Alles über Düsen / Nozzles für den FDM Druck

Die Düsen eines FDM 3D Druckers sind wichtiger, als die Meisten vermuten mögen. Es gibt nicht nur verschiedene Durchmesser, sondern auch verschiedene Materialien. All dies und die Fertigungsqualität haben einen großen Einfluss auf die Druckqualität.

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Billige Düsen vs. Teure

Billige Düsen müssen nicht immer schlecht sein, denn oft liegt es an einem billigeren Material, dass sich leichter bearbeiten lässt (und dadurch auch eine geringere Haltbarkeit haut). Teure Düsen haben oft eine spezielle Beschichtung, die bei falscher Nutzung schnell abgenutzt wird und somit der Preis nicht gerechtfertigt zu sein scheint, daher ist es wichtig, die richtige Düse, für das richtige Filament wie ich es hier zusammengefasst habe.

Form von Düsen

E3DV6

ASDASD

MK10 

SAD

Düsendurchmesser

Standardmäßig werden der Großteil der Drucker mit 0,4mm Düsen ausgestattet, da es sich hierbei um den besten Kompromiss zwischen Qualität und Druck-Geschwindigkeit handelt. Je kleiner die Düse, umso feinere Details können gedruckt werden, es dauert aber extrem lang größere Bauteile anzufertigen. Man muss auch beachten, dass man bei kleineren Düsendurchmessern auch mehr Infill drucken muss um eine Deckschicht zu erhalten, was die Druckzeit nochmals erhöht.
Wichtig ist auch zu beachten, dass man die maximale Stabilität bei etwa 40% Schichthöhe zu Düsendurchmesser druckt. Darüber leidet die Stabilität und Qualität deutlich und effektiv wird die Druckgeschwindigkeit nicht erhöht, da man bei so hohen Schichthöhen wiederum langsamer drucken muss.
Ein großer Vorteil von großen Düsen ist, dass Überhänge und Brückungen viel schöner werden.

Verschiedene Materialien von Düsen / Nozzles

Düsen werden aus unterschiedlichen Materialien gefertigt, da diese für verschiedene Einsatzbereiche gedacht werden. Die unterschiedlichen Düsen sind unterschiedlich hart, haben unterschiedliche Wärmeleitkoeffizienten und sind unterschiedlich aufwendig zu fertigen. Dies ist der Grund warum manche Düsen deutlichteurer sind, das heißt aber nicht, das man mit einer teuren Düse eine bessere Druckqualität erzielen kann.

Messing 

sehr günstig - günstig Standard Filament < 300 °C Ø > 0,1mm
Bei Messing Düsen handelt es sich um die "Standard" Düse, vor allem bei preiswerten Druckern. Die Düse ist billig, da sie so am einfachsten gefertigt werden kann, dennoch eine gute Haltbarkeit und Genauigkeit aufweisen.

Plated Copper / Vernickelte Bronze Düse

Günstig Abressive Filament < 500 °C Ø > 0,1mm
Die preisleistungs beste Düse mit der besten Wärmeleitfähigkeit und dennoch sehr stabil.

Edelstahl 

Normal Abressive Filament < 400 °C Ø > 0,2mm  
Edelstahldüsen haben eine noch höhere Festigkeit als Messingdüsen, jedoch auch eine deutlich geringere Wärmeleitfähigkeit. Edelstahldüsen sind ideal um Lebensmittelverträgliche Kunststoffe zu verarbeiten, da Edelstahl als einzige Düse auch ohne Zertifikat für Lebensmittelverträgliche Produkte zugelassen ist, natürlich nur, wenn diese auch von allen Produktionsrückständen befreit wurde und noch keine anderen Filamente damit verarbeitet wurden. Edelstahldüsen lassen sich sehr gut reinigen. Durch ihre deutlich schlechtere Wärmeleitfähigkeit muss die Düsentemperatur etwas (~10 °C) höher gestellt werden und die Druckgeschwindigkeit vor allem bei kleinen Düsendurchmesser deutlich reduzieren. 
Mit der Düse lassen sich bedenkenlos abresive Materialien verarbeiten. 

Gehärtete Stahldüse

Normal-Teuer Abressive Filament < 500 °C  Ø > 0,25mm  
Eine gehärtete Stahldüse wird für abriebintensive Filamente benötigt, können aber auch mit "normalen" Filamenten genutzt werden. Durch die geringe Wärmeleitfähigkeit wird empfohlen die Hotendtemperatur um etwa 10 °C zu erhöhen, damit das Filament die richtige Temperatur beim verlassen der Düse hat. Bei richtigen Einstellungen erziele ich gleiche Druckergebnisse, wie mit Messing, oder Kupfer Düsen, jedoch nutzt sich diese Düse bei "normalen" Filament nicht ab und ist auch etwas stabiler und dadurch sehr langlebig und der teurere Preis ist meines Erachtens gerechtfertigt.

Düse mit Rubin Spitze

Teuer-Sehr Teuer Abressive Filament und hohe Temperaturen < 500 °C Ø > 0,4mm  
Nein, eine Rubindüse ist nicht komplett aus einem Rubin gefertigt, es ist lediglich das Ende der Düse mit einem Rubinplättchen versehen. Rubin ist ein sehr hartes Material, das somit ideal für abriebintensiven  (Carbon, Glitzer,..) Filamenten geeignet ist.
Für den Druck von "normalen" Filament ergeben sich leider Nachteile, da der Rubin eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit hat kühlt das austretende Filament oft zu schnell ab und es wird kein saubere Oberfläche erzeugt.




Carbite düse

Vanadiumstahl Düse


Düse mit Diamant Spitze

Diamant ist das härteste Material und nun gibt es endlich aus Düsen aus diesem Material.

Bi-Metall Düsen 

Kupfer und Vanadiumstahl

Volcano / Supervolcano

Bei der E3D Volkano Reihe handelt es sich um Düsen mit größerem Schmelzbereich, sprich man benötigt auch einen speziellen Heizblock. Die Idee dahinter ist ganz simpel, einfach den Schmelzbereich vergrößern, damit das Filament mehr Zeit hat zu schmelzen, bevor es geschmolzen aus der Düse gedrückt wird. Dies funktioniert auch sehr gut und so konnten man die schnelle Rechenleistung der damals neuen 32-Bit boards endlich ausreizen. Leider haben diese Düsen auch einen Nachteil, ist das Filament feucht, so macht es viel größere Probleme, weil es in dem langen Schmelzbereich genug Zeit hat zu verdampfen und für ungewünschtes Ozen zu sorgen. Ein weiterer Nachteil ist der, das das FIlament außen schön schmilzt, aber in der Mitte immer noch deutlich kühler ist, da der Kunststoff eine sehr stark isolierende Wirkung hat. Daher schaffte die nächste Weiterentwicklung eine höhere Schmelzleistung bei der Standard Düsenlänge, die Matchless oder CHT Düse.

Matchless / CHT (3 Bohrungen) vs. Standard ( 1 Bohrung)

3D Solex patentierte die Matchless Düsen im Jahr,... patentiert
Bei CHT handelt es sich um eine von Bondtech patentierte Nozzle Design, bei dem