Ein Leitfaden zum 3D-Druck mit HPs Multi Jet Fusion

HP Multi Jet Fusion 3D-Drucklösung [Quelle:http://www8.hp.com]

Die innovative Multi Jet Fusion-Technologie von HP hat in der Fertigung Wellen geschlagen Branche seit ihrer Markteinführung im Jahr 2016. Und obwohl die Technologie noch relativ neu ist, hat sie hatte branchenübergreifende Auswirkungen und eröffnete neue Möglichkeiten für die Produktion von industrietauglichen Funktionsteilen und Prototypen im kommerziellen Maßstab.

Da die Zahl der Unternehmen, die die Multi Jet Fusion-Maschinen von HP einsetzen, wächst, haben wir einen umfassenden Leitfaden zur Technologie zusammengestellt. In diesem Handbuch gehen wir auf den Druckprozess des Systems, die Materialien, Vorteile und Einschränkungen sowie die letzten Punkte ein, die bei der Entscheidung, in das Multi Jet Fusion-System zu investieren, zu berücksichtigen sind.

Der Druckprozess

Die Multi Jet Fusion-Technologie gehört zur Familie der Pulverbettfusion, verwendet jedoch im Gegensatz zur SLS-Technologie keine Laser. Und während Multi Jet Fusion wie beim Selective Laser Sintering das Material PA 12 verwendet, ähnelt sein Druckverfahren am ehesten dem der Binder Jetting-Technologie, bei der ein Materialbett durch Zugabe eines Bindemittels selektiv miteinander verschmolzen wird.

Beim Multi Jet Fusion-Druckverfahren wird eine Pulverschicht mit Hilfe eines Fixiermittels und nach dem Drucken einer Wärmequelle miteinander verschmolzen. Der Vorgang wird dann Schicht für Schicht wiederholt, um das endgültige Teil zu erstellen.

Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zum MJF-Druckprozess:

1. Eine Pulverschicht wird gleichmäßig auf dem Pulverbett verteilt und anschließend gleichmäßig vorgewärmt.
2. Der Druckkopf spritzt selektiv ein Schmelzmittel auf die Pulverschicht, wo die Partikel geschmolzen werden müssen. Ein zweites Mittel, das Detaillierungsmittel, verhindert das Sintern und wird um die Konturen des Teils herum aufgetragen, um die Auflösung zu verbessern und sicherzustellen, dass die Teile scharfe Kanten gedruckt werden.
3. Lampen mit Infrarotlicht bewegen sich dann über das Pulverbett und erhitzen die Bereiche mit dem Fixiermittel. Dadurch wird sichergestellt, dass die Pulver in diesen Bereichen geschmolzen und miteinander verschmolzen werden.
4. Sobald eine Schicht fertig ist, wird das Pulver auf der vorherigen Schicht verteilt und der Vorgang wird wiederholt, bis das Teil fertig ist.
5. Sobald das Teil fertiggestellt ist, ist es noch in losem Pulver eingekapselt, das entfernt werden muss. Zusätzlich kann das Teil perlgestrahlt und schwarz eingefärbt werden, um eine ästhetisch ansprechende Oberfläche zu erzielen.

   Sehen Sie sich den MFJ hier in Aktion an:

Materialauswahl

Bei der Einführung des Multi Jet Fusion-Systems im Jahr 2016 war die Technologie auf ein Material beschränkt – Polyamid 12 (PA12) , auch bekannt als Nylon. PA12 ist ein feinkörniges, starkes thermoplastisches Material mit einem breiten Anwendungsspektrum – von Teilen mit komplexen Details und komplizierten Formen wie Steckverbinder, Platten und Gehäuse bis hin zu Funktionsteilen wie Zahnrädern und Drehgelenken. Nylonteile zeichnen sich durch ihre hohen mechanischen Eigenschaften, chemische und thermische Beständigkeit aus und sind leicht.

Heute hat HP sein Materialportfolio um eine breitere Palette von Thermoplasten erweitert, wie zum Beispiel Polyamid 11 (PA 11) , sowie HP 3D High Reusability PA 12 Glasperlen und HP 3D Polypropylen mit hoher Wiederverwendbarkeit (PP) . Jeder ermöglicht die Herstellung kostengünstiger, langlebiger Teile, die sich ideal für das Prototyping und für industrielle Anwendungen eignen:

• PA 11

PA 11 von HP ist ideal für die Herstellung kostengünstiger, duktiler und funktioneller Teile und bietet Chemikalien- und Schlagfestigkeit. Das Material eignet sich laut HP unter anderem zur Herstellung von Prothesen, Einlagen, Sportartikeln und Filmscharnieren.

• Hoch wiederverwendbare PA 12 Glasperlen

Die PA 12 Glasperlen mit hoher Wiederverwendbarkeit bieten 40% glasperlengefülltes thermoplastisches Material und eignen sich am besten für Teile, die Steifigkeit erfordern, wie Gehäuse, Vorrichtungen und Werkzeuge sowie Dimensionsstabilität und Wiederholbarkeit.

• Polypropylen

Dieses dritte neue Material soll neben dem geringen Gewicht und der Wasserdichtheit auch eine hohe Chemikalienbeständigkeit und Flexibilität bieten und wird ab Mitte 2018 erhältlich sein.

Das Open-Platform-Modell von HP, das die Zusammenarbeit mit Materialentwicklern fördert, umfasst bereits über 50 Unternehmen, darunter Evonik, DSM und Lubrizol. Vor diesem Hintergrund könnte die Markteinführung weiterer Thermoplaste und sogar Materialien wie Metalle unmittelbar bevorstehen.

Vorteile von Multi Jet Fusion

Da Multi Jet Fusion in verschiedenen Industriesektoren Fortschritte macht, waren die Hauptvorteile der Technologie, die die Fertigungsindustrie im Sturm erobert hat, ihre Geschwindigkeit und hohe Druckqualität:

• Multi Jet Fusion ermöglicht das Drucken von Teilen in hauchdünnen Schichten (80 Mikrometer) . Daraus resultieren Teile mit geringer Porosität, hoher Dichte und vor allem hoher Auflösung und Maßhaltigkeit (was auch vom Detaillierungsagenten unterstützt wird). Dies macht MJF ideal für funktionale Prototypen und Kleinserien von Endteilen.
• Multi Jet Fusion bietet kürzere Vorlaufzeiten, insbesondere im Vergleich zur SLS-Technologie. Zum Drucksystem gehört auch eine Nachbearbeitungsstation, die den gesamten Produktlebenszyklus beschleunigt.
• Das MJF-Druckverfahren führt zu stark isotropen Teilen mit unglaublicher Festigkeit.
• Ähnlich wie bei SLS benötigen mit der Multi Jet Fusion-Technologie gedruckte Teile keine Stützstrukturen, sodass mehrere Teile in einem Druckbett verschachtelt werden können – und so der durchschnittliche Druckzyklus reduziert wird.
  

  
  Einschränkungen von Multi Jet Fusion

Trotz der zahlreichen Vorteile, die die Multi Jet Fusion-Technologie von HP bietet, bedeutet ihr relativ neuer Markteintritt, dass es einige Einschränkungen gibt, die bei der Entscheidung, in die Technologie zu investieren, berücksichtigt werden sollten.

• Multi Jet Fusion bietet derzeit nur eine begrenzte Auswahl an Materialien an und die Rohteile werden in grauer Farbe produziert, da das Fixiermittel schwarz ist. Obwohl Ihre Teile problemlos schwarz eingefärbt werden können, erfordert ein vollfarbiges Teil eine zusätzliche Beschichtung, die natürlich mit zusätzlichen Kosten verbunden ist. Wenn Sie eine größere Auswahl an Materialien, Farben und Veredelungsoptionen benötigen, kann es sich durchaus lohnen, über eine andere Technologie wie SLS nachzudenken.
• Mit MJF bedruckte Teile haben in der Regel eine gute Oberflächenqualität; Trotzdem ist es rauer als die Oberflächenbeschaffenheit von Teilen, die mit Stereolithographie oder Polyjet hergestellt wurden. Während Teile perlgestrahlt werden können, um ihr kosmetisches Erscheinungsbild zu verbessern, erhöht dies natürlich den Zeit- und Kostenaufwand für den Gesamtprozess.

Letzte Punkte, die es zu beachten gilt

• Dank seiner hohen Druckgeschwindigkeit ist Multi Jet Fusion die ideale Wahl für die Produktion kleiner bis mittlerer Stückzahlen, die einen engen Termindruck erfordern.
• Wenn Sie Teile mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften, Maßgenauigkeit und hoher Auflösung benötigen, dann ist MJF die ideale Lösung.
• HP hat kürzlich auch die Einführung seiner kompakten Jet Fusion 300/500-Serie für den Vollfarb-3D-Druck angekündigt. Mit einem Preis ab 50.000 $ kann diese Option für kleine und mittlere Unternehmen und Universitäten durchaus einen Besuch wert sein.