Unterextrusion beim 3D-Druck: Ursachen und Lösungen

Wenn Sie schon eine Weile in 3D drucken, ist Ihnen sicher schon ein Bauteil begegnet, das Lücken, schwache Wände oder unvollständige Schichten aufweist.

Oft denken wir, das Problem liege am Modell oder an den Slicer-Einstellungen, doch in Wirklichkeit steckt meist etwas Grundlegenderes dahinter: Der Drucker extrudiert nicht genug Material.

Dieses Problem nennt man Unterextrusion, und es gehört zu den häufigsten Problemen im FDM-3D-Druck.

Tritt es auf, trägt der Drucker weniger Kunststoff auf als vorgesehen, und das Ergebnis sind Teile mit:

• Lücken zwischen den Linien,
• unvollständigen Wänden,
• schwachen Schichten,
• unregelmäßigen Oberflächen.

Um zu verstehen, warum dieses 3D-Druckproblem auftritt, muss man zunächst verstehen, wie die Extrusion in einem 3D-Drucker tatsächlich funktioniert.

Der grundlegende Ablauf besteht darin:

• Thermoplast in Filamentform in den Drucker einzuführen,
• der Extruder fördert das Material zum Hotend,
• das Hotend erhitzt das Filament bis zum Schmelzpunkt,
• das geschmolzene Material tritt aus der Düse aus und wird Schicht für Schicht auf dem Druckbett abgelegt.

Hier nun drei Bauteile, die Sie genau kennen sollten.

1. Extruder: der Motor, der das Filament zum Hotend fördert. Seine Aufgabe ist es, den zugeführten Materialfluss zu steuern.
2. Hotend (Schmelzeinheit): das Element, das das Material bis zum Schmelzen erhitzt. Dazu gehören: Heizblock, Heizpatrone, Thermistor, Kühlkörper.
3. Düse (Nozzle): der Endpunkt des Systems, an dem das geschmolzene Material austritt. Ihr Durchmesser bestimmt: Linienbreite, Druckauflösung, Druckgeschwindigkeit.

Was Unterextrusion beim 3D-Druck ist

Unterextrusion tritt auf, wenn der Drucker während des Drucks weniger Filament ausbringt als nötig. Das führt zu sichtbaren Defekten am Bauteil, etwa: Lücken zwischen den Schichten, unvollständige Wände, schwache Oberflächen, Schichten, die nicht richtig haften.

In schweren Fällen kann der Drucker die Extrusion mitten im Druck ganz einstellen.

Woran erkennen wir ein Extrusionsproblem?

1. Lücken zwischen den Drucklinien: Die Wände verbinden sich nicht vollständig und zwischen den Perimetern entstehen kleine Zwischenräume.
2. Schwache oder unvollständige Schichten: Die oberen Schichten können Löcher oder unregelmäßige Oberflächen aufweisen.
3. Ungleichmäßige Extrusion: Der Drucker wechselt zwischen korrekten Bereichen und Stellen, an denen Material fehlt.
4. Ein „Klick“-Geräusch am Extruder: Der Extruder versucht, das Filament zu fördern, stößt aber auf Widerstand.

Die häufigsten Ursachen für Unterextrusion

Verstopfte Düse: Einer der häufigsten Gründe ist eine Verstopfung der Düse durch Materialreste oder Verunreinigungen. Dadurch verringert sich der Fluss des geschmolzenen Kunststoffs.

Zu hohe Druckgeschwindigkeit: Druckt der Drucker zu schnell, bleibt dem Hotend möglicherweise nicht genug Zeit, das Material zu schmelzen und auszubringen.

Probleme mit dem Bowden-System oder der Filamentzufuhr: Bei Druckern mit Bowden-System kann das Filament im Schlauch auf Widerstand stoßen, wenn dieser:

• beschädigt ist,
• zu viel Reibung aufweist,
• geknickt ist.

Zu niedrige Drucktemperatur: Ist die Düsentemperatur zu gering, schmilzt das Material nicht richtig und der Extruder hat Mühe, es zu fördern. Das führt in der Regel zu:

• ungleichmäßiger Extrusion,
• schwachen Schichten,
• Lücken in den Wänden.

Feuchtes oder minderwertiges Filament: Filament kann Feuchtigkeit aus der Umgebung aufnehmen, was zu ungleichmäßiger Extrusion führt. Das kann auch vorkommen, wenn das Filament folgende Mängel hat: ungleichmäßiger Durchmesser, Verunreinigungen, schlechte Fertigung.

So beheben Sie Unterextrusion

1. Reinigen Sie die Düse oder machen Sie sie frei: Dafür empfehlen sich eine Reinigungsnadel, Reinigungsfilament und eine Reinigung des Hotends.
2. Verringern Sie die Druckgeschwindigkeit um 10 bis 20 mm/s; das verbessert meist die Stabilität der Extrusion
3. Erhöhen Sie die Drucktemperatur um 5 bis 10 °C, was den Materialfluss erleichtern kann.
4. Passen Sie den Flussparameter (Flow Rate) an: Ist der Flussparameter zu niedrig, trägt der Drucker weniger Material auf als nötig. In manchen Fällen behebt eine Erhöhung des Flusses um 3 % bis 5 % das Problem.
5. Überprüfen Sie das Extrusionssystem; kontrollieren Sie:

• • das Extruderrad,
  • die Federspannung,
  • den Zustand des Bowden-Schlauchs,
  • die korrekte Filamentzufuhr.

So beugen Sie Unterextrusion vor

Um Extrusionsprobleme bei künftigen Drucken zu vermeiden, empfehlen wir Folgendes.

1. Reinigen Sie das Hotend regelmäßig.
2. Verwenden Sie hochwertiges Filament, etwa das Material von Winkle.
3. Halten Sie das Filament trocken.
4. Überprüfen Sie den Extruder und das Bowden-System.
5. Drucken Sie in geeigneten Temperaturbereichen.

Materialien, die sich im 3D-Druck extrudieren lassen

Im FDM-3D-Druck lassen sich Materialien verschiedener Leistungsklassen verwenden:

1. Standardpolymere: PLA oder ABS.
2. Technische Polymere bzw. Konstruktionswerkstoffe: PET, ASA, PC, POM.
3. Hochleistungspolymere: PEEK, PEI (ULTEM), PIK.

Diese Materialien unterscheiden sich vor allem in: Wärmebeständigkeit, mechanischer Festigkeit und industriellen Anwendungen.

Es gibt verschiedene Arten von Druckproblemen; die wichtigsten haben wir in einem praktischen Leitfaden mit Lösungen zusammengefasst: häufige Probleme beim 3D-Druck und wie Sie sie beheben.