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Multi Jet Fusion und selektives Lasersintern

Multi Jet Fusion und selektives Lasersintern sind zwei der gängigsten 3D-Druckverfahren, doch welches davon ist für Fertigung, Rapid Prototyping oder Serienproduktion am besten geeignet? Das hängt weitgehend von den jeweiligen Umständen ab, daher möchten wir die beiden Verfahren und ihre Vor- und Nachteile hier etwas näher betrachten.

Multi Jet Fusion

Multi Jet Fusion ist ein 3D-Druckverfahren, das eine gewisse Ähnlichkeit mit dem Binder Jetting aufweist und für die Fertigung ähnlicher Komponentenarten eingesetzt wird. Das 3D-Druckteil wird mithilfe eines flüssigen Bindemittels schichtweise aus einem Pulvermaterial aufgebaut. Nachdem diese Flüssigkeit an das Pulverbett abgegeben wurde, wird ein als Detailing Agent bezeichnetes wärmehemmendes Mittel aufgetragen, mit dem feine Details und eine glatte Oberfläche erzielt werden. Weil die Pulver so fein sind, lassen sich damit sehr detailreiche Komponenten fertigen.

Bei einem Multi Jet Fusion-Verfahren werden durch ein Düsen-Array, selektiv ein wärmeleitendes Mittel, der „Fusion Agent“, und ein wärmehemmendes Mittel, der „Detailing Agent“, in ein Bett aus Polyamidpulver eingespritzt. Eine Wärmequelle bewirkt die Verschmelzung zu einer festen Schicht. Danach wird eine neue Pulverschicht auf das Bett aufgebracht. Dieser Prozess wird wiederholt, bis das Teil fertig ist.

Anschließend wird das gesamte Pulverbett mit dem eingekapselten Teil in eine Verarbeitungsstation gebracht, wo ein Großteil des losen Pulvers durch ein integriertes Vakuumsystem entfernt wird. Dann werden die Teile perlgestrahlt, um zurückgebliebene Pulverreste zu entfernen, bevor sie schließlich die Abteilung für die Oberflächenbehandlung erreichen, wo sie aus ästhetischen Gründen schwarz gefärbt werden.

Dieser 3D-Druckprozess benötigt zur Verschmelzung des Pulvers weniger Wärme als SLS. Eine Abkühlung des fertigen Teils ist dennoch erforderlich, sie geht aber wesentlich schneller. An dieser Stelle wird der Baukasten in die Nachbearbeitungsstation gebracht, in der die Teile abgekühlt und für die Reinigung vorbereitet werden. Nach Entfernung des Pulvers ist das Objekt fertig.

Eines der Hauptverkaufsargumente für den Multi-Jet-Druck ist seine Fähigkeit, die gleichen detailreichen Komponenten hoher Qualität wie das Lasersintern zu produzieren, aber zu geringeren Kosten und in ca. einem Zehntel der Zeit! Weil das Verfahren jedoch nur Polymere verarbeiten kann, gibt es Einschränkungen in Bezug auf die Funktionstüchtigkeit und Strapazierfähigkeit der Komponenten.

Wenn es nicht nur auf Präzision, sondern auch auf hohe Festigkeit ankommt, ist als Alternative das selektive Lasersintern zu erwägen.

Key: Laser (1) Laserstrahl (2) Scanner (3) Fokussierter und direkter Strahl (4) Baukammer (5) gefertigtes Teil (6) Beschichter (7) Pulvervorratsbehälter (8) Kolben (9) Pulvervorratsbehälter (10)

Selektives Lasersintern

Das selektive Lasersintern (SLS) ist ein außerordentlich flexibles Fertigungsverfahren, das bei Produktdesignern und Ingenieuren sehr beliebt ist, weil es komplexe CAD-Geometrien mittels CAM schnell in funktionsfähige physische Modelle verwandeln kann. Da mit SLS Teile aus leicht herzustellenden und kommerziell verfügbaren Werkstoffen wie Polyamid produziert werden können, entscheiden sich immer mehr Unternehmen für SLS, wenn es um die Prototypenherstellung und Teilefertigung in kleineren Serien geht. Selektives Lasersintern ist ein als Pulverbettfusion (PBF) bezeichnetes Verfahren, bei dem ein Bett aus einem pulverförmigen Polymer durch eine leistungsstarke, gerichtete Wärmequelle wie zum Beispiel einen Laser schichtweise verfestigt wird.

Wie funktioniert das genau?

Der SLS -Prozess beginnt mit der Konvertierung der vom Kunden erstellten 3D-CAD-Daten in eine in Ebenen zerlegte STL-Datei. Dies geschieht mit urheberrechtlich geschützter Software, die speziell zu diesem Zweck entwickelt wurde. Die STL-Datei wird dann zum Drucken an die SLS-Maschine übermittelt. Der Druckwerkstoff wird bis knapp unter dem Schmelzpunkt erwärmt, dann wird das Zufuhrbett geringfügig angehoben (in der Regel um weniger als 0,1 mm). Eine Walze verteilt dann frisches Pulver über die Bauplattform bzw. das Teilebett.

Die erste Schicht entsteht, indem ein CO2-Laser die Konturen abfährt und das Material bei Kontakt verschmelzt. Wenn die erste Schicht fertig ist, wird die Bauplattform bzw. das Teilebett um eine vordefinierte Distanz abgesenkt, während das Zufuhrbett angehoben und eine neue Pulverschicht auf die Bauplattform aufgestrichen wird. Nun wird die Kontur auf der nächsten Schicht abgefahren, und der Prozess wird Schicht für Schicht wiederholt, bis das Modell fertig aufgebaut ist. Nach einer Abkühlzeit wird das Modell herausgenommen. Loses Material wird abgebürstet, und das Teil ist fertig.

Welches Verfahren eignet sich am besten?

Das hängt von der Anwendung und vom gewünschten Material ab. Der Hauptunterschied zwischen MJF und SLS besteht in der verwendeten Wärmequelle. Bei SLS kommt ein CO2-Laser zur Anwendung, mit dem jede horizontale Schicht abgefahren und gesintert wird. MJF arbeitet mit einer Tinte, die mit einem Fusing Agent vermischt ist und die auf das Pulver aufgebracht wird und die Absorption von infrarotem Licht fördert. Eine Infrarot-Energiequelle wird dann über die Bauplattform geführt und verschmelzt die mit Tinte versehenen Bereiche. Aufgrund seiner Leistungskraft kann SLS viele unterschiedliche Materialien verarbeiten, während MJF das Endprodukt eigentlich nur aus Polymerpulver aufbauen kann.
Mit SLS lassen sich festere Komponenten produzieren, aber MJF ist wesentlich schneller.

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