PolyJet 3D-Druck erklärt: Unterschiede zu FDM und SLA

Inzwischen hat fast jeder von 3D-Druck gehört und wie er zahlreiche Branchen revolutioniert und täglich neue Möglichkeiten schafft. Die bei Maker-Communities beliebtesten Technologien sind Fused Deposition Modeling (FDM) und Stereolithografie (SLA). Anspruchsvollere Anforderungen erfordern jedoch oft teurere, industrietaugliche Maschinen – wie PolyJet-Drucker.

Man fragt sich: Was sind diese Geräte, wie werden sie eingesetzt und wie hoch sind die Kosten?

PolyJet-Drucker arbeiten, indem sie Tropfen von Photopolymeren Schicht für Schicht auftragen. Jede Schicht wird sofort unter UV-Licht ausgehärtet, sodass das Objekt systematisch aufgebaut wird. PolyJet ermöglicht Multi-Material-Druck, wodurch Modelle mehr als ein technisches Profil haben können. Aufgrund dieser Vorteile findet die Technologie in Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Mode, Bahntechnik und Medizintechnik Anwendung.

Was ist ein PolyJet-3D-Drucker?

Bezeichnungen in der 3D-Druck-Welt können verwirrend sein – oft gibt es zwei oder mehr Namen für exakt dieselbe Technologie. Ein klassisches Beispiel: FDM (Fused Deposition Modeling) und FFF (Fused Filament Fabrication) bezeichnen beide den Druck mit thermoplastischem Filament.

PolyJet (oder Poly Jet) verhält sich ähnlich: Es basiert auf denselben Prinzipien wie Material Jetting (MJ). Das Unternehmen Stratasys entwickelte seine eigene Flüssigstrahl-Technologie und nannte sie PolyJet, weil der Name auf die Technologie verweist.

Dieses Verfahren nutzt Photopolymere als Baumaterial. Der Druckkopf sprüht winzige Photopolymer-Tropfen auf die Bauplattform, die sofort durch UV-Licht ausgehärtet werden. Der Prozess ist extrem schnell und erreicht die höchsten Genauigkeitswerte der 3D-Druck-Industrie.

Das Unternehmen 3D Systems vermarktet seine Geräte mit dieser Technologie als MJ- oder MultiJet-Drucker. Auch hier leitet sich der Name direkt von einem technologischen Aspekt ab: Mehrere Düsen sprühen das flüssige Photopolymer präzise auf die Bauplatte.

Wie man sieht, mögen die Bezeichnungen zunächst verwirrend wirken, sind aber tatsächlich logisch. Dass sich die Industrie nicht auf einen gemeinsamen Namen für eine bestimmte Technologie einigen konnte, liegt maßgeblich an Branding und Marketing. Je mehr Aufmerksamkeit ein Unternehmen um seine Produkte erzeugt, desto besser das Geschäftsergebnis – ähnlich wie bei „Survivor“, wo zu Outwit, Outsmart und Outplay eine vierte Dimension hinzukommt: „Outname“.

Photopolymer-Jetting fällt in die Kategorie Material Extrusion/Jetting. Material Jetting umfasst Technologien, die flüssiges Photopolymer aus einem Druckkopf strahlen und durch UV-Licht aushärten. Nicht alle, aber die meisten Material-Jetting-Verfahren nutzen Photopolymere als Baumaterial.

Stratasys gilt als Weltmarktführer im FDM/FFF-Bereich. Die Übernahme von Objet 2012 brachte PolyJet- und PolyJet-Matrix-Drucker hervor. Diese Geräte beherrschen Multi-Material- und Multi-Color-Druck und liefern höchste Druckqualität.

Wie funktioniert ein PolyJet-Drucker?

In vielerlei Hinsicht ähnelt PolyJet 3D-Druck herkömmlichen Tintenstrahldruckern. Der Unterschied: PolyJet druckt dreidimensionale Modelle – also mit einer zusätzlichen Dimension. Dies geschieht durch schichtweisen Aufbau, ähnlich wie beim FDM-Druck.

Jede aufgetragene Schicht wird unter UV-Licht ausgehärtet, sodass der Druck systematisch wächst. Nach Abschluss kann das Teil sofort entnommen und genutzt werden, ohne weiteres Nachhärten – ein enormer Zeitvorteil.

Stützstrukturen sind dennoch für Überhänge und geometrische Elemente erforderlich, die bis zur vollständigen Aushärtung Halt benötigen. Ein spezielles gelartiges Stützmaterial wird dort eingesetzt, wo Unterstützung nötig ist. Nach dem Druck lassen sich die Stützen einfach von Hand entfernen, mit Wasser abwaschen und abschließend in einer chemischen Lösung auflösen.

Zu den Vorteilen zählen hohe Druckgeschwindigkeit, außergewöhnliche Präzision und Oberflächenqualität sowie eine große Materialvielfalt, die simultan verarbeitet werden kann – wie beim Stratasys Objet Connex 3D-Drucker.

PolyJet-Drucker arbeiten nach demselben Prinzip wie Material-Jetting-3D-Drucker. Vor Druckbeginn muss das Photopolymer im Materialbehälter auf die optimale Temperatur erhitzt werden, um die richtige Druckviskosität zu gewährleisten.

Der Druck startet mit dem Bewegungswagen, der sich entlang der X-Achse der Bauplattform bewegt. Dabei sprüht der Druckkopf das Harz in feinsten Tropfen selektiv auf die Plattform, wo es sofort durch UV-Licht ausgehärtet wird.

Dank mehrerer Druckköpfe werden Stützstrukturen gleichzeitig mit speziellem, leicht entfernbaren Stützmaterial gedruckt. Nach jeder Schicht senkt sich die Bauplattform um einen Schritt, und der Vorgang wiederholt sich, bis das Teil fertig ist. Auch Bio-Harze gehören zum umfangreichen Materialspektrum.

Bei PolyJet-Technologie werden fertige Drucke mit Druckwasser von Stützmaterial befreit und anschließend in eine chemische Lösung getaucht, um letzte Reste aufzulösen. MultiJet-Drucker nutzen Paraffinwachs als Stützmaterial, das in einem Ofen ausgeschmolzen werden muss.

Es ist immer aufschlussreich, einen Drucker in Aktion zu sehen, um das Funktionsprinzip vollständig zu verstehen – schauen Sie sich dazu das folgende Video an!

Ähnelt PolyJet dem FDM-Verfahren?

Zwar bauen sowohl PolyJet- als auch FDM-Drucker Schicht für Schicht auf, doch die Prozesse unterscheiden sich grundlegend. FDM nutzt Thermoplaste, PolyJet flüssige Photopolymere.

Beim FDM-Druck wird thermoplastisches Filament von einer Spule in den Druckkopf geführt, dort geschmolzen und als Schicht extrudiert, die abkühlt und erstarrt. Jede Schicht durchläuft denselben Prozess bis zur Fertigstellung. Beim PolyJet-Druck wird jede Schicht flüssigen Harzes durch UV-Licht ausgehärtet, und die Schichten bauen sich zum fertigen Teil auf.

Ähnelt PolyJet dem SLA-Verfahren?

PolyJet ähnelt SLA darin, dass beide flüssiges Harz nutzen, das durch UV-Licht ausgehärtet wird. Die Prozesse unterscheiden sich jedoch stark: SLA druckt das Modell kopfüber aus einem Harzbehälter (Vat), während PolyJet winzige Tropfen auf eine Bauplatte sprüht und das Objekt so aufbaut.

Beide Verfahren arbeiten schichtweise, aber PolyJet bietet klare Vorteile gegenüber SLA: Es ist nicht auf einen Harztyp beschränkt, das Stützmaterial wird einfach abgewaschen – ohne zeitaufwendige Nachbearbeitung. Hinsichtlich Bauraum ermöglicht PolyJet größere Volumen dank der sofort ausgehärteten Oberfläche.

Der größte Vorteil: Multi-Material-Nutzung, die die Struktur des Endprodukts variieren lässt. Wo SLA ein einheitliches, in seiner Steifigkeit festes Teil produziert, kombiniert PolyJet unterschiedliche Materialien im selben Druck – so können Bereiche steif, andere flexibel sein.

Welche Materialien nutzen PolyJet-Drucker?

Das Spektrum an Photopolymer-Materialien für PolyJet ist breit und deckt vielfältige Anwendungen ab. Im Folgenden einige Beispiele mit Mehrwert für Medizin und Zahntechnik:

• BoneMatrix: Modelle, die poröse Knochenstrukturen, fibrotisches Gewebe und Bänder nachahmen.
• GelMatrix: Detaillierte Gefäßstrukturen.
• Med610: Chirurgische Schablonen für Dentalimplantate oder orthopädische Eingriffe.
• Med620: Präzise Anprobmuster für zahnmedizinische Arbeiten.
• Med690: Design langlebiger Kronen und Brücken.
• VeroFlex: Design von Brillenfassungen.

Beeindruckend ist, wie die verschiedenen Materialien die reale Funktion des gedruckten Teils nachahmen. In der Zahnmedizin lassen sich weichere Prothesenbasen erstellen, die sich wie weicher Gummi anfühlen und den Druck auf das darunterliegende Zahnfleisch reduzieren. Die Fähigkeit, robuste Prothesen zu fertigen, die sich wie echtes Gewebe und Knochen anfühlen, ist bemerkenswert.

Vor- und Nachteile des PolyJet-3D-Drucks

Wie alles im Leben hat auch PolyJet Vor- und Nachteile. Da 3D-Druck ein Teilbereich des Lebens ist, gilt das auch hier. Lassen Sie uns die Punkte durchgehen.

Vorteile

• PolyJet-Drucke erreichen Genauigkeiten bis 16 Mikrometer und eine Oberflächengüte, die dem Spritzguss sehr nahekommt. Der Prozess erlaubt den gleichzeitigen Druck mehrerer Teile ohne Geschwindigkeitsverlust.
• Designs lassen sich in Vollfarbe erstellen und mit unterschiedlichen Materialien in einem Druck kombinieren – möglich durch multiple Druckköpfe.
• Die Aushärtung erfolgt instantan; Drucke sind sofort einsatzbereit.
• PolyJet liefert überlegene Detailgenauigkeit, und Stützstrukturen lassen sich nach dem Druck einfach abwaschen.
• Aktuell stehen über 100 Druckmaterialien zur Auswahl – Tendenz steigend.

Nachteile

Trotz der vielen Vorteile zeigen die mechanischen Eigenschaften Schwächen: Sie sind oft schlechter als bei FDM- und SLA-Teilen. PolyJet-Drucke sind hitze- und lichtempfindlich und verlieren im Laufe der Zeit an Festigkeit. Dies hängt jedoch stark vom verwendeten Material ab – dank des riesigen Portfolios lassen sich die meisten Anwendungsfälle durch richtige Materialwahl adressieren.

Ein weiterer Nachteil: Material-Jetting-Drucker und -Materialien sind sehr teuer und für viele 3D-Enthusiasten unerschwinglich.

Ist PolyJet teuer?

Die kurze Antwort: Ja, PolyJet ist teuer. Das liegt daran, dass Material Jetting eine relativ neue Ergänzung im 3D-Druck ist und vorwiegend in professionellen Umgebungen eingesetzt wird. Das sollte aber nicht davon abhalten, die Optionen gegenüber FDM oder SLA zu prüfen.

Wer einen PolyJet-Drucker anschaffen möchte, muss mit mindestens 35.000 € rechnen. Bei dieser Investition sollte der Verwendungszweck klar sein – der Druck hochwertiger Poly-Pikachus wird sich finanziell kaum lohnen.

Empfohlene Alternativen für den Heimgebrauch

Sofern Sie nicht 35.000 € investieren möchten, sollten Sie sich nach Alternativen umsehen.

Es gibt diverse Drucker am Markt, die das Budget schonen und dennoch ansehnliche Modelle liefern.

Ich besitze einen Ender 3 Pro – ein fantastischer Drucker für unter 200 €. Wer mehr investieren möchte, greift zum Prusa MK3S+, der besser ist, aber auch etwas mehr kostet („etwas“ ist hier relativ).

Für Resin-Druck-Fans empfehle ich Elegoo-Drucker wie den Elegoo Mars 3 Ultra 4K – hervorragend für hochdetaillierte Miniaturen.

Anwendungsbereiche des PolyJet-3D-Drucks

Wie erwähnt ist das Anwendungsspektrum breit und wird in professionellen Umgebungen nachgefragt, da die Technologie auch bei komplexen Designs feinste Details und filigrane Strukturen meistert.

In den USA findet sich PolyJet in Automobil, Architektur, Industrie und Bildung. Die Medizintechnik setzt stark auf PolyJet für Prothesen, Gelenkersatz und Zahnmedizin. Dentalanwendungen sind in entwickelten Ländern verbreitet, in Schwellenländern wie Indien jedoch noch wenig – hier besteht großes Wachstumspotenzial weltweit.

PolyJet im Gesundheitswesen

Die Zahnmedizin hat Material Jetting übernommen, da es den Markt für transparente Aligner skalierbar gemacht hat. Die einfache Bedienung und hohe Druckgeschwindigkeit ermöglichen On-Demand-Fertigung.

Luft- und Raumfahrt

Enorme Einsparungen wurden durch PolyJet realisiert – ein Beispiel: Das US-Verteidigungsministerium sparte 3,8 Mio. $, weitere 15 Mio. $ werden in den nächsten 10–15 Jahren erwartet.

Bei stetig neuen Flugzeugentwürfen sind Prototypenteile essenziell – und Material Jetting ist der einfachste Weg, sie exakt nach Spezifikation zu fertigen.

Automobilindustrie

Die Automobilbranche profitiert stark von 3D-Technologien. Material Jetting als Option für Rapid Prototyping, Werkzeuge, Vorrichtungen und Serienteile hat die Industrie weiter vorangebracht.

Bahntechnik

Mit PolyJet wurde die Fertigungszeit für kundenspezifische, serienreife Teile um bis zu 95 % reduziert – in jeder Branche ein Gewinn an Effizienz und Reaktionsfähigkeit bei gleichzeitig hoher Sicherheitskonformität.

Kunst & Mode

Kunst und Mode kollaborieren mit 3D-Druck, wobei Unternehmen wie Stratasys Innovation mit Schöpfung verbinden, die nicht nur technologischen Fortschritt, sondern auch philosophische und kulturelle Dimensionen widerspiegelt. Ein Beispiel: Schokoladendruck – nur eine von vielen PolyJet-Anwendungen.

Fazit

Sie sollten nun nicht nur PolyJet-Druck gut verstehen, sondern vielleicht auch den Wunsch verspüren, einen zu besitzen. Während Sie auf die 35.000 € sparen, empfehle ich persönlich einen Hobby-FDM- oder SLA-Drucker, um in die riesige 3D-Druck-Welt einzutauchen. Sie werden nicht nur feststellen, ob Sie Interesse an der Branche haben, sondern möglicherweise auch lernen, dass Sie kein industrielles High-End-Gerät für Ihre Bedürfnisse brauchen.

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