Ein Überblick über das Binder-Jetting

Was ist Binder Jetting? 1993 entwickelte das Massachusetts Institute of Technology diese Tintenstrahl-in-Pulverbett-Form des 3D-Drucks, um komplexe Teile aus einer Vielzahl von Materialien zu drucken. Heutzutage gibt es Binder-Jetting-Anwendungen in mehreren Branchen, und Sie können alles von Metallteilen über große Sandgusskerne bis hin zu vollfarbigen Prototypen erstellen. Binder Jetting ist schnell und kostengünstig, aber viele Produktteams sind mit diesem Herstellungsprozess nicht vertraut. Folgendes müssen Sie wissen.

Was ist Binder Jetting?

Während viele andere 3D-Druckverfahren eine einzelne Düse oder einen Laser verwenden, um Teile Schicht für Schicht zu erzeugen, wird beim Binder-Jetting flüssiges Bindemittel auf ein Pulverbett gesprüht. Tatsächlich ähnelt der Binder-Jetting-3D-Druckprozess dem, wie ein 2D-Drucker Tinte auf Papier aufträgt. Es wird hauptsächlich zum Drucken von Metall, Sand und Keramik verwendet und ist bekannt für seine Geschwindigkeit, Erschwinglichkeit und die Fähigkeit, große Teile zu drucken.

Um mit dem Binder-Jetting-Prozess zu beginnen, müssen Sie ein digitales Modell Ihres Teils erstellen, es in Scheiben schneiden und an Ihren Fertigungspartner senden. Sie geben es dann in den Binder-Jetting-Drucker ein. Dann verteilt eine Wiederbeschichtungsklinge oder -walze eine dünne Pulverschicht auf der Bauplattform, und ein Schlitten mit Inkjet-Düsen fährt über das Pulverbett und bringt Bindemitteltropfen auf. Wenn Sie ein vollfarbiges Teil erstellen, trägt die Maschine während dieses Schritts auch farbige Tinte auf.

Die Bauplattform senkt sich dann entsprechend der Schichtdicke Ihres Modells ab. Die meisten vollfarbigen Modelle haben eine Schichthöhe von 100 Mikrometer, die meisten Metallteile haben eine Schichthöhe von 50 Mikrometer und die meisten Sandguss-Formmaterialien haben eine Schichthöhe zwischen 200 und 400 Mikrometer. Als nächstes beschichtet die Klinge oder Walze die Oberfläche neu und der Vorgang wiederholt sich, bis Ihr Teil fertig ist. Ihr Techniker kann Ihr Teil dann aushärten, um seine Festigkeit zu erhöhen, es vorsichtig von dem losen Pulver auf Ihrem Pulverbett befreien und es mit einer Bürste oder Druckluft reinigen.

Teile, die gerade mit Binder Jetting erstellt wurden, befinden sich in einem grünen Zustand und haben typischerweise eine hohe Porosität und schlechte mechanische Eigenschaften. Daher kann Ihr Techniker nach dem Drucken einige Nachbearbeitungsschritte hinzufügen, die je nach Material Ihres Teils variieren. Beispielsweise muss ein Metallteil möglicherweise mit einem Metall mit niedriger Schmelztemperatur wie Bronze gesintert werden. Wenn Sie ein vollfarbiges Teil haben, kann Ihr Ingenieur es mit Acryl infiltrieren, um seine Lebendigkeit zu verbessern. Wenn Sie einen Kern oder eine Form aus Sandguss haben, ist keine zusätzliche Bearbeitung erforderlich.

Allgemeine Materialien Binder-Jetting-Materialien

Binder-Jetting-Materialien fallen in drei Kategorien – Pulver, Sand und Metall.

Sandstein- und PMMA-Pulver

Da Binder-Jetting-3D-Druckmaschinen oft sekundäre Druckköpfe haben, die Farbe hinzufügen, während der primäre Druckkopf das Bindemittel hinzufügt, ist es einfach, vollfarbige Modelle mit Sandstein- oder Polymethylmethacrylat (PMMA)-Pulvern zu erstellen. Die resultierenden Teile sind jedoch sehr spröde – selbst nach der Verarbeitung – und werden am besten als nicht funktionale Modelle wie topografische Karten oder Figuren verwendet.

Sand

Sand und Quarzsand sind relativ erschwinglich und eignen sich daher hervorragend für die Herstellung von Einwegformen und -kernen. Mit Binder-Jetting-Sand können Sie nicht nur komplexe Geometrien erstellen, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer oder gar nicht herzustellen wären, sondern Sie können auch eine Maßgenauigkeit von ± 0,3 mm erreichen. Beachten Sie außerdem Folgendes:

• Sie benötigen keine zusätzliche Nachbearbeitung.
• Schichtdicken für Sandgusskerne und -formen liegen in der Regel zwischen 200 und 400 μm.
• Baugrößen können bis zu 2200 x 1200 x 600 mm betragen.

Metall

Binder Jetting ist auch eine beliebte Wahl für den 3D-Druck von Metall. Es ist bis zu zehnmal wirtschaftlicher als selektives Lasersintern (SLS) oder selektives Laserschmelzen (SLM) und bietet relativ große Baugrößen von bis zu 800 x 500 x 400 mm. Binder Jetting ermöglicht auch komplexe Geometrien, erfordert keine Stützstrukturen und hat eine Maßgenauigkeit von ± 0,2 mm.

Binder Jetting ist kompatibel mit Stahl, Titan, Chromit, Kupfer und mehr, aber Sie müssen Ihr Teil nachbearbeiten, um seine Festigkeit zu verbessern, egal welches Metall Sie verwenden. Zu den Nachbearbeitungsoptionen gehören:

• Infiltration: Bei der Infiltration wird ein ausgehärtetes Teil in einen heißen Ofen gelegt. Nach dem Abbrennen des Bindemittels reduziert sich die Bauteildichte auf ca. 60 %. Ihr Techniker kann dann die zurückbleibenden Hohlräume mit Bronze oder einem anderen Metall mit niedriger Schmelztemperatur füllen, bis es eine Dichte von mindestens 90 % erreicht. Infiltrierte Teile sind relativ stark und haben gute mechanische Eigenschaften, aber sie werden nach der Infiltration etwa 2 % kleiner sein.

• Sintern: Wenn Sie noch bessere mechanische Eigenschaften wünschen, können Sie Ihr Metallteil sintern lassen. Beim Sintern wird ein Teil in einem Ofen erhitzt, um seine Bindemittel auszubacken und seine Metallpartikel zu schmelzen. Gesinterte Teile haben eine hohe Korrosionsbeständigkeit und eine Porosität von 3 %, aber der Nachteil ist, dass sie oft um etwa 20 % von ihrer ursprünglichen Größe schrumpfen. Diese Schrumpfung ist möglicherweise nicht gleichmäßig, was zu Ungenauigkeiten nach dem Drucken führen kann, selbst wenn Ihr Design bereits 20 % Schrumpfung ausmacht.

Binder Jetting Vor- und Nachteile

Wenn Sie sich für Binder Jetting entscheiden, haben Sie folgende Möglichkeiten:

• Erreichen Sie eine relativ hohe Maßhaltigkeit: Da das Binder-Jetting bei Raumtemperatur erfolgt, müssen Sie sich keine Gedanken über Verzug machen und Ihr Teil bleibt sehr maßhaltig. Beim Binder-Jetting mit Metall müssen Sie sich auch keine Gedanken über den Abbau von Restspannungen während der sekundären Nachbearbeitung machen. Allerdings werden Sie nach dem Sintern wahrscheinlich eine Schrumpfung bemerken.

• Geld sparen: Das Binder-Jetting eines Metallteils ist mehr als zehnmal wirtschaftlicher als die Verwendung von SLM oder SLS. Es ist nicht nur günstiger, sondern verbraucht auch weniger Energie, da statt eines Lasers ein flüssiges Bindemittel verwendet wird. Außerdem sind Binder-Jetting-Keramik- und Metallpulver in der Regel günstiger als Pulver für SLS und SLM. Auf ähnliche Weise können Sie einen vollfarbigen Prototypen per Binder Jetting zu einem Bruchteil dessen herstellen, was normalerweise die Herstellung eines Prototyps per SLS, SLM oder Material Jetting kosten würde.

• Auf Unterstützungsstrukturen verzichten: Beim Binder Jetting bietet das ungebundene Pulver die gesamte Unterstützung, die Ihr Teil benötigt, wodurch die Notwendigkeit von Stützstrukturen entfällt und Sie mehr Gestaltungsfreiheit haben. Dies bedeutet auch kürzere Nachbearbeitungszeiten und weniger Materialverbrauch im Vergleich zu anderen 3D-Drucktechnologien.

• Reduzieren Sie Abfall: 100 % des unbenutzten Pulvers kann für zukünftige Drucke wiederverwendet werden, wodurch Sie Material und Geld sparen. Im Vergleich dazu sind nur 50 % des von SLS-3D-Druckern verwendeten Pulvers wiederverwendbar.

• Produzieren Sie schnell ein großes Teil oder mehrere kleinere Teile gleichzeitig: Binder-Jetting-Maschinen haben ein Bauvolumen von bis zu 2200 x 1200 x 600 mm, was bedeutet, dass Sie große Teile produzieren oder mehrere kleinere gleichzeitig bauen können.

Beim Einsatz von Binder Jetting sind jedoch einige Nachteile zu beachten. Beachten Sie Folgendes:

• Metall-Binder-Jetting-Teile haben aufgrund ihrer höheren Porosität schlechtere mechanische Eigenschaften als ihre SLS-Pendants.
• Binder Jetting bietet im Vergleich zu anderen 3D-Druckverfahren eine begrenzte Materialauswahl.
• Teile sind im grünen Zustand spröde, was bedeutet, dass Sie nur grobe Details drucken können.
• Die meisten Binder-Jetting-Teile erfordern eine Nachbearbeitung, was die Produktionszeiten erheblich verlängern und zu Ungenauigkeiten führen kann.

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Binder Jetting ist eine schnelle und erschwingliche Technologie, die sich hervorragend für große Drucke und Vollfarb-Prototypen eignet. Ist Binder Jetting das beste Verfahren für Ihr nächstes Projekt? Die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Fertigungspartner kann Ihnen helfen, die richtige Entscheidung zu treffen.

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