Filament Durchmesser – Worauf kommt es an?

Filamente für 3D-Drucker sind nichts anderes als aus Granulat gezogene Kunststoffe in Fadenform, welche auf einfache Rollen gewickelt sind. Als Maß für eine Rolle wird das Gewicht des Materials angegeben (üblicherweise ohne das Rollengewicht selbst). Allerdings sind die Rollengewichte nicht ausschlaggebend für den Kauf von passendem 3D-Druck-Filament, sondern der Durchmesser des darauf aufgewickelten Filaments. Die mit Abstand gängigsten Filament Durchmesser sind 1,75 mm und 3 mm (heutzutage ist letzteres effektiv nur noch 2,85 mm, „echte“ 3 mm-Filamente sind fast nicht mehr verfügbar). Für kleine bis mittlere 3D-Drucker werden fast ausschließlich Filamente mit einem Durchmesser von 1,75 mm verwendet, größere und schnellere Drucker arbeiten hingegen oftmals mit Filamenten mit 3 mm Durchmesser, da sich damit in derselben Zeit und mit passenden Hotends mehr Material drucken lässt. Diese benötigen dann für schnellen Druck allerdings auch eine Düse mit größerem Durchmesser als den üblichen 0.4mm (1 mm oder darüber ist für große Delta-Drucker keine Seltenheit) und eine hohe Temperatur, damit der Kunststoff auch schnell genug flüssig wird. Der Vorteil des dünneren 1.75mm-Filaments ist hingegen, dass sich das Filament genauer „dosieren“ lässt und die Drucke somit präziser werden – und dass die 3D-Drucker damit kleiner gebaut werden können.

Die Qualität eines 3D-Druck-Objekts entscheidet sich demnach auch über den Durchmesser des verwendeten Filaments. Wird bei einer 3 mm Zuführung ein zu kleiner Durchmesser für die Spitze gewählt, hat das Material zu viel Spielraum und die Druckqualität des 3D-Objekts kann leiden. Der Durchmesser entscheidet also sowohl über Druckqualität wie auch Druckgeschwindigkeit.

Daten & Fakten für TPE

Flexibles Filament ist dick besser zu verarbeiten

Ein Sonderfall beim Durchmesser ist flexibles Filament (z.B. Ninjaflex/TPE/TPU). Denn da die Flexbilität bei dickem 3 mm Filament geringer ist als bei dünnem 1.75 mm Filament, lässt sich das dicke präziser und etwas schneller verarbeiten. Insbesondere in Bowden-Systemen, in denen zwischen Motor und Druck-Kopf ein Schlauch ist, in welchem das Filament während des Drucks gestaucht und in die Länge gezogen wird, ist dickeres Filament von Vorteil und erlaubt etwas schnelleren und präziseren Druck.

Wie weit verbreitet sind die einzelnen Durchmesser?

Die meisten 3D-Drucker- und Filament-Hersteller setzen auf 1.75 mm Filament, da diese wie oben erwähnt für Drucker in kleinerer Bauweise und hoher Präzision von Vorteil sind. Der am weitesten verbreitete Hersteller, der 3 mm Filament nutzt, ist Ultimaker, deren Drucker allerdings bekannt sind für hohe Geschwindigkeit und Präzision – allerdings auch zu einem stolzen Preis. Auch Großformat-Drucker, insbesondere große Delta-Drucker, setzen ebenfalls fast ausschließlich auf 3 mm Filament.

Für einige Drucker, die spezielle Hochtemperatur-Hotends mit riesigen Düsen (400°C mit 1 bis 5 mm Düsen-Durchmesser) haben, sind sogar besondere Filamente mit extradicken Durchmessern (z.B. 6 mm) verfügbar, beispielsweise für die 3D Workbench von 3D Platform. Diese sind allerdings schwer erhältlich außer vom Hersteller selbst.

Wie wichtig ist die Durchmesser-Varianz?

Ein Filament variiert normalerweise leicht in der Dicke, da beim Erzeugen aus der Filament-Extrusionsmaschine die Abkühldauer und Transportgeschwindigkeit hierfür ausschlaggebend sind, und diese nicht immer 100% konstant gehalten werden kann. Nicht unüblich sind 5% Varianz, bei 1,75mm-Filament heisst das +/- 0.0875mm (d.h. 1.66 bis 1.84mm effektiver Durchmesser), bei 2.85mm (=3mm) Filament +/- 0.1425mm (d.h. 2,71 bis 2,99mm). Wenn nicht in Prozent angegeben, sind bei 1.75mm Filament +/- 0.05mm und bei 2.85mm Filament +/- 0.1mm Varianz der Quasi-Standard für die qualitativ hochwertigeren Filamente. Wegen der Durchmesser-Varianz ist der Filament-Transportpfad im Drucker, d.h. Schläuche, Kanäle, und Bohrungen, übrlicherweise auf rund 2 mm für 1,75 mm Filament bzw. 3mm für 2.85mm Filament ausgelegt. Spiel im Filamentpfad soll wenn möglich im Sinne der Präzision vermieden werden, aber dass das Filament verklemmt, sobald es mal etwas dicker wird, ist natürlich ebenfalls unerwünscht.

Minderwertiges Filament ist gerne Ausschlussware, die durch die Qualitätsprüfung gefallen ist, d.h. es hat oftmals eine sehr starke Durchmesser-Varianz. Durchmesser-Messungen von Anwendern zeigen manchmal bis zu 0.3 mm mehr, was in vielen Druckern zu Verstopfung führt.

Einige Qualitäts-Filament-Hersteller, z.B. Prusa, werben hingegen mit der extrem niedrigen Durchmesser-Varianz ihres Filaments (bei Prusa nur 0.02mm), die präzisere Drucke ermöglicht. Denn wenn der Drucker 5% mehr oder weniger extrudiert als vorgesehen, kann die Qualität durchaus darunter leiden.