Erklärung des PolyJet-3D-Druckverfahrens

Was ist PolyJet 3D-Druck?

Das PolyJet-3D-Druckverfahren funktioniert durch das Aufsprühen einer Schicht aushärtbarem flüssigem Photopolymer auf eine Bauplattform.

PolyJet nutzt tintenstrahlähnliche Druckköpfe, die winzige Tröpfchen des Fotopolymermaterials versprühen, welche sofort durch ultraviolettes (UV-)Licht ausgehärtet werden. Damit lassen sich Teile mit glatten Oberflächen und einem hohen Detailgrad herstellen, der mit spritzgegossenen Teilen vergleichbar ist.

Eine der bemerkenswertesten Eigenschaften des PolyJet-Druckers ist seine Fähigkeit, mit verschiedenen Materialien zu drucken. Er kann in einem einzigen Druckvorgang mehrere unterschiedliche Materialien verarbeiten, darunter auch solche mit unterschiedlichen Farben und mechanischen Eigenschaften. Dadurch lassen sich mit PolyJet Prototypen erstellen, die dem Endprodukt nicht nur in Form, sondern auch in Funktion und Ästhetik sehr ähnlich sind.

PolyJet bietet unübertroffene Präzision, Materialflexibilität und schnelle Produktionsmöglichkeiten und ist damit eine hervorragende Option für Rapid Prototyping. Designer und Ingenieure können Entwürfe schnell iterieren und so im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsverfahren deutlich schneller vom Konzept zum fertigen Produkt gelangen.

Bildquelle: Stratasys

PolyJet 3D-Druckverfahren

Hier ist eine schrittweise Übersicht des PolyJet-3D-Druckverfahrens:

1. Vorbereitung

Es beginnt mit einem sorgfältig erstellten 3D-Modell in einem CAD-Programm (Computer-Aided Design). Das 3D-Modell wird anschließend in ein für den 3D-Druck geeignetes Format konvertiert, typischerweise STL, STP oder OBJ.

2. Drucken

Der PolyJet-Drucker bereitet sich auf den Druckvorgang vor und heizt seine Druckköpfe auf. Diese ähneln denen von Tintenstrahldruckern, sind aber so konstruiert, dass sie Fotopolymer anstelle von Tinte ausstoßen. Der Drucker trägt Tausende winziger Fotopolymer-Tröpfchen Schicht für Schicht auf die Bauplattform auf.

3. Aushärtung

Jede aufgetragene Schicht wird sofort durch ultraviolettes (UV-)Licht ausgehärtet und verfestigt, wodurch für gestochen scharfe Details und glatte Oberflächen gesorgt wird.

4. Unterstützt

Bei Überhängen und komplexen Geometrien trägt der Drucker gleichzeitig ein abnehmbares Stützmaterial auf. Dieses Stützmaterial stabilisiert das Design während des Druckvorgangs und sorgt dafür, dass jede Nuance erfasst wird.

5. Schichtung

Der Vorgang wiederholt sich, wobei sich jede Schicht mit der vorherigen verbindet und so nach und nach das Objekt in seiner ganzen filigranen Pracht aufbaut.

6. Nachbearbeitung

Sobald der Druckvorgang abgeschlossen ist, wird das Objekt aus der Bauplattform entnommen. Das Stützmaterial wird anschließend abgewaschen oder manuell entfernt, um das fertige Produkt freizulegen.

7. Letzte Handgriffe

Das im PolyJet-Verfahren gedruckte Objekt kann einer weiteren Nachbearbeitung oder Veredelung unterzogen werden, um die gewünschte ästhetische Qualität zu erzielen, wie z. B. Wasserstrahlen, Schleifen oder Lackieren.

Bildquelle: Mizar Additive Manufacturing

Um welchen 3D-Druckertyp handelt es sich bei PolyJet?

PolyJet ist ein 3D-Drucker, der zur Kategorie der Materialstrahldrucker gehört. Er ist bekannt für seine Fähigkeit, mehrere Materialien und Farben in einem einzigen Druckvorgang zu verarbeiten, was ihn von anderen 3D-Drucktechnologien unterscheidet.

Der PolyJet-Drucker funktioniert ähnlich wie ein Tintenstrahldrucker, jedoch mit einem entscheidenden Unterschied: Anstelle von Tinte verwendet er ein Fotopolymer, das sofort durch ultraviolettes (UV-)Licht ausgehärtet wird. PolyJet-Drucker eignen sich besonders gut für die Herstellung von Prototypen mit feinen Details und einer glatten Oberfläche. Sie können Teile mit unterschiedlichen Texturen, Farben und Materialeigenschaften in einem einzigen Druckvorgang fertigen. Die Technologie ermöglicht zudem hochauflösendes Drucken.

PolyJet-Drucker sind vielseitig einsetzbar und finden in verschiedenen Branchen Anwendung, von der Medizin und Zahnmedizin bis hin zu Konsumgütern und Elektronik. Sie eignen sich ideal für die Herstellung realistischer Prototypen, Modelle und sogar Endprodukte, die ein hohes Maß an Detailgenauigkeit und Präzision erfordern.

Bildquelle: Stratasys J5 DentaJet

PolyJet-Materialien

Die PolyJet 3D-Drucktechnologie ist bekannt für ihre breite Palette an Materialoptionen, die es ermöglichen, eine Vielzahl von Anwendungen und Designanforderungen zu erfüllen.

● Digitale Materialien : Diese sind einzigartig für den PolyJet-Druck. Sie entstehen durch das Mischen von bis zu sieben verschiedenen Photopolymerharzen in spezifischen Konzentrationen und Strukturen, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften und Texturen zu erzielen.

● Digitaler ABS-Kunststoff : Digitaler ABS-Kunststoff wurde entwickelt, um die Haltbarkeit und Hitzebeständigkeit des thermoplastischen Kunststoffs Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) nachzuahmen und ist ideal für funktionale Prototypen, die Robustheit und thermische Stabilität erfordern.

● Transparente Materialien : PolyJet bietet Materialien an, die Glas oder transparenten Kunststoff imitieren können und somit die Herstellung von durchsichtigen Bauteilen oder Prototypen mit durchsichtigen Elementen ermöglichen.

● Gummiähnliche Materialien : Mit unterschiedlichen Flexibilitätsgraden und Farboptionen können diese Materialien Gummi simulieren und die notwendige Elastizität für Teile wie Dichtungen, Schläuche und Dichtungsringe bieten.

● Biokompatible Materialien : Diese sind speziell für medizinische und zahnmedizinische Anwendungen entwickelt und erfüllen die notwendigen Sicherheitsstandards für den Körperkontakt.

● Hochtemperaturwerkstoffe : PolyJet bietet Werkstoffe, die erhöhten Temperaturen standhalten, ohne sich zu verformen, für Anwendungen, die Stabilität unter hohen thermischen Bedingungen erfordern.

● Simuliertes Polypropylen : Diese Materialien bieten die Widerstandsfähigkeit und Haltbarkeit von Polypropylen und eignen sich daher für Prototypen, die die Eigenschaften dieses gängigen Kunststoffs nachbilden müssen.

● Vollfarbige Materialien : Die Fähigkeit des PolyJet-Druckers, in Vollfarbe zu drucken, ermöglicht die Herstellung von Modellen mit komplexen Farbmustern und Farbverläufen, wodurch die visuelle Attraktivität und der Realismus von Prototypen gesteigert werden.

Bildquelle: Stratasys VeroVivid Farbfamilie

PolyJet: Vor- und Nachteile

Vorteile

● Multi-Material-Fähigkeit : PolyJet kann mit mehreren Materialien in einem Arbeitsgang drucken, einschließlich transparenter und gummiartiger Eigenschaften, und simuliert so gängige Thermoplaste wie ABS.

● Vollfarbdruck : Es handelt sich um eine der wenigen Technologien, die den Vollfarb-3D-Druck ermöglichen und so optisch realistische Prototypen erzeugen.

● Hohe Präzision : PolyJet ist bekannt für seine hohe Genauigkeit, die bis zu 16 Mikrometer beträgt, und die Fähigkeit, extrem glatte Oberflächen zu erzeugen.

● Geschwindigkeit : Es kann mehrfarbige Teile viel schneller herstellen als die meisten anderen 3D-Drucktechnologien.

● Einfache Nachbearbeitung : Das Stützmaterial lässt sich leicht von Hand entfernen, was weniger arbeitsintensiv ist als andere Methoden wie SLA.

Nachteile

● Stützmaterial : Bereiche, in denen Stützmaterial verwendet wird, können eine geringere Oberflächenqualität aufweisen, und das Entfernen der Stützen kann die Präzision des fertigen Teils beeinträchtigen.

● Abgerundete Kanten : Scharfe Kanten können aufgrund des Druckverfahrens abgerundet werden, was zu einem Detailverlust in bestimmten Bereichen führt.

● Kosten : Die beim PolyJet-Druck verwendeten Materialien und Maschinen können im Vergleich zu anderen 3D-Drucktechnologien teurer sein.

● Materialbeschränkungen : Obwohl eine Vielzahl von Materialien angeboten wird, handelt es sich dabei ausschließlich um Photopolymere, die möglicherweise nicht die Leistungsstandards aller technischen Kunststoffe erfüllen.

Ist PolyJet besser als SLA?

Beide sind fortschrittliche, auf Harz basierende 3D-Drucktechnologien, die UV-Licht zum Aushärten von flüssigem Harz verwenden, weisen aber deutliche Unterschiede auf, die sie für unterschiedliche Anwendungsfälle geeignet machen.

Werfen Sie einen Blick auf die Vorteile von SLAs:

● Großformatige Bauteile: SLA eignet sich besser für die Herstellung großformatiger Bauteile.

● Gleichbleibende Geschwindigkeit: Beim SLA-Druck wird eine gleichbleibende Geschwindigkeit unabhängig von der Modellgröße beibehalten.

● Kosteneffizienz: SLA kann kostengünstiger sein, insbesondere bei Drucken aus nur einem Material.

Überlegungen

● Anwendung: Dank der schnellen Materialwechselmöglichkeit eignet sich PolyJet ideal für Prototypen und die Kleinserienfertigung, während SLA besser für größere, einteilige Bauteile geeignet ist.

● Detailgenauigkeit und Präzision: Wenn hohe Detailgenauigkeit und Präzision erforderlich sind, ist PolyJet möglicherweise die bessere Wahl.

● Budget: Für diejenigen, die mit einem begrenzten Budget arbeiten oder größere Objekte produzieren müssen, könnte SLA die bessere Option sein.

Zusammenfassend bietet PolyJet ein hohes Maß an Flexibilität und Präzision und eignet sich daher hervorragend für komplexe Prototypen und Bauteile aus mehreren Materialien. SLA hingegen ist eine zuverlässige Wahl für größere Bauteile und kann für bestimmte Anwendungen kostengünstiger sein. Die Entscheidung zwischen PolyJet und SLA hängt letztendlich von den spezifischen Anforderungen des jeweiligen Projekts ab.

PolyJet-Anwendungen

PolyJet findet in verschiedenen Bereichen Anwendung:

Medizin und Zahnmedizin

In der Medizin wird PolyJet zur Erstellung detaillierter anatomischer Modelle für die Operationsplanung und zu Ausbildungszwecken eingesetzt. In der Zahnmedizin findet es Anwendung bei der Herstellung präziser Zahnabdrücke und kieferorthopädischer Apparaturen.

Prototyping

Designer nutzen PolyJet für Form-, Passungs- und Funktionstests. Es eignet sich ideal für die Prototypenerstellung komplexer Teile, insbesondere wenn mehrere Materialeigenschaften oder Farben benötigt werden, um das Endprodukt zu simulieren.

Konsumgüter

Für Konsumgüter ist PolyJet perfekt geeignet, um realistische Prototypen mit der exakten Farbe und Haptik des beabsichtigten Endprodukts zu erstellen, wie zum Beispiel eine Handbohrmaschine mit Softgriff.

Ausbildung

Lehrmittel und Spielzeug profitieren von der Fähigkeit des PolyJet-Verfahrens, farbenfrohe und detailreiche Artikel herzustellen, die der Behandlung durch Schüler und Kinder standhalten.

Umspritzen

PolyJet kann Fertigungsprozesse wie das Umspritzen simulieren und ermöglicht so die Herstellung flexibler, gummiartiger Modelle mit rutschfesten oder weichen Oberflächen.

Schmuckdesign

Die hohe Auflösung des PolyJet-Drucks macht ihn ideal für Schmuckdesign, wo Präzision und Detailgenauigkeit von größter Bedeutung sind.

Mikroelektronik

Auch im Bereich der Mikroelektronik-Prototypenentwicklung ist PolyJet dank seiner Fähigkeit, extrem feine Details und komplexe Geometrien zu reproduzieren, eine hervorragende Wahl.

Bildquelle: Stratasys