Erläuterung des Multi Jet Fusion (MJF 3D-Druckverfahrens)

Was ist Multi Jet Fusion?

Multi Jet Fusion (MJF) ist eine fortschrittliche 3D-Drucktechnologie, die von HP Inc. entwickelt wurde . Mit MJF lassen sich Teile mit hoher Präzision, hervorragenden mechanischen Eigenschaften und relativ kurzen Produktionszeiten herstellen.

Anders als herkömmliche 3D-Druckverfahren, die Laser oder Extrusionsprozesse nutzen, arbeitet MJF mit dem Aufbringen einer feinen Pulverschicht auf das Druckbett. Anschließend werden mithilfe eines thermischen Tintenstrahl-Arrays gezielt Schmelz- und Strukturierungsmittel auf das Pulverbett aufgetragen. Das Verfahren kombiniert Tintenstrahldruck mit Infrarotwärme, um die Pulverpartikel zu verschmelzen.

Das Detailierungsmittel ist entscheidend, da es die Kanten jeder Schicht definiert und so für scharfe und glatte Oberflächen sorgt. Das Schmelzmittel verfestigt das Pulver an den Stellen, an denen das Bauteil aufgebaut werden soll. Nach dem Verschmelzen jeder Schicht wird eine neue Pulverschicht aufgetragen, und dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis das Objekt vollständig geformt ist.

Die hohe Druckgeschwindigkeit des MJF-Verfahrens ist einer seiner größten Vorteile. Die Tintenstrahldüsen bedecken die gesamte Druckfläche in einem Arbeitsgang, wodurch der Prozess deutlich schneller ist als beim selektiven Lasersintern (SLS), bei dem jede Schicht Punkt für Punkt aufgetragen werden muss. Darüber hinaus ermöglicht MJF die Herstellung von Bauteilen mit komplexen Geometrien ohne Stützstrukturen, was Materialverschwendung und Nachbearbeitungszeit reduziert.

Die MJF-Technologie eignet sich besonders für die Herstellung funktionaler Prototypen, Endprodukte und kleiner bis mittlerer Serien. Sie unterstützt eine Reihe von Materialien, vorwiegend Thermoplaste wie Nylon PA12, das für seine Langlebigkeit und Detailgenauigkeit bekannt ist.

Bildquelle: HP

MJF 3D-Druckverfahren

Offizielles Video zum HP MJF 3D-Druckprozess

Das MJF-Druckverfahren vereint Präzision, Geschwindigkeit und Vielseitigkeit, um Objekte Schicht für Schicht aus pulverförmigem Material herzustellen. Schauen wir uns die einzelnen Schritte an, um zu sehen, wie es funktioniert:

1. Vorbereitung : Der Prozess beginnt mit der Vorbereitung der Baukammer, in der die Temperatur sorgfältig kontrolliert wird, um optimale Druckbedingungen zu gewährleisten.

2. Pulververteilung : Eine dünne Schicht aus feinkörnigem thermoplastischem Pulver wird gleichmäßig auf der Bauplattform verteilt.

3. Drucken : Ein mit mehreren Thermotintenstrahldüsen ausgestatteter Schlitten fährt über die Bauplattform und trägt selektiv ein Fixiermittel auf das Pulverbett auf. Dieses Mittel definiert die Querschnittsfläche des Objekts für die jeweilige Schicht.

4. Verschmelzung : Anschließend wird Infrarotenergie zugeführt, wodurch die Bereiche mit dem Verschmelzungsmittel schmelzen und sich verbinden, wodurch eine feste Schicht entsteht.

5. Detaillierung : Gleichzeitig wird ein Detaillierungsmittel entlang der Konturen des Objektquerschnitts aufgetragen. Dieses Mittel verhindert das Verschmelzen der Kanten und gewährleistet so hochauflösende Details und glatte Oberflächen.

6. Schichtaufbau : Sobald eine Schicht fertiggestellt ist, senkt sich die Bauplattform leicht ab und eine neue Pulverschicht wird aufgetragen. Der Druck-, Verschmelzungs- und Detaillierungsprozess wiederholt sich und baut das Objekt Schicht für Schicht auf.

7. Abkühlung : Nach Abschluss des Druckvorgangs lässt man die Baukammer abkühlen, damit die neu geformten Teile vollständig aushärten können.

8. Entnahme und Reinigung : Die fertigen Teile werden anschließend aus dem Bauraum entnommen. Überschüssiges Pulver wird entfernt, häufig durch eine Kombination aus Bürsten und Druckluftstrahlen.

MJF-Materialien

MJF verwendet vorwiegend thermoplastische Polymere, die für ihre Langlebigkeit und Recyclingfähigkeit bekannt sind.

Nylon PA 12

Nylon PA 12 ist aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften und seines ausgewogenen Profils das am häufigsten verwendete Material in der Metall-Jalousien-Fertigung (MJF). Es ermöglicht die Herstellung robuster, hochdichter Bauteile mit hoher Festigkeit und guter chemischer Beständigkeit gegenüber Ölen, Fetten, aliphatischen Kohlenwasserstoffen und Laugen.

Nylon PA 12 Glasperlen

Nylon PA 12 kann mit Glasperlen gemischt werden, um Anwendungen mit erhöhten Anforderungen an Dimensionsstabilität und Steifigkeit zu ermöglichen. Dieser Verbundwerkstoff eignet sich ideal für komplexe Baugruppen und Gehäuse, die hohen mechanischen Belastungen standhalten müssen.

Nylon PA 11

PA 11 wird aus nachwachsendem Rizinusöl gewonnen und ist aufgrund seiner Umweltverträglichkeit besonders beliebt. Es bietet ähnliche Vorteile wie PA 12, jedoch mit erhöhter Duktilität und Schlagfestigkeit, wodurch es sich für Bauteile eignet, die Flexibilität erfordern.

Polypropylen (PP)

Polypropylen (PP) ist aufgrund seines geringen Gewichts und seiner Chemikalienbeständigkeit bekannt und wird in der Metall-Jalousien-Fertigung (MJF) für Bauteile eingesetzt, die Chemikalien und dynamischen Belastungen standhalten müssen. Es ist zudem eine kostengünstige Option sowohl für Prototypen als auch für Endanwendungen.

Thermoplastisches Polyurethan (TPU)

TPUs sind flexible Kunststoffe, aus denen Bauteile mit unterschiedlichem Härtegrad und unterschiedlicher Elastizität hergestellt werden können. Sie werden häufig zur Fertigung komplexer Geometrien eingesetzt, die gummiartige Eigenschaften erfordern.

Diese Werkstoffe ermöglichen es MJF, Bauteile für verschiedenste Branchen – von der Automobilindustrie bis hin zu Konsumgütern – herzustellen, die Festigkeit, Präzision und ästhetische Qualität vereinen. Die Materialauswahl richtet sich nach den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung und berücksichtigt Faktoren wie mechanische Festigkeit, Flexibilität, Hitzebeständigkeit und Farbe.

MJF 3D-Druck-Nachbearbeitung

Nach dem komplexen 3D-Druckverfahren mit Multi Jet Fusion (MJF) benötigen die Bauteile verschiedene Nachbearbeitungsschritte, um ihre endgültige Form und Funktion zu erreichen. Diese Schritte verbessern die Ästhetik, die mechanischen Eigenschaften und die Eignung der Bauteile für ihre vorgesehenen Anwendungen.

Entpulverung

Im ersten Schritt werden lose Pulverreste, die nach dem Drucken an den Teilen haften geblieben sind, entfernt. Das Entfernen des Pulvers erfolgt üblicherweise durch eine Kombination aus Bürsten und Druckluftstrahlen.

Kugelstrahlen

Das Kugelstrahlen dient dazu, eine gleichmäßige Oberfläche zu erzielen und verbliebene Pulverpartikel zu entfernen. Dabei werden die Teile mit winzigen Glasperlen unter hohem Druck bestrahlt.

Medien stürzen ab

Für eine glattere Oberfläche können die Teile einem Trommelpolieren unterzogen werden, bei dem sie in einen vibrierenden Behälter mit kleinen Keramikspänen gegeben werden. Die Vibration poliert die Teile und reduziert so die Oberflächenrauheit.

Färberei

MJF-Teile sind von Natur aus porös und daher ideal zum Färben geeignet. Sie können in ein heißes Farbbad getaucht werden. Allerdings dringt die Farbe nur bis zu einer bestimmten Tiefe ein, sodass sie mit der Zeit durch Abnutzung verblassen kann.

Chemische Dampfglättung

Dieses Verfahren verbessert die Oberflächenbeschaffenheit durch Versiegelung und erleichtert so das Färben und die Zertifizierung für den Kontakt mit Haut und Lebensmitteln. Es glättet das Bauteil, ohne dessen Maßgenauigkeit zu beeinträchtigen.

Beschichtung

Bauteile können mit verschiedenen Materialien beschichtet werden, um ihre Leistungsfähigkeit zu verbessern. Beschichtungen können Eigenschaften wie UV-Beständigkeit, Wasserabweisung oder erhöhte Festigkeit verleihen.

Infiltration

Für Bauteile, die zusätzliche Festigkeit oder andere Eigenschaften erfordern, kann eine Infiltration mit einem anderen Material, beispielsweise Epoxidharz, durchgeführt werden. Die Infiltration trägt außerdem dazu bei, das Bauteil gegen Feuchtigkeit und andere Umwelteinflüsse abzudichten.

MJF-Anwendungen

1. Luft- und Raumfahrt : Im Luft- und Raumfahrtsektor wird MJF zur Herstellung von leichten Bauteilen verwendet, die den hohen Anforderungen von Luft- und Raumfahrtanwendungen standhalten können, darunter Teile wie Kanäle, Steckverbinder und nicht-kosmetische Gehäuse.

2. Automobilindustrie : MJF unterstützt die Automobilindustrie durch die schnelle Fertigung komplexer Teile wie Halterungen, Abdeckungen und Kabelklemmen. Das Verfahren eignet sich besonders für Kleinserien, Vorserienfertigung und Ersatzteile.

3. Medizin : MJF eignet sich aufgrund seiner Präzision und der Möglichkeit, biokompatible Materialien zu verwenden, ideal für medizinische Anwendungen. Es wird zur Herstellung von individuellen Prothesen, orthopädischen Implantaten und Zahnmodellen eingesetzt.

4. Konsumgüter : Im Bereich der Konsumgüter kann MJF alles von tragbarer Technologie bis hin zu Haushaltsartikeln herstellen und bietet dabei ein hohes Maß an Individualisierung und komplexe Designmöglichkeiten.

5. Elektronik : MJF ist in der Lage, wasserdichte Gehäuse für Elektronik herzustellen und so Schutz und Langlebigkeit für Geräte zu gewährleisten, die verschiedenen Umweltbedingungen ausgesetzt sind.

6. Fertigung : MJF wird sowohl für Prototypen als auch für Endprodukte in der Fertigung eingesetzt. Es ist besonders vorteilhaft für die Herstellung von hochkomplexen Teilen in kleinen Serien, deren Produktion mit herkömmlichen Fertigungsmethoden teuer oder unmöglich wäre.

7. Robotik und Automatisierung : Die Festigkeit und Präzision der MJF-Teile kommen Komponenten für Getriebesysteme, Aktuatoren und Roboterbaugruppen zugute, die einen hohen Grad an Artikulation und Verriegelungsfunktionen aufweisen können.

MJF 3D-Druckdienstleistungen

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