Spis treści:
- 1 Grundlagen der MJF 3D-Drucktechnologie
- 2 Voxel - dreidimensionale Pixel
- 3 MJF-Druck - schrittweiser Prozessablauf
- 4 MJF 3D-Druck - industrielle Anwendungen
- 5 MJF 3D-Druck - Vor- und Nachteile der Technologie
- 6 Welche Materialien werden in der MJF 3D-Drucktechnologie verwendet?
- 7 MJF Mehrfarbiger 3D-Druck
- 8 Unterschiede zwischen MJF- und SLS-Methoden
- 9 MJF 3D-Drucker - Ausrüstungskosten
Der von HP erfundene Multi Jet Fusion 3D-Druck hat sich in vielen Branchen schnell zur bevorzugten Methode für die inkrementelle Fertigung entwickelt. Lernen Sie die Vorteile und das Funktionsprinzip kennen!
Grundlagen der MJF 3D-Drucktechnologie
Die Multi Jet Fusion (MJF) ist eine relativ neue Technologie auf dem 3D-Druckermarkt, die jedoch bereits nach wenigen Jahren in industriellem Maßstab eingesetzt wurde. Bevor man sich für diese Methode des 3D-Drucks entscheidet, ist es wichtig, ihre Vor- und Nachteile sowie ihr Funktionsprinzip zu kennen. In diesem Artikel erläutern wir die Grundlagen dieser Technologie und wie der Multi Jet Fusion 3D-Druck eingesetzt werden kann.
Voxel - dreidimensionale Pixel
Multi Jet Fusion ist eine 3D-Pulverfusionstechnologie, die 2016 vom Unternehmen Hewlett-Packard eingeführt wurde. Das Unternehmen erklärt, dass seine Technologie auf den jahrzehntelangen Investitionen von HP in den Bereichen Tintenstrahldruck, Spritzmaterialien, kostengünstige Präzisionsmechanik, Materialwissenschaft und Bildgebung aufbaut.
Die Technologie hat ihren Namen von den mehreren Tintenstrahlköpfen, die den Druckvorgang durchführen. Die Prozesse des Wiederbeschichtens des Materials und das Auftragen und Erwärmen des Mediums werden von separaten Kopfsystemen ausgeführt, die sich in unterschiedlichen Richtungen über den Drucktisch bewegen, so dass der Benutzer beide Prozesse unabhängig voneinander optimieren kann.
Die zu druckende digitale 3D-Datei wird als Voxel gerendert. Voxel ist im Wesentlichen die dreidimensionale Variante der Pixel, auf denen der 2D-Druck basiert. Ähnlich wie beim 2D-Druck, bei dem Pixel entweder gedruckt werden oder nicht, werden beim Multi Jet Fusion-Druck die Voxel entweder in den endgültigen Druck eingefügt oder nicht.
Ein weiteres Prinzip, das vom 2D-Druck auf den Multi Jet Fusion übertragen wurde, ist die Verwendung von Farbe – ein Vollfarb-Multi Jet Fusion-Drucker kann Tinten mischen, um farbige Voxel zu erzeugen, genau wie ein 2D-Drucker Farbe auf der Seite erzeugt.
Die HP Multi Jet Fusion Technologie ist nicht zu verwechseln mit dem Metal Jet Druckverfahren, das in 3D-Metalldruckern verwendet wird. Der technologische Prozess ist sehr ähnlich und verwendet Metallpulver anstelle von Kunststoff. Die Multi Jet Fusion-Technologie verwendet ausschließlich Kunststoffe.
MJF-Druck - schrittweiser Prozessablauf
Beim Multi Jet Fusion-Druckverfahren trägt der Drucker eine Schicht aus Materialpulver auf den Drucktisch auf. Der Tintenstrahlkopf fährt dann über das Pulver und trägt sowohl das Fixiermittel als auch die Details auf. Die Infrarotheizung fährt dann über den Druck. Die Bereiche mit dem Fixiermittel bleiben als Pulver erhalten, während die darunter liegende Schicht schmilzt. Die pulverförmigen Baugruppen verschmelzen miteinander, um die gewünschte Geometrie zu erzeugen. Außerdem entfällt die Notwendigkeit, die Stützen zu modellieren, da die unteren Schichten die darüber gedruckten abstützen.
Laut HP unterscheidet sich der Multi Jet Fusion-Drucker von den meisten 3D-Drucktechnologien dadurch, dass jede neue Materialschicht aufgetragen wird, während die vorherige Schicht geschmolzen wird. Dadurch können die beiden Schichten vollständig verschmolzen werden, was zu einer besseren Haltbarkeit des Drucks und zu feineren Details führt. Zum Abschluss des Druckvorgangs wird das gesamte Pulverbett – und die darin befindlichen gedruckten Teile – an eine separate Verarbeitungsstation übergeben. Hier wird der größte Teil des nicht kondensierten Pulvers abgesaugt, so dass es wiederverwendet werden kann und kein überschüssiger Abfall entsteht – ein sehr guter Schritt zum Umweltschutz!
MJF 3D-Druck - industrielle Anwendungen
Multi Jet Fusion ist eine vielseitige Technologie, die in verschiedenen Branchen auf der ganzen Welt eingesetzt wird. Sie unterstützt die Hersteller bei allen Entwicklungsprozessen – vom Prototyping über die Teilefertigung bis hin zum internen Gehäusedesign.
MJF 3D-Druck in der Automobilindustrie
Der MJF 3D-Druck hilft Automobil- und Fahrzeug Herstellern, die Kosten für die Herstellung von Teilen zu senken und gleichzeitig die betriebliche Effizienz zu steigern. Ein spanischer Automobilzulieferer (Continental Automotive Spain S.A.) nutzte den MJF-Druck zur Entwicklung eines pneumatischen Greifers, der dazu beitrug, die Bearbeitungszeiten für neue Teile zu reduzieren. Bei Jaguar Land Rover setzen die Automobilingenieure die HP Multi Jet Fusion-Technologie für die Produktion von Halterungen und Innenverkleidungen von Serienfahrzeugen ein. Das neue, 15.000 Quadratmeter große Zentrum für die industrielle Fertigung von General Motors verwendet HP MJF-Maschinen für den Druck von Prototyp Teilen, Werkzeugen, Vorrichtungen und Teilen für den Endverbrauch.
MJF 3D-Druck in der Medizintechnik
Die Vorteile des 3D-Drucks und der digitalen Fertigung während der Pandemie werden immer größer – der 3D-Druck hilft, Lücken in der Lieferkette zu schließen und den Entwurfsprozess von Teilen zu beschleunigen. HP und sein globales Netz von Partnern und Kunden haben mehr als 5 Millionen Teile gedruckt, um dringenden Bedarf zu decken und neue Ökosysteme zu schaffen, die eine lokale Fertigung ermöglichen.
Die Medizin- und Dentalbranche erlebt eine explosionsartige Entwicklung neuer Anwendungen für den 3D-Druck und die Massenpersonalisierung. SmileDirectClub in Nashville, Tennessee, verfügt über 60 HP Multi Jet Fusion-Drucker, die rund um die Uhr für die Produktion individueller Zahnimplantate eingesetzt werden.
MJF 3D-Druck in der Konsumgüterherstellung
Viele Arten von Waren erfordern die Herstellung kleiner Mengen von Teilen mit komplexen Formen. PepsiCo, ein großer Lebensmittel- und Getränkehersteller, musste dies auf die harte Tour erfahren, als er versuchte, eine kleine Maske für eine Getränkedose zu entwerfen, die Teil der Produktkombination mit dem Film Black Panther sein sollte. Das Unternehmen testete verschiedene 3D-Drucktechnologien, um die feinen Details und das tiefe Schwarz der Maske des berühmten Superhelden zu reproduzieren. Letztendlich setzte sich die MJF-Technologie aufgrund ihrer hohen Produktionsgeschwindigkeit und Haltbarkeit durch.
HP arbeitet auch mit Kunden aus der Sportartikel- und Brillenindustrie zusammen. Mit Multi Jet Fusion reduziert Oakley die Produktentwicklungsschritte bei der Auswahl seiner Brillen und anderer Sportgeräte.
MJF 3D-Druck - Vor- und Nachteile der Technologie
Zu den wichtigsten Vorteilen des 3D-Drucks mit der MJF-Methode zählen unter anderem folgende Merkmale
- schnelle Druckgeschwindigkeit und schneller Produktionszyklus;
- Druck feiner Details;
- niedrige individuelle Druckkosten;
- Gestaltungsfreiheit, da keine Stützen erforderlich sind;
- kleine Verzerrungen im endgültigen Druck;
- weniger Abfall durch Pulverrecycling;
- die Möglichkeit, farbige Teile herzustellen;
- hohe Qualität der Oberflächenbeschaffenheit;
- gleichbleibende mechanische Eigenschaften;
- hohe chemische Beständigkeit;
- Geeignetes HP-Polypropylen.
Zu den wichtigsten Nachteilen der MJF-3D-Drucktechnologie gehören jedoch folgende:
- kostspielige Erstinvestition in einen Drucker;
- keine Möglichkeit, einige gekrümmte, hohle Geometrien herzustellen;
- ein geflecktes, graues, farbstofffreies Endprodukt;
- die Möglichkeit, dass Relieftext und kosmetische Elemente bei der Nachbearbeitung verloren gehen.
Welche Materialien werden in der MJF 3D-Drucktechnologie verwendet?
Ursprünglich war Multi Jet Fusion nur mit Nylon PA 12-Pulvern kompatibel. Dies ist zwar immer noch die beliebteste Option, aber die Palette der verfügbaren Materialien hat sich erweitert und es werden immer noch neue entwickelt. Multi Jet Fusion ist ein Pulverbettschmelzverfahren, was jedoch nicht bedeutet, dass alle pulverbettkompatiblen Materialien mit MJF funktionieren. Tatsächlich ist die Materialliste für MJF viel kürzer als für das Pulverbettschmelzen, was zum Teil daran liegt, dass es sich um ein echtes HP-Verfahren handelt. Im Jahr 2020 arbeitet HP gemeinsam mit BASF an der Entwicklung eines neuen, haltbaren und chemikalienbeständigen Polypropylens.
MJF Mehrfarbiger 3D-Druck
Ein besonders interessanter Vorteil der Multi Jet Fusion Technologie ist die Möglichkeit, mit herkömmlichen HP Tintenstrahldruckern vollfarbige 3D-Drucke zu erstellen. Ein normaler MJF-Drucker (wie der HP Jet Fusion 340) hat vier Tintenstrahlköpfe. Wie der frühe 2D-Drucker kann er nur Schwarz-Weiß-Drucke erstellen. Dies steht im Gegensatz zu einem Vollfarb-MJF-Drucker wie dem HP Jet Fusion 380. Mit acht Tinten ist er in der Lage, Drucke im gesamten CMYK-Spektrum zu produzieren.
Der Hersteller behauptet, dass Vollfarbdrucker zukunftssicher und daher mit allen möglichen zukünftigen Entwicklungen kompatibel sind. Daher ist die Investition in einen Vollfarbdrucker vielleicht keine schlechte Idee, auch wenn die Farbe für Sie nicht wichtig ist.
Zu den Branchen, die vom 3D-Vollfarbdruck profitieren können, gehören:
- Medizin/Transplantologie;
- Bildung;
- Produktion;
- Schmuck;
- Anschauungsmaterial;
- Grafik.
Unterschiede zwischen MJF- und SLS-Methoden
Der größte direkte Konkurrent von Multi Jet Fusion im 3D-Pulverbettdruck ist das selektive Lasersintern (SLS). Auf den ersten Blick sind sie sich recht ähnlich – bei beiden Technologien wird eine beheizte Kammer verwendet, in der die einzelnen Schichten des Materialpulvers ohne Stützen zusammengeklebt werden. Während beim MJF-Verfahren mit Tintenstrahl dosierte Materialien und ein Heizelement zum Einsatz kommen, werden beim SLS-Verfahren die Schichten mit einem gezielten Laserstrahl zusammengeschmolzen.
Auflösung des 3D-Drucks bei MJF
MJF-Drucker drucken in 80-Mikrometer-Schichten von 0,0003 Zoll mit einer zusätzlichen Größe von 0,02 Zoll (0,5 mm). Das bedeutet, dass sie feinere Oberflächendetails erzeugen können als SLS, das eine Strukturgröße von 0,75 mm (0,03 Zoll) hat.
Wandstärke im MJF 3D-Druck
MJF hat eine Mindestwandstärke von 50 mm (0,02 Zoll), während SLS eine Wandstärke von 1 mm (0,04 Zoll) erreichen kann. Wenn also dünnere Wände erforderlich sind, ist es besser, sich für SLS zu entscheiden.
Weitere Forschung und Entwicklung von MJF 3D-Druckfilamenten
Wie bereits erwähnt, ist Multi Jet Fusion derzeit in Bezug auf die Materialien begrenzt. SLS verfügt über einen viel größeren Katalog an kompatiblen Materialien, so dass es sich lohnt, diese Technologie zu wählen, wenn spezielle Materialien benötigt werden. Allerdings werden derzeit neue Materialien für Multi Jet Fusion entwickelt, so dass sich diese Situation jederzeit ändern kann. Darüber hinaus bieten MJF-gedruckte Teile eine höhere Zugfestigkeit als SLS und haben bessere mechanische Eigenschaften. Hier kommt auch die Farbe ins Spiel. SLS bietet eine konsistentere Oberflächenfarbe ohne zusätzliche Produkte, obwohl die Fähigkeit von MJF, in voller CMYK-Farbe zu drucken, den Grauton der unbedruckten Ausgabe ausgleichen kann.
Druckvolumen
Es gibt keinen Wettbewerb im Umfang der Zusammenstellung. Das MJF-Verfahren ist dem SLS-Verfahren in Bezug auf die Druckzeit überlegen, da mehrere hochwertige Drucke in der Zeit hergestellt werden können, die das SLS-Verfahren für die Herstellung eines Drucks benötigt.
MJF oder SLS – was soll man wählen?
Die meisten 3D-Druckunternehmen empfehlen inzwischen MJF anstelle von SLS. Die endgültige Wahl hängt jedoch von den Anforderungen des Projekts ab. Es ist daher wichtig, dass Sie Ihren Bedarf ermitteln, bevor Sie eine endgültige Entscheidung treffen.
MJF 3D-Drucker - Ausrüstungskosten
Wenn Multi Jet Fusion eine 3D-Drucktechnologie ist, die Ihren Anforderungen entspricht, dann lohnt es sich, den Kauf des richtigen Druckers in Betracht zu ziehen. Da es sich um eine von HP entwickelte Technologie handelt, ist es nicht verwunderlich, dass die derzeit auf dem Markt befindlichen MJF-Drucker nur von diesem Unternehmen hergestellt werden. Die MJF-Technologie ist in erster Linie auf die Industrie ausgerichtet, so dass MJF-3D-Drucker vor allem für kleinere Betriebe unerschwinglich sein können (ab 50.000 US-Dollar allein für den Drucker). Es lohnt sich daher, den Druck an einen externen Auftragnehmer zu vergeben. Viele Unternehmen erwerben Multi Jet Fusion-Maschinen und sind in der Lage, fast jede Datei zu drucken. Eine einfache Möglichkeit, den richtigen externen Dienstleister auszuwählen, ist die 3D-Druck-Preisvergleichsplattform von Craftcloud.
