Binder-Jetting-Maschinen:Ausführlicher Leitfaden zu Typen, Verwendungen, Vorteilen und Einschränkungen

Wer sich für die Vorteile und fantastischen Ergebnisse der additiven Fertigung interessiert, hat eine lange Liste an Methoden zur Auswahl. Besonders hervorzuheben ist dabei das Binder-Jetting-Verfahren, das die Welt der Flüssigkeiten und Pulver mischt, um Druckprodukte für die Bereiche Kunst, Luft- und Raumfahrt, Medizin und Industrie (und noch mehr) herzustellen. 

Für diejenigen, die mit dem Binder Jetting noch nicht ganz vertraut sind, gehen wir detaillierter darauf ein, was das Verfahren mit sich bringt, welche Vor- und Nachteile es hat und für welche Anwendungen es normalerweise am besten geeignet ist.

Was ist Binder Jetting (BJ)?

Binder Jetting (oder BJ) ist eine der vielen verfügbaren 3D-Drucktechnologien. Genauer gesagt funktioniert es, indem ein industrieller Druckkopf verwendet wird, um einen flüssigen Wirkstoff und ein Pulver zu kombinieren und zu verbinden. Es kann auf diese Weise Sand-, Metall-, Verbund- und Keramikteile drucken und ist hervorragend in der Lage, qualitativ hochwertige Konstruktionen zu erstellen. Zwei Beispiele für Systeme, Maschinen und Software, die es gibt, sind ProJet MJP 5600 von 3D Systems und J5 MediJet von Stratasys.

Wie funktioniert Binder Jetting (BJ)?

Lassen Sie uns etwas genauer auf die Funktionsweise des Binder Jetting eingehen. Die Schritte zum Drucken eines Teils mit Binder Jetting sind:

1. Zuerst erstellen Sie eine CAD-Datei Ihres Designs. Dieses wird dann in Scheiben geschnitten und sendet Anweisungen in der richtigen Reihenfolge an den Binder-Jetting-Drucker. 
2. Dann bedeckt eine Walze die Bauplattform mit einer gleichmäßigen, dünnen Pulverschicht.
3. Als nächstes bewegt sich der Druckkopf und trägt den flüssigen Bindemittelklebstoff auf bestimmte Bereiche des Pulvers auf, basierend auf der geschnittenen Feile des Objekts. 
4. Die Bauplattform wird dann um die Dicke einer Schicht abgesenkt. 
5. Eine weitere Schicht Pulver wird mit der Walze verteilt und die gleichen Schritte wiederholen sich, wobei das Bindemittel auf bestimmte Teile des Pulvers getropft wird. Dies geschieht Schicht für Schicht, bis Sie Ihr fertiges Produkt haben.
6. Sobald es fertig ist, wird alles Pulver, das nicht verwendet wurde, übrig bleiben und von der Bauplattform entfernt.

Was sind die Vorteile des Binder-Jetting-3D-Drucks?

Hier sind einige der Vorteile des Binder-Jetting-Drucks gegenüber anderen Methoden:

• Kann Builds mit präzisen Abmessungen erstellen
• Funktioniert bei Raumtemperatur (was hilft, Verformungen und Eigenspannungen zu reduzieren
).
• Mit BJ können Sie sowohl große als auch kleine Builds erstellen
• Es ist viel schneller, wenn man es mit anderen 3D-Drucktechniken vergleicht
• Es ist günstiger und energieeffizienter als Lasermodelle
• Materialien wie Keramik- und Metallpulver sind tendenziell günstiger
• Das ungebundene Pulver dient als natürliche Unterstützung und sorgt für mehr Flexibilität und weniger Abfall
• Nicht verwendetes Pulver kann für zukünftige Druckaufträge wiederverwendet werden

Was sind die Nachteile des Binder-Jetting-3D-Drucks?

Obwohl es eine ganze Reihe von Vorteilen bietet, gibt es beim Binder Jetting auch einige Nachteile, die man beachten sollte: 

• Mit Binder Jetting hergestellte Metallkonstruktionen können eine höhere Porosität und schlechtere mechanische Eigenschaften aufweisen
• Für Strukturteile ist dies nicht immer eine Option
• Im „grünen“ Zustand können Teile spröde sein
• Eine Nachbearbeitung ist fast immer erforderlich, was den Zeitrahmen verlängert
• Binder Jetting hat in der Regel eine niedrigere Auflösung als andere 3D-Druckverfahren

Was ist der Prozess des Binder Jetting (BJ)?

Die Schritte zum Drucken eines Teils mit Binder Jetting sind wie folgt:

1. Erstellen und schneiden Sie eine CAD-Datei des Teils. Diese Datei wird dann verwendet, um Anweisungen in der richtigen Reihenfolge für das zu druckende Teil an den Drucker zu senden. 
2. Die Bauplattform wird mit einer dünnen Schicht pulverförmigen Materials bedeckt, das mit einer Walze gleichmäßig verteilt wird. 
3. Der Druckkopf trägt den Bindemittelklebstoff basierend auf der Schnittdatei des Objekts selektiv dort auf das Pulver auf, wo er benötigt wird. 
4. Die Bauplattform wird dann um die Dicke einer Schicht abgesenkt. 
5. Eine weitere Schicht Pulver wird über die vorherige Schicht verteilt. Die Pulverpartikel werden dann durch das flüssige Bindemittel miteinander verbunden und bilden den Gegenstand. Dieser Vorgang wird Schicht für Schicht wiederholt, bis das gesamte Objekt erstellt ist.
6. Ungebundenes Pulver bleibt um das Objekt herum an Ort und Stelle. Dies wird in den Nachbearbeitungsschritten entfernt.

Welche Arten von Binder Jetting (BJ) gibt es?

Die Art der Binder-Jetting-Maschine, die Sie verwenden, hängt davon ab, welches Bindemittel und welches Pulver verwendet wird. Zu den gängigen Bindemitteltypen, die beim Binder Jetting verwendet werden, gehören:

Polymerbindemittel

Polymerbindemittel werden normalerweise mit Keramikpulvern kombiniert und können durch Wärmebehandlung entfernt werden. Sie haben eine niedrigere Viskosität und lassen sich im BJ-Druck recht einfach auftragen. 

Wasserbasierte Bindemittel

Sie finden diese Bindemittel in Kombination mit Sand oder anderen Mineralpulvern. Sie sind umweltfreundlicher und können durch Trocknen oder Sintern leicht entfernt werden.

Lösungsmittelbasierte Bindemittel

Lösungsmittelbasierte Bindemittel funktionieren am besten mit Metall- und Keramikpulvern und können durch einen Prozess entfernt werden, der treffend als Lösungsmittelentbinderung bezeichnet wird. Sie haben einen hohen Feststoffgehalt und lassen sich leicht auf das Bett auftragen.

Furanbinder

Furan-Bindemittel werden mit Furfurylalkohol hergestellt und oft zusammen mit Sandpulvern zur Herstellung von Formen und Kernen zum Gießen verwendet, insbesondere für komplexere Designs. Sie weisen eine gute mechanische Festigkeit und thermische Stabilität auf und können durch Hitze oder Säurekatalysatoren ausgehärtet werden. Sie können die Formen ganz einfach vom Guss lösen. 

Silikatbindemittel

Diese aus Natriumsilikat oder Kaliumsilikat hergestellten Bindemittel sind eine weitere Option beim Gießen und funktionieren gut mit Sandpulvern (und eignen sich hervorragend für Eisenmetalle, sobald die Form hergestellt wurde). Sie haben gute feuerfeste Eigenschaften und vertragen hohe Temperaturen problemlos. Sie werden durch Trocknen oder durch Zugabe eines Säurekatalysators ausgehärtet. 

Phenolisches Bindemittel

Eine weitere Möglichkeit für Gießzwecke sind phenolische Bindemittel (hergestellt aus Phenol-Formaldehyd-Harzen). Sie verfügen über eine gute mechanische Festigkeit und Dimensionsstabilität und können durch Hitze ausgehärtet werden. Sie sind fantastisch, wenn Sie hochfeste, hochtemperaturbeständige Produkte benötigen.

UV-Bindemittel

Für diese Art von Bindemittel benötigen Sie Zugang zu UV-Licht und sie funktionieren nicht mit vielen Materialien (am besten sind Photopolymerharze), aber sie produzieren hochauflösende und komplexe Teile.

Welche Materialien können für Binder Jetting (BJ) verwendet werden?

Es gibt viele Materialien, die Sie für das Binder Jetting verwenden können. Hier ist eine Übersicht über die wichtigsten Typen:

• Metalle: Edelstahl, Titan, Aluminium und Kupfer, wodurch Teile mit hoher Festigkeit und Haltbarkeit entstehen. 
• Keramik: Fliesen, Sanitärartikel und Isolatoren unter Verwendung von Materialien wie Aluminiumoxid, Zirkonoxid und Siliziumkarbid.
• Sand: Gemischt mit einem Bindemittel (wie Furan, Silikat oder Phenol), um Formen und Kerne für den Gießereiguss herzustellen. 
• Kunststoffe: Pulver wie Polyamid, Polypropylen und Polycarbonat zur Herstellung von Konsumgütern oder Teilen für die Automobil- und Medizinindustrie.
• Verbundwerkstoffe: Kohlefaser und Glasfaser gemischt mit einem Polymerbindemittel.

Weitere Informationen finden Sie in unserem vollständigen Leitfaden zu 3D-Druckmaterialien.

Was sind Beispiele für Binder-Jetting-3D-Druck?

Nachfolgend finden Sie einige Beispiele für Binder-Jetting-3D-Drucksysteme:

1. ProJet MJP 5600 von 3D Systems.
2. J5 MediJet von Stratasys.

Was sind die Anwendungen des Binder Jetting?

Es gibt so viele Einsatzmöglichkeiten für diese Art des 3D-Drucks, und diese komprimierte Liste deckt nur einen kleinen Teil davon ab:

• Prototypen
• Luft- und Raumfahrtkomponenten 
• Casting-Muster 
• Schmuck
• Vollfarbige Dekorationsobjekte
• Kerne und Formen
• Werkzeuge

FAQs zum Binder Jetting

Wie viel kostet Binder Jetting?

Typischerweise kosten Binder-Jetting-Maschinen mehr als 100.000 US-Dollar. Für Geschäftsinhaber und Hersteller ist dies oft recht wirtschaftlich, da diese Drucker nicht so viel Strom verbrauchen und günstigere Materialien verwenden.

Ist Binder Jetting ein schneller 3D-Druckprozess?

Ja, tatsächlich wird Binder Jetting oft als die schnellste 3D-Drucktechnologie angesehen. Es können große Mengen in kürzerer Zeit produziert werden, ohne dass die Präzision darunter leidet.

Benötigt Binder Jetting 3D-Druck Unterstützung?

Nein, beim Binder Jetting sind in der Regel keinerlei zusätzliche Stützstrukturen erforderlich, da das Pulver, das auf das Druckbett gerollt wird, diese bereits bietet. Dies bedeutet, dass mehrere Teile gleichzeitig auf demselben Pulverbett gedruckt werden können, was ideal für die Produktion kleiner bis mittlerer Serien ist.

Funktioniert Binder Jetting nur mit Metallen?

Nein, Binder Jetting funktioniert mit weit mehr Materialien als nur Metallen. Sie können auch mit Sand, Keramik und einigen Polymeren drucken.

Kat de Naoum

Kat de Naoum ist eine Autorin, Autorin, Redakteurin und Inhaltsspezialistin aus Großbritannien mit mehr als 20 Jahren Erfahrung als Autorin. Kat hat Erfahrung als Autorin für verschiedene Fertigungs- und Technikunternehmen und liebt die Welt des Ingenieurwesens. Neben ihrer Tätigkeit als Schriftstellerin war Kat fast zehn Jahre lang als Rechtsanwaltsgehilfin tätig, davon sieben Jahre in der Schiffsfinanzierung. Sie hat für zahlreiche Publikationen geschrieben, sowohl in gedruckter Form als auch online. Kat hat einen BA in englischer Literatur und Philosophie sowie einen MA in kreativem Schreiben von der Kingston University.

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