Ein umfassender Leitfaden zum 3D-Drucken mit Material Jetting

Material Jetting zeichnet sich unter anderen 3D-Drucktechnologien durch seine Fähigkeit aus, hochpräzise Teile mit glatter Oberfläche herzustellen. Material Jetting ist seit seiner Einführung in den späten 1990er Jahren eine ideale 3D-Drucktechnologie zur Herstellung von vollfarbigen, visuellen Prototypen, Spritzgussformen und Gussmodellen.

Das heutige Tutorial wird Material Jetting genauer unter die Lupe nehmen Verfahren, die Vorteile und Grenzen der Technologie sowie die neuesten Anwendungen und Entwicklungen im Material Jetting.

Wie funktioniert Material Jetting?

Material Jetting ist ein Tintenstrahldruckverfahren, bei dem Druckköpfe verwendet werden, um ein flüssiges photoreaktives Material Schicht für Schicht auf einer Bauplattform abzuscheiden. Ähnlich wie bei der Stereolithographie (SLA) verwendet Material Jetting UV-Licht, um das Material zu verfestigen. Die Methoden der Materialaufbringung variieren von Drucker zu Drucker und können entweder einen kontinuierlichen oder einen Drop-on-Demand-(DOD)-Strahlansatz beinhalten. Beachten Sie, dass die DOD-Technik normalerweise verwendet wird, um viskose flüssige Materialien abzuscheiden.

Ein schrittweiser Einblick in den Prozess:

• Sobald das flüssige Harz für eine bessere Viskosität vorgewärmt ist, beginnt sich der Druckkopf über die Bauplattform zu bewegen und trägt bei Bedarf die erste Materialschicht auf.
• Stützstrukturen werden gleichzeitig mit dem Teil gedruckt, um seine Stabilität während des Druckens zu gewährleisten.
• Das abgeschiedene Material wird dann UV-Licht ausgesetzt, wodurch die Materialschicht in einem als Photopolymerisation bekannten Prozess ausgehärtet (verfestigt) wird.
• Sobald die erste Schicht verfestigt ist, wird die Bauplattform um eine Schichthöhe abgesenkt und der Vorgang wiederholt, bis das Teil fertig ist.
• Unterstützungsstrukturen können jetzt aus dem Teil entfernt werden, bereit für die Nachbearbeitung.

Die Vorteile des Material Jetting

• Genauigkeit: Material Jetting bietet eine der höchsten Genauigkeitsstufen unter den 3D-Drucktechnologien. Dank der präzisen Abscheidung der winzigen Materialtröpfchen können Schichten bis zu einer Dicke von 0,013 mm gedruckt werden, wodurch Teile mit sehr glatter Oberfläche und Teile mit kleinen, aber sehr genauen Merkmalen hergestellt werden können.
• Vollfarb- und Mehrmaterialteile: Material Jetting kann für den Vollfarb- und insbesondere den Multimaterial-3D-Druck verwendet werden, da der im Druckprozess verwendete Druckkopf normalerweise mehrere Düsen enthält. Diese Düsen können in einem einzigen Druckvorgang unterschiedliche Materialien und/oder unterschiedliche Farben aufbringen. Objekte, die durch das Material Jetting-Druckverfahren erstellt wurden, können daher eine Reihe von Materialeigenschaften wie Steifigkeit, Flexibilität, Opazität und Transluzenz aufweisen.
• Unterstützungsstrukturen: Material Jetting erfordert zwar Stützstrukturen, diese lassen sich aber leicht im Ultraschallbad auflösen. Bei korrekter Auflösung hinterlassen die Träger nach dem Entfernen keine Spuren auf der Oberfläche.

Die Grenzen des Materialstrahls

• Schlechte mechanische Eigenschaften: Mit Material Jetting hergestellte Objekte sind in der Regel schwächer, insbesondere im Vergleich zu anderen 3D-Drucktechniken wie SLS. Dies macht materialbestrahlte Teile im Allgemeinen für funktionale Anwendungen ungeeignet – wobei Material Jetting typischerweise verwendet wird, um Teile zu produzieren, bei denen das Aussehen mehr zählt als die Funktion.
• Langsamer Druckprozess: Material Jetting wird durch die Geschwindigkeit des Druckprozesses etwas eingeschränkt. Da kleine Materialtröpfchen gleichzeitig über einem kleinen Teil der Baufläche abgelagert werden, dauert der Prozess länger, um ein Teil zu erstellen.
• Materialbeschränkungen: Beim Material Jetting können normalerweise nur viskose Materialien erfolgreich gedruckt werden. Allerdings ist die Zahl der viskosen Materialien, die im Druckprozess verwendet werden können, derzeit eher begrenzt. Weitere Informationen zu den beim Material Jetting verwendeten Materialien finden Sie weiter unten.

Materialien, die beim Material Jetting verwendet werden

Heute sind die beiden am häufigsten verwendeten Materialien für das Material Jetting Photopolymere (in flüssiger Form) und Gusswachs.

Stratasys und 3D Systems sind zwei der bekanntesten Material Jetting-Spezialisten auf dem Markt , das eine Reihe von photohärtbaren Kunststoffen und Verbundwerkstoffen anbietet. Stratasys zum Beispiel hat kürzlich seine sogenannten „digitalen Materialien“ entwickelt, die in seiner proprietären PolyJet-Technologie verwendet werden.

Diese Materialien kombinieren zwei oder mehr Photopolymere, was zu einem Material mit hybriden Eigenschaften führt (z Steifigkeit mit Flexibilität). Obwohl mit solchen Materialien hergestellte Gegenstände schwach und spröde sind, gibt es auch Materialien, die für spezielle Anwendungen wie Werkzeug- und Feinguss optimiert sind.

Es wird derzeit viel daran geforscht, die Palette der verwendbaren Materialien zu erweitern Material Jetting und Metalle, Keramiken und Silikone haben bereits begonnen, auf den Markt zu kommen.

Das israelische Unternehmen Xjet beispielsweise hat seine NanoParticle Jetting-Technologie für Metalle und Keramiken entwickelt. Bei dieser Technologie werden Keramik- oder Metallpartikel in einer flüssigen Formulierung suspendiert, die dann während der Sinterphase entfernt wird.

Ein weiterer Meilenstein im Material Jetting wurde mit dem von ACEO entwickelten Silikon-3D-Druck erreicht ®, einem Geschäftsbereich des deutschen Chemieriesen Wacker Chemie AG. Die erstmals 2016 vorgestellte Technologie von ACEO® verwendet eine „Drop-on-Demand“-Technik, um 100 % Silikon sowie Teile aus mehreren Materialien mit unterschiedlichen Farben und Härten herzustellen.

Gemeinsame Anwendungen

Die Vorteile von Material Jetting machen es zu einer idealen Technologie sowohl für den Prototypenbau als auch für den Werkzeugbau. Designer können beispielsweise die Multi-Material-Fähigkeiten von Material Jetting nutzen, um hochpräzise, ​​vollfarbige visuelle Prototypen zu produzieren.

Ein gutes Beispiel dafür ist das Audi Pre-Series Center:mit Stratasys ' Material Jetting-Technologie ist es dem Automobilhersteller gelungen, voll funktionsfähige Multi-Material-Prototypen zu erstellen, um seinen Design-Verifizierungsprozess zu beschleunigen.

Die Medizinindustrie verwendet zunehmend Material Jetting für die Herstellung realistischer anatomischer Modelle sowohl für Ausbildungszwecke als auch für die präoperative Planung und Ausbildung.

Material Jetting kann in medizinischen Universitäten und Krankenhäusern verwendet werden, um vollfarbige anatomische Modelle in 3D zu drucken, die wie echte Körperteile aussehen. Solche Modelle verhelfen nicht nur Medizinstudenten zu einer besseren Lernerfahrung, sondern ermöglichen Chirurgen auch eine effizientere Planung und Vorbereitung einer Operation als dies mit einem 2D-Bild möglich wäre.

Außerdem ist Material Jetting gut -geeignet für die Kleinserienfertigung von Formen und Gussmodellen. Dank dieser 3D-Drucktechnologie können Werkzeuge für Spritzguss und Feinguss viel schneller und kostengünstiger hergestellt werden, während eine höhere Komplexität erreicht wird, die mit der herkömmlichen Werkzeugherstellung nicht möglich ist.

Material Jetting kann auch für den 3D-Druck nützlich sein elektronische Geräte. Der DragonFly 2020 Pro 3D-Drucker von Nano Dimension trägt beispielsweise leitfähige Silbertinten auf, um mehrschichtige elektronische Schaltungen, PCB-Prototypen und Antennen zu erstellen.

Material Jetting 3D-Drucker

Material Jetting 3D-Drucker haben ein vielfältiges Bauvolumen von mittleren (380 x 250 x 200 mm) bis hin zu großen Formaten (1000 x 800 x 500 mm), die an spezifische Anforderungen angepasst werden können, ohne die Genauigkeit zu beeinträchtigen 3D-gedruckte Teile. Stratasys und 3D Systems sind derzeit die wichtigsten Hersteller von Material Jetting 3D-Druckern.

Der 3D-Drucker ProJet MJP 5600 von 3D Systems verwendet beispielsweise die proprietäre MultiJet-Drucktechnologie, um farbenfrohe Teile aus mehreren Materialien für das Prototyping und die schnelle Werkzeugherstellung herzustellen. Das System ist mit den firmeneigenen VisiJet®-Materialien kompatibel. Das Druckvolumen der Maschine beträgt 518 x 381 x 300 mm, ideal für mittelgroße Bauteile.

Der J750 3D-Drucker ist die neueste Entwicklung bei den Material Jetting Systemen von Stratasys. Der J750 setzt auf die proprietäre PolyJet-Technologie. Die Maschine verfügt über ein Bauvolumen von 490 x 390 x 200 mm und bietet auch Multicolor- und Multimaterial-3D-Druck mit den 6 verschiedenen Materialien gleichzeitig.

Zusammenfassend

Material Jetting ist eine ideale Technologie zum Erstellen von funktionalen Prototypen und Werkzeugen, da es Vollfarb- und Multimaterialteile mit hoher Maßgenauigkeit liefert.

Allerdings mit Photopolymer und anderen Materialien unter laufendem Durch weitere Forschungen hat Material Jetting auch das Potenzial, innovative Lösungen für die Endteilfertigung zu bringen, insbesondere im Bereich der 3D-gedruckten Elektronik.

Dank seiner Drop-on-Demand-Technologie zeigt Material Jetting auch verspricht Bioprinting mit der Fähigkeit, die regenerative Medizin und das Tissue Engineering zu revolutionieren.