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2026-02-15T14:08:33Z

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[[Datei:Rapid-dino.jpg|mini|300px|Kunststoffmodell eines Dinosauriers mit schichtweisem Auftrag und Stützstruktur]]
[[Datei:3D_Print_Timelapse_BambuLab_P1S.webm|mini|Das Video zeigt komprimiert auf 12 Sekunden das Drucken eines 3D-Modells im FDM-Verfahren]]
[[Datei:Stützmaterial entfernen.jpg|mini|Entfernen von Stützmaterial bei einem 3D-gedruckten Bleistiftständer]]
[[Datei:Prusa i3 3D Printer - Reprap - Completed.jpg|mini|[[Prusa i3]], ein einfacher FDM-Drucker]]
'''Fused Deposition Modeling''' ('''FDM''') ist das gebräuchlichste Fertigungsverfahren (sowohl für Privatanwender aber auch im industriellen Umfeld) aus dem Bereich der [[3D-Druck|additiven Fertigung]]. Beim FDM-Verfahren wird ein Werkstück schichtweise aus einem [[Schmelzen|schmelzfähigen]] [[Werkstoff]], i. d. R. einem [[Thermoplaste|thermoplastischen]] [[Kunststoff]], aufgebaut.

== Namensgebung ==
Der Ausdruck „Fused Deposition Modeling“ und seine Abkürzung ''FDM'' sind geschützte Marken der Firma [[Stratasys]]. Eine alternative Bezeichnung dieses Verfahrens lautet „Fused Filament Fabrication“ (''FFF'') und wurde von Mitgliedern des [[RepRap]]-Projektes geprägt, um einen markenrechtsfreien Wortgebrauch zu ermöglichen. Der [[Verein Deutscher Ingenieure|VDI]] hat das Verfahren im August 2019 mit VDI 3405<ref>[https://www.vdi.de/news/detail/vdi-richtlinienreihe-additive-manufacturing-um-materialextrusion-ergaenzt VDI-Richtlinienreihe „Additive Manufacturing“ um Materialextrusion ergänzt]</ref> (in abweichender Schreibweise von ''Modeling'' mit ''Doppel-L'') als „Fused Layer Modelling“ (''FLM'') festgelegt.

== Verfahren ==
[[Datei:3 3D printed 3DBenchy models with different faults.jpg|mini|Mehrere [[3DBenchy]] mit deutlich sichtbaren Schichtlinien sowie unterschiedlichen Druck-Defekten]]
Dieses Verfahren wurde durch S. Scott Crump (dem Gründer von Stratasys) in den späten 1980er Jahren entwickelt und ab den 1990er Jahren kommerziell angewendet. Es ist vergleichbar mit einer [[Computerized Numerical Control|CNC]]-gesteuerten [[Heißklebepistole]]. Der Begriff [[3D-Drucker]] wird hierbei oft synonym für FDM-3D-Drucker verwendet obwohl es auch andere Verfahren gibt. Beim FDM-Verfahren wird durch einen [[Extrusion (Fertigungstechnik)|Extruder]] ein Werkstoff durch eine beheizte [[Düse]] (Nozzle)<ref>[https://www.3djake.de/info/ratgeber/3d-drucker-nozzle-guide 3D Drucker Nozzle Guide - Alles, was du über 3D Druckerdüsen wissen solltest]</ref> geführt, aufgeschmolzen und auf eine Bauplattform bzw. eine bereits zuvor gedruckte Schicht aufgebracht und erstarrt dort wieder. Der Werkstoff wird hier meist als drahtförmiger Werkstoff ([[3D-Druck-Filament|Filament]]) mit einem Durchmesser von 1,75 mm zugeführt, es existieren aber auch Systeme, die direkt ein [[Kunststoffgranulat|Granulat]] verarbeiten.

Der 3D-Drucker trägt den Werkstoff in der Regel schichtweise (planar) auf und erzeugt ein für den FDM-Druck typisches, dreidimensionales Objekt mit einer Linienstruktur entsprechend der gewählten Schichtstärke.<ref>[https://www.iwu.fraunhofer.de/de/forschung/leistungsangebot/kompetenzen-von-a-bis-z/generative-fertigung/additive-fertigung-von-kunststoffbauteilen/Schmelzschichtverfahren.html Schmelzschichtverfahren FDM]</ref> Praktisch alle FDM-Drucker verarbeiten hierfür [[G-Code]], ein zur Steuerung von CNC-Anlagen übliches Klartextformat. Dieses wird mit Hilfe eines Programms, dem [[Slicer-Software|Slicer]], aus üblichen [[CAD]]-Datenformaten, wie [[STL (Dateiformat)|STL]]- oder OBJ-Daten, eines Werkstückes oder Modells erzeugt.

[[Datei:3D printing calibration build plate first layer gap.png|mini|Illustration der 3D-Druck-Kalibrierung der Bauplatte (rot) für die erste Schicht, Heatbreak (grau) mit Düse bzw. Nozzle (gelb) und Filament (blau)]]
Damit zuverlässig stabile Objekte aufgebaut werden können – und die Teile nicht während des Druckens verrutschen können – muss die erste vom Druckkopf aufgetragene Schicht eine gute Verbindung zur Bauplattform haben. Um die Haftwirkung zu erhöhen, wird deshalb die Bauplattform beheizt, dabei kommt einer gleichmäßigen Temperaturverteilung auch deshalb eine wichtige Rolle zu, damit sich keine Spannungen im Druckmaterial bilden und sich das Objekt nicht verzieht (warping).

Die Schichtstärke sowie Breite der Extrusion hängen hauptsächlich vom Durchmesser der Düse ab. Die Schichtstärke beträgt im Mittel etwa 50 % des Düsendurchmessers, die Breite liegt etwa 20 % über dem Düsendurchmesser.<ref name="filament2print">[https://filament2print.com/gb/blog/150_basic-laminating-parameters.html Basic parameters of lamination.]</ref> Die meisten 3D-Drucker sind mit einer 0,4-mm-Düse ausgestattet, damit ergibt sich eine Schichthöhe von 0,2 mm bei einer Breite von 0,48 mm.<ref name="filament2print" /><ref name="wevolver">[https://www.wevolver.com/article/nozzle-diameter-and-layer-height-explained Nozzle Diameter and Layer Height Explained]</ref> Um Wandstärken zu erreichen, die über der maximalen Breite der Extrusion liegen, müssen mehrere Extrusionen nebeneinander gesetzt werden (wall loops).

Es können Vollkörper und Hohlkörper gefertigt werden, in der Praxis wird bei Vollkörpern jedoch im inneren eine Stütz-Struktur (Sparse Infill) mit einer reduzierten Dichte (zum Beispiel 10 bis 25 %) erstellt. Dies sorgt für eine Materialersparnis und auch für eine Verkürzung der Druckzeit. [[Auskragung|Auskragende]] Bauteile müssen durch eine entsprechende, durch den 3D-Drucker erstellte, äußere Stützstruktur (Support) gestützt werden. Diese kann nach dem Druck entfernt werden. Das Stützmaterial kann dabei entweder durch denselben Werkstoff wie das Modell hergestellt werden oder aus einem weiteren, zum Beispiel wasserlöslichen oder kostengünstigeren Werkstoff hergestellt werden. Für die Verarbeitung mehrerer Werkstoffe sind entweder mehrere Extruder notwendig oder das Filament muss während des Drucks (manuell oder automatisch) gewechselt werden, was die Druckdauer in der Regel signifikant erhöht.

Moderne 3D-Drucker mit entsprechender Geometrie bzw. Abstand um den Extruder können auch mit non-planarem [[G-Code]] angesteuert werden. Dies maskiert die für den FDM-Druck typischen Schichtlinien bzw. erlaubt es in bestimmten Fällen auf Stützstrukturen zu verzichten.<ref>[https://all3dp.com/2/non-planar-3d-printing-simply-explained/ Non-Planar 3D Printing: All You Need to Know]</ref>

== Werkstoffe und Daten ==
=== Polymere ===
{{Hauptartikel|Filament (3D-Druck)}}
Für das FDM-Verfahren können Formwachse und [[Thermoplast]]e wie [[Polylactid|PLA]], [[Acrylnitril-Butadien-Styrol|ABS]], [[Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymer|ASA]], [[Polyamide|PA]], [[Polycarbonat|PC]], [[Polypropylen|PP]], [[Polyethylenterephthalat|PET]]G und [[thermoplastische Elastomere]] wie ''TPU'' (in diesem Kontext auch ''Flex'' genannt<ref>Azzura Lalani: [https://all3dp.com/1/original-prusa-mini-review-3d-printer-specs/ The Little Printer That Could?], All3DP vom 3. März 2020, abgerufen am 9. Oktober 2020</ref><ref>[https://www.prusa3d.de/materialrichtlinien/ Materialrichtlinien], Prusa Research AG, Prag, abgerufen am 9. Oktober 2020</ref><ref>[https://www.beamler.com/de/was-ist-der-unterschied-zwischen-tpe-und-tpu-im-3d-druck/ Was ist der Unterschied zwischen TPE und TPU im 3D-Druck? - 3D-Druck mit TPE], beamler.com vom 11. Mai 2020, abgerufen am 9. Oktober 2020</ref>) eingesetzt werden.<ref>{{Internetquelle |autor=Jana Brehmer & Sebastian Becker |url=https://www.uni-goettingen.de/de/document/download/7d8f8c29daa8c86f64774796deff1e00.pdf/01_3D-Druck.pdf |titel=„3D-Druck“ |werk= |hrsg= |datum= |abruf=30.11.2020 |sprache=}}</ref> Mit einem Marktanteil von 39 % war PLA im Jahr 2020 der wichtigste Werkstoff, gefolgt von ABS mit einem Marktanteil von 28 %.<ref>[https://www.researchgate.net/journal/The-International-Journal-of-Advanced-Manufacturing-Technology-1433-3015 The International Journal of Advanced Manufacturing Technology]</ref>

=== Metalle ===
{{Hauptartikel|Sinterbasierte additive Fertigung}}
In einer anderen Variante werden die Filamente mit [[Metallpulver]]n hochgefüllt und das gedruckte Bauteil anschließend entbindert und [[Sintern|gesintert]], um eine rein metallische Struktur zu erhalten.<ref>{{Internetquelle |autor= |url=https://www.ifam.fraunhofer.de/de/Institutsprofil/Standorte/Dresden/Zellulare_metallische_Werkstoffe/fused-filament-fabrication.html |offline=1 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20200930153117/https://www.ifam.fraunhofer.de/de/Institutsprofil/Standorte/Dresden/Zellulare_metallische_Werkstoffe/fused-filament-fabrication.html |titel=Metallischer 3D-Druck mittels Fused Filament Fabrication (FFF) - Fraunhofer IFAM |werk= |hrsg= |datum= |abruf=2020-10-05 |sprache=de}}</ref> Der Verfahrensablauf weist Analogien zum [[Metallpulverspritzguss]] auf; der beim Sintern des Metallpulvers auftretende Volumenschrumpf muss ebenfalls bei der Konstruktion des FDM-Bauteils berücksichtigt werden. Neben rein metallischen Bauteilen können auf diese Weise auch [[Metallmatrix-Verbundwerkstoff]]e erzeugt werden.<ref>S.B. Hein, L. Reineke, V. Reinkemeyer: ''Fused Filament Fabrication of Biodegradable Materials for Implants'', Proceeding of Euro PM 2019 Congress & Exhibition, Maastricht 13.–16. Oktober 2019, European Powder Metallurgy Association EPMA, Shrewsbury, 2019, ISBN 978-1-899072-51-4.</ref>

[[Datei:Filamentherstellung mittels Extruder.jpg|mini|Filamentherstellung mittels Extruder]]
[[Datei:Filamentgedruckte und gesinterte Bauteile aus hochlegiertem Stahl (316L).jpg|mini|Filamentgedruckte und gesinterte Bauteile aus hochlegiertem Stahl]]
[[Datei:Schliffbild eines filamentgedruckten und gesinterten Stegs (Eisen-Tricalciumphosphat-Verbundwerkstoff).jpg|mini|Schliffbild eines filamentgedruckten und gesinterten Stegs (Eisen-Tricalciumphosphat-Verbundwerkstoff)]]

=== Sonstige Werkstoffe ===
Abwandlungen des FDM-Verfahrens zur Verarbeitung [[Keramik|keramischer]] Werkstoffe und entsprechender Verbundwerkstoffe stehen unter [[CERN Open Hardware Licence|CERN Open Hardware License]] (OHL) [[Open-Source-Hardware|open-source]] zur Verfügung.<ref>{{Internetquelle |url=https://github.com/Sindry-Manufacturing/rotoforge |titel=Rotoforge Readme |werk=[[GitHub]] |hrsg=Sindry-Manufacturing |datum=2023-10-13 |abruf=2023-12-13}}</ref>

== Verfahrensvarianten ==
Eine weitere Variante ist Prozessieren des FDM-Verfahrens unter dem Ausschluss von Luftsauerstoff, also unter einer Schutzgasatmosphäre (z. B. [[Stickstoff]] oder [[Argon]]). Dies ist bei [[Lasersintern|selektivem Lasersintern]] (SLS) aufgrund der auftretenden hohen Temperaturen üblich. Bei dem Betrieb des FDM-3D-Druckers unter Schutzgas kann eine verbesserte Schichthaftung der gedruckten Kunststoffschichten aneinander erzielt werden.<ref>{{Literatur|Autor=Felix Lederle, Frederick Meyer, Gabriella-Paula Brunotte, Christian Kaldun, Eike G. Hübner|Titel=Improved mechanical properties of 3D-printed parts by fused deposition modeling processed under the exclusion of oxygen|Sammelwerk=Progress in Additive Manufacturing|Jahr=2016|Seiten=1–5|ISSN=2363-9512|DOI=10.1007/s40964-016-0010-y|Online=https://link.springer.com/article/10.1007/s40964-016-0010-y}}</ref>

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US Navy 030821-N-9593R-044 The MedModeler lays down a brown supportive base.jpg|''Stratasys FDM MedModeler'' – Am Anfang
US Navy 030820-N-9593R-016 Close-up view of the MedModeler at the National Naval Medical Center in Bethesda, Maryland.jpg|Der Kunststoff wird aufgetragen.
US Navy 030822-N-9593R-008 a three dimensional full-scale model of part of a patient's face.jpg|Das Modell ist zu etwa 1/4 fertig.
US Navy 030822-N-9593R-032 an example of a full-scale three dimensional model.jpg|Nachdem die in schwarzem Kunststoff gedruckten Stützstrukturen entfernt wurden, verbleibt ein dreidimensionales Modell einer Wirbelsäule.
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== Einzelnachweise ==
<references />

{{Navigationsleiste Additive Fertigungsverfahren}}

{{Normdaten|TYP=s|GND=1112684522}}

[[Kategorie:Additives Fertigungsverfahren]]
[[Kategorie:Wikipedia:Artikel mit Video]]

Fused Deposition Modeling - Versionsgeschichte

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