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    als nur 3D Druck?


    CAD Konstruktion

    in SolidWorks - erledigen wir auch.

Kunstharz 3D Druck
mit Polyjet

In diesem Verfahren wird flüssiges Kunstharz über Düsen ausgebracht und schichtweise aufgebaut. Im gleichen Arbeitsgang wird das Harz per UV-Strahlung gehärtet. Je nach Maschine und Werkstück unterscheiden sich die Zahl der verwendeten Düsen sowie die Größe der Düsenköpfe (Poly-Jet). Im Unterschied zu anderen Verfahren wird für diese Bauart immer eine Stützkonstruktion benötigt. Das führt zum einen zu höheren Materialkosten, zum zweiten ist für jedes Stück eine Nachbearbeitung erforderlich.

Der große Vorteil des 3D Drucks mit Polyjet liegt aber in der extrem hohen Genauigkeit, die auch durch die sehr niedrige Schichtstärke auf der Z-Achse erreicht wird. Diese beträgt nur 0,016mm. Damit lässt sich auch in Kreisläufen eine optisch hochwertige Wandform erzielen. Kunstharz ist im Ergebnis relativ spröde und weist dementsprechend eine niedrige Elastizität auf.

PLA drucken lassen

Bei uns kommt die Objet Eden 350V zum Einsatz. Ihre Bauteilgröße erreicht 350x350x200mm (Länge x Breite x Höhe). Die Firma Objet wurde vor wenigen Jahren von der Firma Stratasys erworben, die jetzt diese Maschinen vertreibt.

Die Maschine ist für den Fachmann einfach in der Handhabung und hat sich vielfach bewährt. Sie arbeitet schnell und ohne Vorlaufzeit. Ihr bevorzugtes Einsatzgebiet ist der Druck von hochpräzisen Werkstücken.

Das Verfahren ist ausgezeichnet geeignet für

  • Urmodelle für den Vakuumguss
  • Die Produktentwicklung vom Funktionsmuster bis zur Serienfertigung u.a. für
  • mechanische Funktionsmuster, exakte Versuchsteile,
  • hochpräzise Montageschablonen und Einstelllehren,
  • Plastikgehäuse

3D Druck Produkte aus der Objet Eden 350V

Kunstharz 3D Polyjet-Druck zusammengefasst

Vorteile Polyjet

  1. Optisch sehr gute Auflösung durch 0,016 mm Schichtstärke in der Z-Achse.
  2. Sehr schnell von der Bestellung zur Lieferung beim Kunden.
  3. Hoher Detaillierungsgrad.
  4. Sehr genaue Maßhaltigkeit.

Nachteile Polyjet

  1. Preisintensives Verfahren.
  2. Nachbearbeitung erforderlich.
  3. Vergleichsweise sprödes Material mit einem geringen Elastizitätsmodul.

Das Polyjet Verfahren – mikroskopische Präzision

Sie stellen höchste Ansprüche an den Detallierungsgrad und die Feinheit Ihrer Modelle oder Ihrer Prototypen? Dann ist diese Technologie unter den Angeboten in unserer 3D Druck-Dienstleistung möglicherweise die Herstellungsart Ihrer Wahl. Modelle, die wir als Ihr 3D Druck-Dienstleister mit dem Polyjet-Verfahren herstellen, erzielen ansonsten unerreichte Präzision und Genauigkeit. Erfahren Sie in unserem Service hier alles Wissenswerte über den Ablauf, die Technologie, die Materialien und typische Anwendungsbeispiele.

Geschichte der Polyjet-Technologie

Die Multi-Jet-Modeling Technik, heute besser unter dem Namen Polyjet-Verfahren bekannt, ist eine recht junge Methode in der Technologie für Additive Fertigung oder Rapid Prototyping. Im Jahre 2000 stellte das israelische Unternehmen Objet zum ersten Mal diese faszinierende Möglichkeit vor, mit verschiedenen Druckköpfen und Materialien Modelle mit nahezu mikroskopischer Genauigkeit erschaffen zu können.

Objet konzentrierte sich von Anfang an auf die Entwicklung von 3D Druckern, die mit relativ kleinen Ausmaßen auch für Unternehmen aus dem Mittelstand nutzbar waren. In den folgenden Jahren entstanden vier verschiedene Typen (Objet 260, 330, 350, 500), von denen jede neue Maschine die jeweils vorhergehende an Größe, Zahl der Druckköpfe und damit auch an Möglichkeiten übertraf.

Doch in den folgenden Jahren stiegen zwar Umsatz und Auftragsvolumen, doch die ganz großen Durchbrüche für das Unternehmen blieben aus. Im Jahre 2012 schließlich fusionierte die Weltfirma Stratasys mit Objet, brachte große Mengen Kapital ein und sicherte sich damit alle Möglichkeiten an Patenten und Know-How.

Die Entwicklung der Maschinen für diese additive Fertigung ist mittlerweile bei der Stratasys Polyjet 750 und bei der Objet 1000 Plus angekommen. Der Bauraum der 1000 Plus beträgt gigantische 1000mm und macht damit auch industriell nutzbare Bauteile von erheblicher Größe möglich.

Eine geniale Technik

Drucken mit Polyjet wird von manchen auch als additive Mischung aus dem Fusion Deposition Modeling FDM und der Stereolithographie SLS bezeichnet, weil sich Elemente jeder Technologie vereinigen. Man stelle sich einen Tintenstrahldrucker vor, der statt der üblichen zwei Druckköpfe für schwarz und bunt über vier bis sogar sechs Druckköpfe verfügt.

Diese Druckköpfe können mit verschiedenen Materialien und Farben bestückt werden. Jeder Druckkopf verfügt über acht Segmente mit über 1500 Düsen pro Stück. Und hiermit reichen die Polyjet Möglichkeiten weit über die von FDM und SLS hinaus.

Der Druck läuft und läuft

Nach der Konstruktion des Modells via CAD und der Eingabe in den Drucker, fahren die Druckköpfe ähnlich wie beim Tintenstrahldrucker als Einheit auf einer Schiene im Bauraum des Druckers vor und zurück. Bei jedem Lauf geben die Druckköpfe einige Partikel Photopolymer in Form der jeweiligen Schicht des Modells ab, die durch ein beständiges UV-Licht anschließend aushärten.

Die Schichtstärke beträgt dabei nur 0,016mm also 16 Mikrometer. Das flüssige Photopolymer einer Schicht verläuft im Kontakt miteinander, bevor es verhärtet und bildet somit eine glatte und feine Oberfläche auch in den Rundungen. Schicht um Schicht wird das Modell aufgebaut, wobei die Geschwindigkeit des Vorgangs je nach verwendeter Maschine bei etwa 20mm Höhe in der Stunde liegt.

Stützmaterial beim Bau

Die Photopolymere bestehen aus verschiedenen Zusammensetzungen mit unterschiedlichen Eigenschaften. In der einfachen Version werden zwei Eigenschaften benötigt. Das Polymer des Modells selber härtet gänzlich aus und erreicht schon während des Bauvorgangs seine endgültige Stabilität. Das gleichzeitig aufgetragene Stützmaterial ermöglicht den Aufbau des Modell-Polymers auch z.B. bei überhängenden Formen, die ohne Stützmaterial keine Auflage zum Auftragen „unter“ sich hätten.

Das Polymer des Stützmaterials besitzt die Stabilitäts-Eigenschaften einer Art festen Gelees oder Wachs. Wenn alle Schichten aufgetragen sind, erhält man also häufig ein Bauteil, das zunächst wie ein Quader oder auch eine gefüllte Röhre aussieht. Durch seine Eigenschaften ist das Stützmaterial jetzt leicht von Hand oder bei feiner ziselierten Modellen auch per Wasserstrahl zu entfernen und enthüllt nach und nach die eigentliche Konstruktion des Prototypen oder Modells.

Unglaubliche Vielfalt

Durch die Technik des Auftragens sind Wandstärken von nur 0,1mm realisierbar. Die Schichtstärke von 0,016mm erzeugt Kreis- und Bogenverläufe von einer stufenlosen Genauigkeit, wie sie selbst in der 3D Druck-Welt unerreicht sind. Eine weitere Besonderheit ist die Möglichkeit des Mischens verschiedener Materialien und damit der Eigenschaften der Schichten. Im gleichen Modell können dadurch Ebenen mit unterschiedlichen physikalischen, haptischen oder optischen Eigenschaften realisiert werden, ohne dass der Fertigungsprozess unterbrochen werden müsste.

Für die neueren Maschinen aus der Objet Serie stehen für den Fertigungsprozess Kartuschen mit Photopolymer zur Verfügung, die den Drucker mit bis zu 1,5 Kilogramm Baumaterial pro Kartusche versorgen können. Damit wird ein Dauerdruck von bis zu 72 Stunden möglich, ohne dass entsprechendes Service-Personal eine „Aufsicht“ führen müsste. Die Industrie-Drucker der Objet- und Stratasys-Familie mischen in einem Arbeitsgang bis zu sechs verschiedene Farben und Materialien miteinander. Objet verkündet 2017 somit stolz, der Welt allerersten Multimaterial-Vollfarb-3D-Drucker zu produzieren.

Für jeden Anspruch

Damit erfüllt Polyjet die allerhöchsten Ansprüche an Eleganz, Variabilität und Detallierungsgrad, unschätzbare Vorteile, die jedoch mit relativ hohen Material- und Investitionskosten an den 3D Drucker „erkauft“ werden müssen. Mit der Objet 350V steht uns bei 3D Druck24 eine Maschine zur Verfügung, die über vier verschiedene Druckköpfe und einen Bauraum von 350 x 350 x 200mm in der Höhe verfügt. Die Druckgenauigkeit und Auflösung erreicht bis zu 600 dpi und lässt damit keine Wünsche offen.

Das Baumaterial – Photopolymere im Einsatz

Jeder von uns, der in den letzten Jahren beim Zahnarzt war, kennt die Prozedur. Ein Füllstoff wird in die Lücke bugsiert, anschließend wird ein kleines Gerät darüber gehalten – und fertig. In diesem Moment war man Zeuge einer Photopolymerisation. Klingt kompliziert – und für den Laien ist es das auch. Makromoleküle unterschiedlichen Aufbaus, die sich zu einer Struktur verknüpfen, nennt man Polymere. Bestimmte Polymere, vor allem aus der Familie der Acrylate (Sie kennen das Acryl-Harz vom Namen her), haben die Eigenschaft sich zu vernetzen, wenn sie mit starkem Licht wie z.B. UV-Licht in Berührung kommen.

Durch die Vernetzung ändert sich ihre Struktur. Diese strukturelle Änderung kann z.B. in einer starken Zunahme an Festigkeit bestehen und das in erstaunlicher Geschwindigkeit. Je nach „Komposition“ der Zutaten kann diese Festigkeit eher nachgiebige, gummiartige oder spröde Eigenschaften aufweisen, das Ergebnis kann transparent oder farbig sein. Das erklärt den Vorgang der schnellhärtenden Füllung beim Zahnarzt und gleichzeitig die Technologie des Polyjet-Verfahrens bei unserer 3D Druck-Dienstleistung.

Neue Mischungen

Es ist also das Material und seine Zusammensetzung, die die Eigenschaften des konstruierten und gedruckten Modells erklärt. Mischt man verschiedene dieser Photopolymere, indem man sie auf die verschiedenen Druckköpfe verteilt, kann man dementsprechend auch Modelle erzeugen, die verschiedene Eigenschaften aufweisen. Die Entwicklung und Herstellung dieser Acrylate und Metaacrylate ist jedoch aufwändig und relativ kostenintensiv.

Die höchst engmaschige Vernetzung der Makromoleküle, die zur Aushärtung nötig ist, führt normalerweise zu einer Volumenabnahme. Das macht Sinn, wenn man sich vorstellt, wie ein grobmaschiger Pullover kleiner wird, wenn man alle Maschen enger zieht oder ihn zu heiß wäscht. Daher müssen weitere Stoffe hinzugegeben werden, die ihrerseits bei dem Vorgang nicht polymerisieren und damit das Ausgangsvolumen aufrechterhalten.

Simulierte Eigenschaften

Durch solche Zugaben erhalten die eingesetzten Polymere und ihre Beimengungen im Endergebnis Eigenschaften, die an verschiedene andere Kunststoffe wie ABS oder PLA erinnern und ihnen gleichen. Daher spricht man hier von simulierenden Eigenschaften.

Benötigt ein Auftraggeber also ein Modell, das sich besonders stoßfest, zäh und elastisch verhalten soll, verwendet der 3D Druck Dienstleister ein Polypropylen-simulierendes Polyjet-Material, das bei der Firma Stratasys unter dem Namen „DurusWhite“ verkauft wird und sogar die optischen Eigenschaften von Polypropylen aufweist.

Da jedoch mit der Forschung, wie gesagt, hohe Entwicklungskosten verknüpft sind, ist der Name PolyJet™-Material mit dem bekannten Trademark Zeichen geschützt und preisintensiv. Hier eine Liste weiterer Eigenschaften, die mit den Kunstharzen aus der Photopolymer-Familie simuliert werden können.

Alles geht

  • Biokompatibel: Dieses formstabile Material ist medizinisch getestet und zertifiziert. Es erlaubt einen schadfreien Hautkontakt für mehr als 30 Tage und einen Kontakt mit der Schleimhaut von mehr als 24 Stunden.
  • Gummiartig: Hier werden die Eigenschaften von Latex oder Silikon simuliert. Das Material verfügt über einen ähnlichen Härtegrad und eine hohe Dehnbarkeit vor Bruch. Es verhält sich entsprechend reißfest und resistent gegen eine Druckverformung.
  • ABS-artig: Robust, Stoßfest und generell widerstandsfähig verhält sich dieser Baustoff, der mit dem Polyjet-Verfahren jedoch eine wesentlich höhere Detailgenauigkeit erhält, als das mit ABS aus dem FDM möglich wäre. Mit einer thermischen Nachbehandlung ist seine Formbeständigkeit bis auf 95 Grad Celsius zu erhöhen.
  • Optisch kann über verschiedene Zusammensetzung Transparenz oder Blickdichte hergestellt werden. Ebenso sind die unterschiedlichsten Farbgebungen mit jeder diesen beiden Eigenschaften denkbar.
  • Das Stützmaterial kann z.B. geleeartigen oder gummiartigen Charakter erhalten, es kann abstrahlbar sein oder sich sogar wasserlöslich verhalten.

Es ist aber eben jene Vielfalt an Eigenschaften und Fähigkeiten der eingesetzten Materialien, die den Polyjet-Druck zu einer relativ kostenintensiven Form im Rapid Prototyping werden lassen, dessen Einsatz genau überlegt werden will. Als Ihr 3D-Druck-Dienstleister wollen wir jedenfalls das beste Preis-Leistungsverhältnis für Ihren Auftrag erzielen und Sie in diesem Sinne ganz neutral und für Sie zufriedenstellend beraten.

Anwendungsbeispiele

So vielfältig wie die eben beschriebenen Eigenschaften sind denn auch die Anwendungsmöglichkeiten, für die sich das Polyjet-Verfahren empfiehlt.

Nahezu in jedem Bereich moderner Fertigung, seien es Medizin, Elektronik, KFZ-Industrie, Flugzeug- und Raumfahrt, Kunst, Architektur oder Schmuckherstellung, überall werden Bauteile benötigt, die entweder als Urmodelle oder Prototypen für spätere Fertigungsverfahren dienen oder auch gleich als fertige Bauteile zum Einsatz kommen.

Die Herstellung solcher Teile mit Polyjet kommt immer dann in Frage, wenn Sie

  • Mikroskopisch genaue Verläufe und Wandstärken benötigen
  • Optisch und haptisch höchste Anforderungen stellen müssen
  • Eigenschaften verlangen, die denen der späteren Serien-Bauteile möglichst nahe kommen sollen.

Das Vakuumgießen

Eine der wichtigsten Anwendungen, in denen das Polyjet-Verfahren seine ganzen Vorteile ausspielen kann, ist die Herstellung von Urmodellen für den Vakuum-Guss. Das Vakuumgießen hat sich seit den 90er-Jahren zur erfolgreichsten Methode für die Herstellung kleiner und mittlerer Fertigungs-Serien höchst filigraner und anspruchsvoller Modelle und Bauteile entwickelt. Die sogenannten Vakuum-Gießteile finden Verwendung in vielen Branchen. Da sie aus einem Guss sind, sind sie belastbarer als zusammengesetzte Teile. Da die Herstellung der Modelle als Serie nur wenige Tage in Anspruch nimmt, ist das Vakuum-Gießen gerade in mittleren Serien dem herkömmlichen Spritzguss überlegen.

Das im Polyjet-Verfahren hergestellte Urmodell wird in der Maschine mit flüssigem Silikon ummantelt, meist in zwei Hälften getrennt. Auf diese Weise wird ein sogenanntes Negativ-Modell produziert. Nach Aushärten des Silikons wird die Form geöffnet und das Urmodell entnommen. Die meist zwei Kunststoffkomponenten für den Guss werden unter Hochvakuum gemischt und über einen Schlauch in die Silikonform eingeführt. Gleichzeitig wird die erhitzte Form langsam wieder belüftet. Luftdruck und Schwerkraft sorgen für eine Verteilung der gemischten Komponenten bis in die kleinste Ritze. Nach etwa einer Stunde ist der Guss ausgehärtet und kann entweder weiterbearbeitet oder seiner Verwendung zugeführt werden. Die Silikonform ist für etwa 20-30 Gieß-Vorgänge geeignet, danach wird sie erneuert.

Ihr 3D Druck-Dienstleister

Falls Sie schon sehr genau wissen, welches Bauteil Sie mit welcher Methode des Rapid Prototyping und mit welchem Material herstellen möchten, füllen Sie einfach unser Formblatt aus und erteilen Sie uns einen entsprechenden Auftrag. Wir freuen uns über Ihr Vertrauen. Natürlich konstruieren wir Ihr Modell auch gerne via CAD. In allen anderen Fällen aber setzen Sie sich bitte für einen Beratungs-Service mit uns in Kontakt.

Zu unserem Service als Ihr 3D Dienstleister gehört immer auch eine Beratung, die das wirtschaftlichste Ergebnis für Sie beinhaltet, das alle Ihre technischen und optischen Ansprüche erfüllt. Wir finden gemeinsam heraus, ob für Sie z.B. FDM mit ABS, Polyjet mit Kunstharz oder SLS mit Nylon am meisten Vorteile bringt. Nur, wenn Sie langfristig mit unserem Service, der Arbeit und dem Ergebnis Ihrer Investition zufrieden sind, haben wir erreicht, was wir wollten.