Was ist Multi-Jet-Fusion (MJF)? Erklärt von Hubs

Heutzutage haben Designer und Ingenieure viele Optionen, wenn es um die vielen verfügbaren 3D-Drucktechnologien und -materialien geht. In diesem Artikel beleuchten wir Multi Jet Fusion (MJF) , die proprietäre 3D-Drucktechnologie von HP, als praktikable Lösung für viele komplexe und industrielle Anwendungen. Wir gehen darauf ein, wie es funktioniert, welche Vorteile es hat und ob es die richtige Technologie für Ihre Teile ist.

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Was ist Multi Jet Fusion (MJF) 3D-Druck?

Multi Jet Fusion (MJF) ist ein 3D-Druckverfahren, das schnell genaue und fein detaillierte komplexe Teile mit pulverförmigen Thermoplasten herstellt.

MJF 3D-Druckdienste, da es Teile mit hoher Zugfestigkeit, feiner Merkmalsauflösung und gut definierten mechanischen Eigenschaften konsistent und schnell liefern kann haben sich schnell zur führenden Lösung für die additive Fertigung (AM) für industrielle Anwendungen entwickelt. Es wird häufig verwendet, um funktionale Prototypen und Teile für den Endverbrauch herzustellen, Teile, die konsistente isotrope mechanische Eigenschaften erfordern, und organische und komplexe Geometrien.

Für eine schnelle und detaillierte Referenz sehen Sie sich unser Video rund um MJF an.

Wie wurde MJF entwickelt?

MJF wurde erstmals 2016 auf dem Markt eingeführt und von HP Additive entwickelt, aufbauend auf der Expertise des Unternehmens in den Bereichen Inkjet-Drucktechnologie und Präzisionsmechanik. Die Entwicklung von MJF lässt sich jedoch bereits mehrere Jahrzehnte zurückverfolgen.

In den 1990er Jahren begann die additive Fertigung (AM) ihren Übergang weg von der reinen Nutzung für Forschung und Entwicklung. Reale, industrielle Anwendungen in der Fertigung waren in Sicht. Geschwindigkeit wurde jedoch schnell zu einem zentralen Hindernis bei diesem Übergang. Im Vergleich zum Spritzguss oder Metallstanzen brauchten die meisten 3D-Drucker beispielsweise lange, um Teile herzustellen.

Ein Ansatz, den die ersten Anwender der 3D-Drucktechnologie verfolgten, um die Produktion zu beschleunigen, bestand darin, „Farmen“ oder Arrays aus mehreren Maschinen zu verwenden. Die Idee war, mit der zusätzlichen Bearbeitungsleistung in höheren Auflagen zu drucken. HP entschied sich für einen stärker integrierten, auf Automatisierung ausgerichteten Ansatz.

In seinem globalen AM-Hub in Barcelona hat HP ein System entwickelt, das Teile Schicht für Schicht in einem großen Bett aus Pulvermaterial aufbaut, wobei zusätzliche Maschinen für eine nahtlose Nachbearbeitung angeschlossen sind. Ähnlich wie Selektives Lasersintern (SLS) und anderen Pulverbettfusionsdesigns entwickelte sich dieses System zur aktuellen MJF-Technologie.

Wie funktioniert Multi Jet Fusion?

Unter Verwendung eines Tintenstrahl-Arrays arbeitet MJF, indem es Schmelz- und Detaillierungsmittel in einem Bett aus Pulvermaterial ablagert und sie dann zu einer festen Schicht verschmilzt. Der Drucker verteilt mehr Pulver auf dem Bett und der Vorgang wiederholt sich Schicht für Schicht.

Hier ist eine Schritt-für-Schritt-Anleitung, wie MJF Teile erstellt:

• Die bewegliche Baueinheit wird in den Drucker eingesetzt

• Der Schlitten des Materialbeschichters bewegt sich über den Baubereich und trägt eine dünne Schicht des Pulvermaterials auf

• Der Druck- und Fixierwagen bewegt sich über den Baubereich und heizt das Pulver auf eine bestimmte Temperatur vor, um für Materialkonsistenz zu sorgen 

• Eine Reihe von Tintenstrahldüsen schmilzt Wirkstoffe auf dem Pulverbett in Bereichen, die der Geometrie und den Eigenschaften des Teils entsprechen 

• Nachdem jede Schicht fertig ist, zieht sich die Baueinheit zurück, um Platz für die nächste aufzubringende Materialschicht zu schaffen

• Dieser Vorgang wiederholt sich, bis der Build abgeschlossen ist

Wenn der Druckvorgang abgeschlossen ist, enthält die Baueinheit das gedruckte Teil und ungeschmolzenes Pulver. Sie verwenden eine separate Verarbeitungsstation, die an der beweglichen Baueinheit angebracht ist, um das Teil zu kühlen und auszupacken und überschüssiges Pulver für die spätere Verwendung zurückzugewinnen. Perlstrahlen hilft, das verbleibende Pulver zu entfernen, und ermöglicht es Ihnen, mit kosmetischeren Schritten fortzufahren.

Welche Materialien verwendet MJF?

Im Allgemeinen können Sie die für MJF verwendeten Materialien in starre Kunststoffe und flexible Kunststoffe unterteilen. Starre Kunststoffe umfassen Nylon PA11, Nylon PA12 und PP, während flexible Kunststoffe Estane 3D TPU M95A umfassen. Das System von HP konzentriert sich hauptsächlich auf Polyamidmaterialien, die von HP und seinen Partnern entwickelt wurden.

Hier ist eine Liste der verfügbaren Materialien für den 3D-Druck von MJF auf der Hubs-Plattform.

Material	Beschreibung
HP PA 12 (Nylon 12)	Nylon 12 ist ein robuster Thermoplast mit rundum hervorragenden physikalischen Eigenschaften und chemischer Beständigkeit, ideal für funktionale Prototypen und Endanwendungen.
Glasgefülltes HP PA 12	Glasgefülltes Nylon ist mit Glasperlen verstärkt und erzeugt Teile mit höherer Steifigkeit und thermischer Stabilität als Standard-Nylon.

Wie funktioniert die MJF-Nachbearbeitung?

Ähnlich wie bei anderen Fertigungsprozessen ist eine weitere Bearbeitung erforderlich, bevor ein Teil für das Prototyping oder Endanwendungen bereit ist. Die Nachbearbeitung mit MJF ist jedoch im Vergleich zu anderen AM-Technologien relativ leicht.

Wenn Sie einen Druckauftrag abschließen, bleibt eine Baueinheit übrig, die mit einem dreidimensionalen Bett aus ungeschmolzenem Pulver gefüllt ist, in dem das Teil vergraben ist.

Dies sind die wichtigsten Schritte bei der MJF-Nachbearbeitung:

• Kühlung: Dies findet innerhalb der Baueinheit statt, obwohl HP Moduleinheiten für natürliche Kühlung anbietet, sodass die Baueinheit für einen neuen Druck verwendet werden kann, ohne warten zu müssen, bis das Pulver und das Teil abgekühlt sind.

• Rückgewinnung von ungeschmolzenem Pulver: Wenn die Baueinheit abgekühlt ist, bringen Sie sie zur Verarbeitungsstation und saugen Sie das ungeschmolzene Pulver zur späteren Verwendung in einen Behälter.

• Perlenstrahlen: Entfernen Sie verbleibendes Pulver durch Perlstrahlen, Luftstrahlen oder Wasserstrahlen. Sie können dies manuell oder automatisch mit einem Tumbler, einem Ultraschallreiniger oder einer Gleitschleifmaschine tun.

Nachdem Sie alle Pulverreste entfernt haben, müssen Sie möglicherweise weitere Nachbearbeitungen durchführen. Das kommt auf das Teil an. Denken Sie zum Beispiel an die Nachbearbeitung, die für Gießprozesse erforderlich ist. Möglicherweise müssen Sie für Merkmale wie Passflächen, Bohrungen, Toleranzen, die die Möglichkeiten von MJF und Innengewinden überschreiten, mehr Bearbeitungen durchführen. Außerdem kann es erforderlich sein, das Teil von Hand zu schleifen, um bestimmte technische Anforderungen zu erfüllen.

Was sind die Vorteile von MJF?

Wenn Sie funktionale Prototypen und relativ kleine Produktionsserien von Endverbraucherteilen erstellen möchten, sollte MJF Ihre erste Wahl sein. MJF eignet sich hervorragend zum Bau von viel stärkeren Teilen als SLS produzieren kann. Mit MJF gebaute Teile haben Zugfestigkeiten von maximal XY und Z 48 MPa/6.960 psi mit der ASTM D638-Methode.

Außerdem ist MJF wirklich gut darin, mechanische Eigenschaften in jeder Richtung der Geometrie Ihres Teils zu erzeugen. Wenn Sie also Teile mit komplexen, facettenreichen Designs herstellen, die auch kleinere Merkmale aufweisen, die robust sein müssen, dann ist MJF die praktikabelste Option.

MJF produziert Funktionsteile für den Endverbrauch, ohne dass viel Nachbearbeitung erforderlich ist. Im Vergleich zu anderen AM-Technologien ist es schneller und bietet eine robustere Automatisierung, was weitaus kürzere Vorlaufzeiten und hochwertige Oberflächen mit minimalem menschlichen Eingriff bedeutet.

Um seine Schnelligkeit zu erreichen, scannt MJF die Oberfläche des zu druckenden Teils bei jedem Durchgang, selbst wenn Sie damit mehrere Teile gleichzeitig drucken. Dies ermöglicht schnellere Baugeschwindigkeiten im Vergleich zu anderen Technologien, selbst bei größeren Teilemengen.

Warum ist MJF ideal für die Herstellung von Endverbrauchsteilen?

MJF unterscheidet sich von anderen additiven Fertigungsverfahren, da es darauf ausgelegt ist, größere Stückzahlen von Teilen mit großer Komplexität, Detailtreue und struktureller Integrität herzustellen. MJF ist eine beliebte Lösung für die Herstellung präziser und langlebiger Gehäuse elektronischer Komponenten, mechanischer Baugruppen, Gehäuse sowie Vorrichtungen und Vorrichtungen.

Bei aktuellen MJF-Maschinen ist die Baueinheit ein Rollwagen, der an einer enthaltenen Verarbeitungsstation befestigt ist. Sobald ein Teil fertig ist, müssen Sie das Pulverbett nur noch zur Bearbeitungsstation bewegen, um das überschüssige Pulver zu entfernen. Die Nachbearbeitung kann je nach den technischen Anforderungen des Teils in großen Mengen erfolgen, und meistens besteht nur ein minimaler Bedarf an manueller Nachbearbeitung. Dadurch eignet es sich gut für größere Produktionsserien von Funktionsteilen.

Das Pulverbettsystem selbst macht Stützen überflüssig, da die Teile effizient im Baubereich verschachtelt werden. Nachdem das Teil fertig ist, können Sie das unbenutzte Pulver auch wieder für zukünftige Druckproduktionsläufe verwenden.

MJF vs. SLS 3D-Druck:Was ist der Unterschied?

Während selektives Lasersintern (SLS) MJF ziemlich ähnlich ist, weisen die beiden Technologien einige wesentliche Unterschiede auf. SLS-Drucker tragen auch Schicht für Schicht Pulvermaterial in einem Baubereich auf, jedoch verschmilzt die Maschine Materialien, indem sie Pulverpartikel zusammen und mit einem Laser an die darunter liegende Schicht des Teils sintert.

Sie können die Laserleistung modulieren, um die Materialeigenschaften des Teils zu ändern, obwohl die Parameter dieser Funktion begrenzt sind. HP verfügt über eine große Auswahl an chemischen Mitteln, die mehr Möglichkeiten bieten, die Eigenschaften jedes Voxels des Teils zu verändern.

MJF vs. Spritzguss:Was ist besser für Ihre Anwendung?

MJF ist nicht nur ein Kraftpaket im Vergleich zu anderen AM-Technologien, sondern auch eine praktikable Alternative zum Spritzgießen. Beim Spritzgießen müssen Sie für die Form selbst bezahlen und viele DFM-Analysen durchführen, bevor Sie das Teil produzieren. Es ist auch restriktiv in Bezug auf die Teilegeometrie und die Vorlaufzeit ist erheblich länger, wenn man die Zeit berücksichtigt, die für die Herstellung der Form und andere Verarbeitungsschritte benötigt wird.

Im Gegensatz dazu ermöglicht MJF eine umfassendere Designfreiheit bei stark verkürzten Vorlaufzeiten. Mit MJF können Sie auch schnell Designänderungen vornehmen, da Sie sich nicht auf die Form verlassen müssen. Wenn Sie im Begriff sind, einen Produktionslauf mit Spritzguss durchzuführen, ziehen Sie auf jeden Fall MJF in Betracht, insbesondere wenn Sie hoffen, große Mengen kleiner bis mittlerer Seitenteile mit komplexen Geometrien herzustellen.

Im Allgemeinen ist MJF für die Erstellung von Prototypen und für kleine und mittlere Produktionsserien vorzuziehen. Sie können Prototypen in wenigen Tagen drucken, und jedes MJF-gedruckte Teil wird mechanische Eigenschaften von demselben Kaliber wie Spritzguss haben.

Was sind Beispiele für Multi Jet Fusion in Aktion?

Ein beeindruckender Anwendungsfall für MJF kommt von CNC Würfel, einem Spezialisten für Fertigungs- und Prozessautomatisierung unter anderem für die Automobilindustrie und die Medizintechnik. Im Jahr 2017 ersetzte CNC Würfel Fräsmaschinen und Drehmaschinen für viele ihrer Komponenten durch 3D-Druck. Dies verkürzte die Produktionszeiten drastisch und ermöglichte mehr Zeit für das Testen von Prototypen.

Dies erwies sich als besonders effektiv bei der Herstellung des Greiferadapters des Unternehmens, einem Teil, das auf Förderbändern verwendet wird und mehrere komplexe Teile und Greifsysteme erfordert. Herkömmliche Prozesse führten zu einer Vorlaufzeit von acht bis zehn Wochen und erforderten umfangreiches menschliches Wissen und Eingriffe, die das Teil manchmal beschädigten.

Um viele der Komplexitäten bei der Herstellung des Greiferadapters zu vermeiden, entschied sich CNC Würfel stattdessen für den 3D-Druck mit MJF. Dies erwies sich sofort als vorteilhaft, zumal es die Produktionszeit von zwei Monaten auf leicht unter eine Woche verkürzte. Durch die Verwendung von MJF sparte das Unternehmen auch eine Menge Geld. Die Kostensenkung beim Drucken des Teils betrug 95 % im Vergleich zur herkömmlichen Fertigung. Als zusätzlicher Vorteil war das gedruckte Teil 84 % leichter, aber dennoch robust genug, um seine Aufgaben zu erfüllen.

Ein weiterer starker Anwendungsfall für MJF ist die Z 3D-Kamera von HP, die entwickelt wurde, um die Erfassung und Visualisierung von Dokumenten und anderen Objekten in Echtzeit zu vereinfachen. Vor der Erfindung von MJF baute HP die Kamera aus drei separaten Spritzgussteilen, was zu wochenlangem Prototyping und hohen Kosten für jedes Teil führte.

Der Wechsel zu MJF zur Herstellung der Kamera beschleunigte die Produktion, da HP mit neuer Technologie eine einzelne Baugruppe anstelle von drei Teilen drucken konnte. Laut HP reduzierte dieser Drehpunkt auch den Preis pro Teil von 2,42 $ auf 0,36 $ und verwandelte die Prototyping-Dauer von Wochen in Tage. Außerdem gab die mit MJF einhergehende Gestaltungsfreiheit HP die Möglichkeit, die Ausrichtung der Kamera zu optimieren, was die Qualität des Endprodukts steigerte.

MJF:Praktische Tipps und Tricks

Hier sind einige praktische Best Practices, um das Beste aus der MJF-Technologie herauszuholen.

• Verstärken Sie dünnwandige oder große, flache Oberflächen mit Rippen oder Zwickeln und umgeben Sie Löcher nach Möglichkeit mit erhabenen Vorsprüngen.

• Beachten Sie, dass erhabener Text und kosmetische Merkmale, die kleiner als 0,5 mm sind, die sekundäre Nachbearbeitung möglicherweise nicht überstehen. Überprüfen Sie die DFM-Analyse in Ihrem Teileangebot auf diese Details.

• Die Wände Ihres Teils sollten zwischen 2,5 und 12,7 mm dick sein. Ein Über- oder Unterschreiten kann die Toleranzen Ihres Teils beeinflussen.

• Stellen Sie sicher, dass kosmetische Oberflächen eindeutig gekennzeichnet sind, damit der Hersteller Merkmale wie Treppenstufen auf schiefen Winkeln des Teils vermeidet.

Häufig gestellte Fragen

Was sind die Vorteile von MJF?

Mit MJF können Sie große Mengen einzigartiger Teile produzieren, ohne sich auf Arrays aus mehreren Druckern verlassen zu müssen. Es kann auch kostspielige Guss- oder Formarbeiten ersetzen, und aktuelle HP-Systeme umfassen eine angeschlossene Bulk-Nachbearbeitungsstation, die die Nachbearbeitung von Hand minimiert.

Was sind die Nachteile von MJF?

MJF ist teurer als modulare Drucktechnologien wie FDM, obwohl die Qualität für industrielle Anwendungen höher und konsistenter ist.

Sind 3D-gedruckte MJF-Teile wasserfest?

PA 12 Nylon ist eines der wenigen wasserfesten 3D-Druckmaterialien. Wände eines MJF-Teils müssen 1 mm dick sein, um wasserdicht zu sein, während Wandstärken über 4 mm Teile wasserdicht machen. MJF-Teile sind auch chemisch beständig gegen Fette, Laugen, Öle und aliphatische Kohlenwasserstoffe.

Wie hoch ist die Maßhaltigkeit von MJF?

Die Maßgenauigkeit von MJF beträgt ± 0,3 % mit einer Untergrenze von ± 0,3 mm (0,012'').

Was ist die maximale Build-Größe von MJF?

Bei Naben beträgt die maximale Baugröße von MJF-Teilen 380 x 285 x 380 mm (14,9 Zoll x 11,2 Zoll x 14,9 Zoll).

Was sind die kleinsten Merkmale, die MJF drucken kann?

Die minimale Strukturgröße, die MJF drucken kann, beträgt 0,5 mm (0,02 Zoll). Die Druckschichten von MJF sind 80 Mikrometer (0,0003 Zoll) dick, was bedeutet, dass sehr feine Oberflächendetails erzeugt werden können.