZ drucken Sie alles von PLA, Carbon Fibres und PEEK, bis hin zu metallisch und keramisch gefüllten Materialen.

große Spulen mit Filamenten in verschiedenen Farben

Bei professionellem 3D-Druck finden oft anspruchsvollere Werkstoffe Verwendung. Mit der DIANOZ-Düse lassen sich beispielsweise diese Materialien problemlos drucken:

ABS
ASA
CPE
glasfasergefüllte Filamente
HDPE
HIPS
keramisch gefüllte Filamente
kohlefasergefüllte Filamente
LDPE
metallgefüllte Filamente
PA
PBT
PC
PC-ABS
PCL
PCTG
PEEK
PEI
PET-G
PLA
PMMA
POM
PP
PPSU
PS
PVA
PVDF
TPE

Düsendurchmesser und Layerhöhe

Druckerdüsen gibt es mit unterschiedlichen Durchmessern. Der Düsendurchmesser wirkt sich sowohl auf die Oberflächenqualität als auch auf die Druckgeschwindigkeit aus. Bei kleinen Durchmessern wird weniger Material extrudiert, wodurch sich feinere Strukturen drucken lassen. Sie eignen sich daher vor allem für filigrane, detaillreiche Druckobjekte. Steht die Druckgeschwindigkeit im Vordergrund und die Bauteilqualität ist zweitrangig, eignen sich größere Düsendurchmesser besser.

Der Düsendurchmesser limitiert außerdem die minimale und maximale Schichthöhe. Bei einer gängigen 0,4 mm Düse liegt die empfohlene minimale Schichthöhe bei 0,1 mm und die maximale bei 0,3 mm. Folgende Faustformel hilft bei der Ermittlung der richtigen Layerhöhe:

Minimale Schichthöhe = 0,25 * Düsendurchmesser
Maximale Schichthöhe = 0,75 * Düsendurchmesser

Welche Düsengröße eignet sich wofür?

Die Düsenöffnung wird auch Austrittsdurchmesser oder Kapillare genannt, üblich sind die folgenden Durchmesser:

Ø 0,2 mm für detailreiche, besonders fein aufgelöste Drucke
Ø 0,4 mm für alle gängigen Drucke, guter Kompromiss aus Detailtreue und Druckgeschwindigkeit
Ø 0,6 mm für einen höheren Druckdurchsatz und um das Risiko einer Düsenverstopfung bei kurzfaserhaltigen Filamenten zu reduzieren
Ø 0,8 mm für höchsten Materialdurchsatz, besonders für gröbere und entsprechend schnellere Drucke

Warum ist es nicht möglich, die Schichthöhe gleich dem Düsendurchmesser zu wählen?

Um eine zuverlässige Schichthaftung zu gewährleisten, muss das extrudierte Filament – im Querschnitt betrachtet – als ovaler Strang ausgetragen werden. Entspricht der Düsendurchmesser der Schichthöhe ist das nicht gewährleistet und die einzelnen Layer haften nicht optimal aufeinander.

Was ist beim Düsendurchmesser noch zu beachten?

Je größer der Düsendurchmesser, desto höher sind auch die Durchflussraten. Entsprechend muss mehr Filament in kürzerer Zeit aufgeschmolzen werden und das ist nur mit einem entsprechend leistungsstärkeren Heizblock bzw. Hot End möglich.

Welcher Düsendurchmesser eignet sich wofür?

Die Größe des Austrittsdurchmessers ist abhängig von den Oberflächenanforderungen und der gewünschten Druckzeit. Für den täglichen Druckeinsatz mit unterschiedlichen Filamenten sind Ø 0,4 mm Düsen gängig. Sobald mit kurzfaserhaltigen Filamenten gearbeitet wird, empfiehlt sich der Umstieg auf Düsen mit Ø ≥ 0,6 mm.

Warum verstopft die Düse eines 3D-Druckers?

Die Kurzfaseranteile in machen Filamenten sind zufällig im Filamentstrang verteilt. Dadurch kann es passieren, dass sich lokale Faseranhäufungen im konischen Austrittsbereich der Düse ansammeln und diese verstopfen. Auch die Wahl der falschen Druckparameter, Materialaufkohlungen oder Rückstände von zuvor gedruckten höherschmelzenden Filamenten sind mögliche Ursachen für eine Verstopfung der Nozzle.

Welche Materialien können im FDM-Verfahren gedruckt werden?

Es lassen sich alle amorphen und teilkristallinen thermoplastischen Kunststoffe verarbeiten. Dabei sind auch Beimischungen von Holzfasern, Glasfasern, Keramikverbunden oder metallischen Anteilen möglich.

Was sind abrasive Materialien bzw. abrasive Filamente?

Abrasive Materialien weisen eine vergleichsweise hohe schleifende Wirkung auf und beanspruchen die Druckerdüse stark. Sie bestehen in der Regel aus einem Basis-Filament, das mit zusätzlichen Partikeln oder Fasern angereichert ist. Glas-, keramik- und metallgefüllte sowie kohlefaserverstärkte thermoplastische Kunststoffe zählen beispielsweise zu den abrasiven Filamenten. Auch Hochtemperaturfilamente können dieser Kategorie zugeordnet werden.

Das Schmelzschichtverfahren

Was sich hinter FDM, FFF, FLM und MEX verbirgt

Das am meisten verbreitete 3D-Druckverfahren ist das Schmelzschichtverfahren. Dabei wird ähnlich wie bei einer Heißklebepistole Material erhitzt und in geschmolzener Form wieder ausgegeben. Beim Schmelzschichtverfahren ist das Druck-Material typischerweise drahtförmig und auf einer Spule aufgewickelt. Dieses sogenannte Filament wird im Hotend-System des Druckers aufgeschmolzen und auf einer ebenen Fläche, dem Druckbett, aufgetragen. Schicht für Schicht – auch Layer genannt – entsteht so ein dreidimensionales Druck-Objekt. Weist ein Bauteil Überhänge auf, werden zusätzliche Stützstrukturen gedruckt, die das Bauteil während des Druckprozesses stabilisieren und abschließend wieder entfernt werden.

FDM-3D-Drucker, der auf blauem Druckbett ein weißes Zahnrad druckt

Das Extrusionsverfahren hat in der 3D-Druck-Welt viele verschiedene Namen. Hier sind die gängigsten Abkürzungen und ihre Bedeutung:

FDM = Fused Deposition Modeling
FFF = Fused Filament Fabrication
FLM = Fused Layer Modeling
MEX = Materialextrusion

Gühring goes additive
Vom Diamant-Werkzeug zur Diamant-Düse

Spätestens seit der Erfindung der modernen Werkzeugbeschichtung ist die branchenverändernde Pionierarbeit von Gühring unumstritten: Im Jahr 1981 entwickelt Gühring den ersten TiN-beschichteten Spiralbohrer – ein Meilenstein für die Zerspanungstechnologie. Die veredelten Werkzeuge reduzieren die Fertigungskosten drastisch und werden zum Benchmark der gesamten Branche.

Auch die Konstruktion und Fertigung von kundenindividuellen diamantbestückten Werkzeugen zählt seit über 40 Jahren zu den Kernkompetenzen des schwäbischen Unternehmens. PKD-Werkzeuge – kurz für polykristalliner Diamant – sind aus vielen Branchen wie dem Automotive-Bereich nicht mehr wegzudenken: hochpräzise Bearbeitungen, reproduzierbare Prozesse und langlebige Werkzeuge sind hier essenziell. Mit DIANOZ hält der Diamant nun auch Einzug in die Welt der additiven Fertigung und setzt damit einen neuen Meilenstein in der FFF-Technologie.

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