Die Nozz­le, zu deutsch Düse, Dei­nes 3D Dru­ckers ist eines der wich­tigs­ten Bau­tei­le. Den­noch wird der Ein­fluss des Nozz­le auf das Druck­ergeb­nis häu­fig stark unterschätzt.

Aufbau

Die Nozz­le oder Düse eines 3D Dru­ckers hat eine konisch zulau­fen­de Form und meist eine klei­ne Stirn­flä­che durch wel­che eine Boh­rung ver­läuft. Im hin­te­ren Teil der Düse ist ein Gewin­de ange­bracht mit wel­chem die Nozz­le im Hotend ver­schraubt wird. Nicht jede Nozz­le passt an jedes Hotend, da sich die not­wen­di­ge Län­ge des Gewin­des und auch der Durch­mes­ser unter­schei­den können.

Vie­le Shops die Düsen für 3D Dru­cker anbie­ten, geben jedoch an für wel­chen Dru­cker­typ die jewei­li­ge Düse passt. Sie bie­ten eine sehr gro­ße Aus­wahl an unter­schied­li­chen Düsen. Du kannst dort gezielt nach Dei­nem Dru­cker­mo­dell fil­tern und erhältst eine Aus­wahl pas­sen­der Düsen. Beach­te jedoch bit­te, dass sich die Aus­wahl nur auf das Stan­dard­ho­tend Dei­nes Dru­ckers bezieht. Soll­test Du die­ses umge­rüs­tet haben, so musst Du ggf. eine ande­re Düse wählen.

Düsendurchmesser

Es gibt die Düsen mit ver­schie­de­nen Boh­rungs­durch­mes­sern im Bereich von 0,1 – 2 mm. Es lohnt sich einen Satz von Düsen zu kau­fen, denn der Durch­mes­ser bestimmt auch die sinn­voll mög­li­chen Schicht­di­cken. Und damit beein­flusst Du indi­rekt auch die Druck­ge­schwin­dig­keit. Die meis­ten Dru­cker kom­men ab Werk mit einer 0,4 mm Düse. Die maxi­ma­le Schicht­hö­he die Du damit dru­cken kannst errech­net sich nach fol­gen­der Formel:

Maxi­ma­le Schicht­hö­he = 0,75 * Düsendurchmesser

Dies ist natür­lich nur eine Faust­for­mel, die aber für die Pra­xis gute Anhalts­wer­te lie­fert. Ich dru­cke meist mit der Hälf­te des Düsen­durch­mes­sers. Für eine Düse mit 0,4 mm Durch­mes­ser ist also eine Schicht­hö­he von 0,2 mm sehr gut. Die Schicht­hö­he musst Du übri­gens in Dei­nem Sli­cer-Pro­gramm einstellen.

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

Der 3D Dru­cker soll das Modell aus eng anein­an­der lie­gen­den Strei­fen und über­ein­an­der­lie­gen­den Schich­ten auf­bau­en. Ent­spre­chend muss der Strei­fen Fila­ment wel­chen wir auf dem Druck­bett able­gen wol­len im Quer­schnitt eher recht­eckig und nicht rund sein. Beim Extru­die­ren des Fila­ments auf das Druck­bett wird also der run­de Strang etwas ange­presst und ergibt so einen etwa recht­ecki­gen Quer­schnitt. Da sich jedoch die Men­ge des Fila­ments nicht ändert müs­sen auch die Flä­chen im Quer­schnitt gleich sein. Und die­ses Flä­chen­ver­hält­nis aus Kreis­quer­schnitt und Recht­eck beträgt eben unge­fähr 0,75.

Doch es gibt für die ein­zu­stel­len­de Schicht­hö­he nicht nur eine obe­re Gren­ze. Es gibt auch eine sinn­vol­le mini­ma­le Schichthöhe:

Mini­ma­le Schicht­hö­he = 0,25 * Düsendurchmesser

Ver­rin­gerst Du die Schicht­hö­he zu weit, wird das Fila­ment zu stark gegen die Unter­la­ge gepresst. Das kann zu unsau­be­ren Ober­flä­chen führen.

Doch nicht nur die mög­li­che Schicht­hö­he wird durch den Düsen­durch­mes­ser bestimmt. Er setzt auch eine Gren­ze bezüg­lich der Men­ge an Mate­ri­al das extru­diert wer­den kann. Damit wird letzt­end­lich auch Dei­ne Druck­ge­schwin­dig­keit limi­tiert. Denn bei höhe­rer Geschwin­dig­keit muss mehr Mate­ri­al in der glei­chen Zeit geför­dert wer­den, da eine grö­ße­re Stre­cke zurück­ge­legt wird. Es ist sehr leicht vor­stell­bar, dass es natür­lich viel mehr Druck erfor­dert eine gro­ße Men­ge Mate­ri­al durch eine klei­ne Düse zu pres­sen als die glei­che Men­ge Mate­ri­al durch eine grö­ße­re Düse. Und die­ser Druck ist begrenzt durch die Kraft mit wel­cher der Extru­der das Fila­ment ins Hotend för­dern kann.

Mit einem grö­ße­ren Düsen­durch­mes­ser ist es ten­den­zi­ell leich­ter schnel­ler zu dru­cken. Jedoch wird Dein Modell nicht mehr so fein auf­ge­löst, da Du auto­ma­tisch eine grö­ße­re Schicht­hö­he wäh­len musst. Bit­te beach­te jedoch, dass mit grö­ße­rem Düsen­durch­mes­ser und höhe­rer Druck­ge­schwin­dig­keit mehr Fila­ment in der glei­chen Zeit geför­dert und auf­ge­schmol­zen wer­den muss. Der Extru­der und auch die Heiz­pa­tro­ne im Hotend muss der gefor­der­ten Leis­tung gewach­sen sein. Ich kann dir beson­ders einen BMG-Extru­der emp­feh­len – mehr dazu im Arti­kel über Extru­der. Hier gilt wie immer dass Du pro­bie­ren soll­test. Ich emp­feh­le erst­mal nur eine Durch­mes­ser­stu­fe nach oben oder unten zu gehen und sich lang­sam her­an zu tas­ten. Bit­te beach­te beim Wech­sel der Düse die Tipps am Ende der Seite.

Material

Wäre die Aus­wahl des geeig­ne­ten Düsen­durch­mes­sers nicht schon kom­pli­ziert genug, musst Du dich auch für einen Düsen­werk­stoff entscheiden

Düsen aus Messing

Mes­sing ist ein guter Werk­stoff für die Düse eines 3D Dru­ckers. Mes­sing lei­tet die Wär­me gut und gibt die­se so an das Fila­ment wei­ter. Lei­der ent­steht jedoch je nach Fila­ment mehr oder weni­ger Rei­bung an der Innen­wand der Düsen­boh­rung. Beson­ders Spe­zi­al­fi­la­men­te mit Car­bon­fa­sern, Holz­fa­sern, metal­li­schen Kom­po­nen­ten oder Gesteins­mehl haben eine stark abra­si­ve Wir­kung. Ent­spre­chend ver­schleißt eure Düse schnell, der Durch­mes­ser stimmt nicht mehr und die Druck­qua­li­tät leidet.

Beschichtete Messingdüsen

Die Mes­sing­dü­se kann beschich­tet wer­den um den rela­tiv wei­chen Werk­stoff vor zu star­kem Abrieb zu schüt­zen. Damit wird gleich­zei­tig die Rei­bung zwi­schen Fila­ment und Düse redu­ziert. Falls Du über­legst dei­nem Dru­cker ein Upgrade zu ver­pas­sen, so ist eine hoch­wer­ti­ge beschich­te­te Mes­sing­dü­se sicher kei­ne schlech­te Wahl. Der Preis ist mode­rat und je nach Qua­li­tät der ver­bau­ten Stan­dard­dü­se schlägt sich die höhe­re Qua­li­tät im Druck­ergeb­nis nie­der. Als Beschich­tun­gen wird Nickel oder Chrom aufgebracht. 

Beschichtete Kupferdüsen

Es exis­tie­ren auch Düsen aus Kup­fer um die Wär­me­leit­fä­hig­keit wei­ter zu opti­mie­ren. So lei­tet Kup­fer die Wär­me etwa drei­mal bes­ser als Mes­sing. Kup­fer­dü­sen sind in der Regel beschich­tet um ein Anlau­fen zu ver­hin­dern und die Rei­bung zwi­schen Düse und Fila­ment zu redu­zie­ren. Kup­fer hat aber noch einen wei­te­ren Vor­teil. Sei­ne Schmelz­tem­pe­ra­tur liegt höher als die von Mes­sing. Die Düse ist des­halb auch für sehr hohe Druck­tem­pe­ra­tu­ren geeig­net (bis 500 °C). Hier kannst du ver­schie­de­ne Düsen ver­glei­chen und die Rich­ti­ge für Dein Pro­jekt finden.

Düsen aus Gehärtetem Stahl – mit und ohne Beschichtung

Statt die wei­che Mes­sing­dü­se mit einer ver­schleiß­fes­te­ren Beschich­tung zu ver­se­hen kann man auch eine Düse aus einem fes­te­ren Grund­werk­stoff wäh­len. So gibt es für beson­ders abra­si­ve Fila­men­te, etwa mit Car­bon­fa­ser, Düsen aus gehär­te­tem Stahl. Die­se ver­schlei­ßen nicht so schnell wie Mes­sing­dü­sen. Lei­der hat Stahl aber auch nicht die gute Wär­me­leit­fä­hig­keit des Mes­sings. Ich rate dir ent­spre­chen­de Düsen wie die nach­fol­gen­de von Mir­co Swiss, nur zu ver­wen­den wenn du auch wirk­lich sehr abra­si­ve Fila­men­te ver­wen­dest. Für den Druck von nor­ma­lem PLA sind die Düsen eher von Nach­teil. Es exis­tie­ren auch bei die­ser Düsen­art beschich­te­te und nicht beschich­te­te Varianten.

Edelstahldüsen

Düsen aus Edel­stahl bie­ten den Vor­teil dass die­se lebens­mit­tel­ech­te Dru­cke ermög­li­chen. Lei­der ist die Wär­me­lei­tung bei Edel­stahl sehr schlecht sodass du die Druck­tem­pe­ra­tur deut­lich höher ein­stel­len musst.

Düsen mit Rubin

Die Luxus­klas­se der Düsen sind jene, der Spit­zen aus Rubin gefer­tigt ist. Die­ser Edel­stein weißt eine hohe Här­te auf und wird zum Bei­spiel in Uhren als ver­schleiß­fes­te Lage­rung ein­ge­setzt. Für den 3D Druck wird nicht die gan­ze Düse aus Rubin gefer­tigt. Es han­delt sich in der Regel um Mes­sing­dü­sen, mit und ohne Beschich­tung, wel­che den Rubin an der Spit­ze tra­gen. Die Boh­rung kann im Rubin sehr prä­zi­se gefer­tigt wer­den sodass sich nur gerin­ge Durch­mes­ser­to­le­ran­zen erge­ben. Von Nach­teil ist der Preis sol­cher Düsen, sodass sich der Ein­satz nur beim Druck von sehr spe­zi­el­len Fila­men­ten lohnt.

Spezialdüsen

Vie­le Her­stel­ler bie­ten auch Spe­zi­al­dü­sen aus ande­ren Werk­stof­fen oder spe­zi­el­len Legie­run­gen. Auch bei den Beschich­tun­gen expe­ri­men­tie­ren die Her­stel­ler und bie­ten so man­che »Wun­der­dü­se« an. Eini­ge Her­stel­ler sind sogar so über­zeugt dass sie eine lebens­lan­gen Garan­tie auf die Düse geben.