Multi Jet Fusion
Produktion von Prototypen und Serien aus Kunststoff
Bauteilgröße bis ca. 380 x 284 x 380 mm
Schichtstärke ab 0,08 mm
minimale Wandstärke 0,6 mm
Mindesttoleranz +/- 0,2 mm
Allgemeine Toleranz +/- 0,3%
Multi Jet Fusion bei Dick & Dick
Ein recht junges 3D-Druckverfahren für die Fertigung Ihrer Funktionsteile ist das Multi Jet Fusion der Firma HP. Das MJF setzen wir bei uns im Haus seit 2018 für die Fertigung Ihrer Prototypen und Serienbauteile ein.
Das pulverbasierte Druckverfahren zeichnet sich durch seinen hohen Durchsatz, gute Oberflächenqualität und sehr guter Planbarkeit der Produktion aus.
Die Oberflächen der Bauteile können wir nachträglich glätten und/oder einfärben, sodass Sie von uns einbaufertige Bauteile schnell und günstig aus einer Hand erhalten können.
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Technischer Hintergrund
Das HP Multi Jet Fusion Verfahren, kurz HP MJF, ist ähnlich dem Selektiven Lasersintern und dem Binder-Jetting ein 3D-Druck-Verfahren, welches pulverförmiges Material zur Herstellung der Modelle und Bauteile verwendet.
Das Materialbett und der Bauraum werden während des Druckprozesses konstant erwärmt, und die nötige Energie, welche das Material zum Verschmelzen bringt, wird mittels der Wärmeeinstrahlung aus Infrarotlampen in das Pulver eingebracht.
Um das selektive Verschmelzen des Materiales im 3D-Druck zu ermöglichen, wird auf die gewünschten Bereiche ein wärmeabsorbierendes, flüssiges Bindemittel, der von HP sogenannte „Fusing Agent“, aufgetragen. Dieser absorbiert durch seine schwarze Farbgebung mehr Energie als das umliegende weiße Material
Um eine klare Abgrenzung des aufgeschmolzenen Materiales zu erreichen, werden auf die Konturen der Modelle eine isolierende Flüssigkeit, der sogenannte „Detail Agent“, aufgetragen. Dadurch werden im HP Multi Jet Fusion scharfe Kanten, feine Details und gute Oberflächenqualitäten ermöglicht.
Nach dem abgeschlossenen 3D-Druckprozess muss der Bauraum und die darin enthaltenen Körper kontrolliert und gleichmäßig abkühlen. Je langsamer dies geschehen kann, umso besser, da dadurch das Risiko, dass filigrane Bauteile sich verziehen oder dünne Wände sich wölben, verringert werden kann. Bei massiven und soliden Bauteilen bietet das HP Multi Jet Fusion durch die zusätzliche Processing Station die Möglichkeit, den Abkühlprozess zu beschleunigen
Vorteile des Multi Jet Fusion
- Konstruktionsfreiheit da keine Stützstrukturen nötig
- Formfreiheit für komplexe und filigrane Geometrien
- Kurze, sehr gut planbare Fertigungszeiten
- Funktionale Werkstoffe
- Bewegliche Teile können in einem Stück gedruckt werden
- Sehr gute mechanische Eigenschaften, nahezu isotrop
- Vielzahl von Veredelungsmöglichkeiten
- Kalkulierbare Kosten
- Sparsamer Materialverbrauch
- Gesamter Bauraum nutzbar
Nachteile des Multi Jet Fusion
- Relativ raue Oberfläche (kann aber gut bearbeitet werden)
- Keine Transparenz oder Mehrfarbigkeit im Druck möglich
- Mittlere Detaildarstellung
- Risiko von Verzug und Wölbung bei dünnen, größeren Flächen
- Höhere Toleranzen als bei anderen Druckverfahren
Materialien für das Multi Jet Fusion
Beim Multi Jet Fusion mit Kunststoff ist die Verarbeitung von verschiedenen Kunststoffen in granularer Form möglich. Das am häufigsten zum Einsatz kommende Druckmaterial ist aber das Polyamid 12 (PA12), auch Nylon genannt. Auf dem Gebiet der Materialien bleibt die Entwicklung neuer Werkstoffe für das 3D-Druck-Verfahren aber nicht stehen und und die Palette wird stetig um neue und verbesserte Kunststoffe erweitert.
HP 3D High Reusability PA 12
Polyamid PA12 ist das am häufigsten eingesetzte Material im MultiJet Fusion da es hervorragende Eigenschaften besitzt. Das Thermoplast besitzt eine hohe Temperaturbeständigkeit sowie chemische Beständigkeit gegenüber Benzin, Ölen und Lösungsmitteln. Polyamide gelten als abriebfest, schwingungsdämpfend und schlagzäh, sie besitzten gute Gleit- und Reibeigenschaften.
HP 3D High Reusability PA 11
Polyamid 11 wird nachhaltig aus den Ölen der Rizinuspflanze hergestellt. Die gefertigten Bauteile weisen eine sehr hohe Bruchfestigkeit auf und etwas mehr „Flex“ als PA12 Bauteile. Damit ist das Material ausserordentlich gut für die Herstellung von Federelementen und Scharnieren geeignet.
TPU
Für die Fertigung von gummiartigen, flexiblen Bauteilen bietet sich das thermoplastische Polyurethan, kurz TPU, mit einer Shorehärte von A90 als ideales Material an. Es können damit Pufferelement, Balge sowie Sohlen und ähnliches gefertigt werden.
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Veredelung & Finish
Bauteile und Modelle welche im HP Multi Jet Fusion gefertigt wurden, können auf sehr verschiedene Weisen nachbehandelt und aufgewertet werden.
Farbgebung
Färbung
Bei der Entnahme besitzt das Polyamid 12 eine gräuliche Oberfläche. Das Innere der Bauteile ist aufgrund des „Agents“ vollständig schwarz. Wir bieten Ihnen das Einfärben der gedruckten Objekte in Schwarz an.
Andere Farben können ebenfalls verwendet werden, diese sind aber aufgrund der grauen Ausgangsoberfläche nicht so strahlend wie Bauteile aus dem Selektiven Lasersintern aus weißem Material.
Lackierung
Modelle und Bauteile aus dem Multi Jet Fusion lassen sich gut grundieren und lackieren. Dabei können wir Ihnen jegliche gewünschte Farbe anbieten, z. B. bestimmte RAL-Töne.
Es lassen sich verschiedenen Oberflächenbeschaffenheiten wie glatte oder satinierte Oberflächen erzeugen.
Oberflächenbehandlung
Oberflächenverdichten
Für Bauteile und Modelle, welche im Sichtbereich verbaut oder häufig in die Hand genommen werden, empfehlen wir das Verdichten der Oberflächen.
Dieses Verfahren glättet und verdichtet die Oberfläche, sodass diese widerstandsfähiger gegenüber mechanischen Einflüssen wird und erzeugt zudem einen leichten Glanz.
Ist für die Bauteile eine Färbung geplant, erzeugt das Verdichten eine verbesserte Farbwiedergabe
Gleitschleifen
Die Oberfläche gesinterter Objekte ist nach der Entnahme leicht rau und porös, diese lässt sich aber durch Nachbehandlung gut glätten.
Dazu verwenden wir bei uns eine Gleitschleifanlage und verschiedene Keramik-Schleifkörper. Die Oberfläche wird geglättet und ist sehr viel weniger anfällig für Verschmutzungen.
Infiltrieren & Versiegeln
Wird für Bauteile eine Dichtheit gegenüber Wasser oder Luftdruck gefordert, infiltrieren wir die Objekte mit einer Nanoversiegelung auf Wasserbasis. Ein Versiegeln der Objekte mittels Epoxidharzen ist ebenso möglich.
Mechanische Bearbeitung
Gewindeeinsätze
Im Selektiven Lasersintern lassen sich auskonstruierte Gewinde ab einer Größe von DIN M6 Gewinden direkt im Druckverfahren fertigen. Für kleinere Gewindegrößen ab DIN M2 bieten wir Ihnen das Einbringen von Gewindeeinsätzen in die Bauteile an. Die Gewindeeinsätze, metrisch oder zollig, können in verschiedenen metallischen Werkstoffen wie Edelstahl, Messing oder Stahl eingesetzt werden.
Gewindeschneiden
Gedruckte Modelle und Bauteile aus dem Selektiven lasersintern lassen sich mechanisch sehr gut nachbearbeiten, daher bieten wir Ihnen gern das Einschneiden von Gewinden in vordefinierte Kernlöcher an.
Möglich sind sowohl metrische wie zöllige Gewinde ab einer Größe von ca. DIN M3 bis zu einer Tiefe von 2 cm.
Zusammenbau & Montage
Große Modelle und Bauteile lassen sich oft nur zerlegt fertigen und können von uns nach dem 3D-Druck wieder gefügt und verklebt werden.
Besonders bei Messe- und Anschauungsmodellen, welche abschließend eine Lackierung erhalten, ist dies ohne optische Einbußen möglich, da die Trennung durch die Lackierung nicht mehr sichtbar ist.
Seit über 10 Jahren machen wir Pulver zu Objekten
Wir verstehen uns als Dienstleister und unser Bestreben sind vor allem unsere zufriedenen Kunden. Unser Ziel ist es, mit unseren Kunden eine langfristige Beziehung aufzubauen und gemeinsam an unseren Projekten zu wachsen.
Anwendungsgebiete für das Multi Jet Fusion
Das MultiJet Fusion-Verfahren ist aufgrund seiner großen Freiheit bei der Gestaltung der Bauteile in einer Vielzahl von Branchen und Bereichen der Industrie einsetzbar.
Die funktionalen und belastbaren Prototypen beschleunigten die Produktgestaltung ungemein, da diese direkt aus den vorliegenden 3D-Daten angefertigt werden konnten und keine zusätzlichen Werkzeuge oder Bearbeitungsschritte notwendig wurden. Aufgrund der kurzen Fertigungszeiten können Konzeptfehler oder notwendige Anpassungen der Geometrie zeitnah erkannt und verbessert werden.
Mittlerweile setzen viele unsere Kunden das Verfahren innerhalb der Serienfertigung ein, da die Bauteile haltbar und belastbar sind.
Medizintechnik
Aufgrund der vielen Vorteile des Verfahrens wird dieses im medizinischen Bereich immer häufiger für die Fertigung von kundenindividuellen Bauteilen in den Bereichen Prothetik und dem Apparatebau eingesetzt.
Insbesondere da das Multi Jet Fusion auch bei sehr kleinen Losgrößen oder Einzelteilen wirtschaftlich arbeiten kann, lassen sich Prothesen und Orthesen anhand von Patientendaten optimal auf diesen abgestimmt umsetzen. Dies kann den Tragekomfort und die Wirksamkeit gleichermaßen verbessern.
Gleiches gilt für die Fertigung individueller Operationshilfen wie z.B. Bohrschablonen, welche den notwendigen Zeitaufwand von Operationen und Eingriffen kostengünstig reduzieren können.
Maschinenbau
Das Multi Jet Fusion von Sonderbauteilen sowie andere Verfahren der Additive Fertigung werden von Maschinenbauunternehmen immer häufiger bei der Umsetzung von Prototypen oder Einzelteilen eingesetzt.
Insbesondere bei den kleinen Stückzahlen von kundenspezifischen Sondermaschinen bietet sich die Fertigung mittels 3D-Druck für viele Bauteile an, da somit die Kosten und Fertigungszeiten gering gehalten werden können. Ohne Werkzeugivestitionen können die Ingenieure kostengünstig Funktionstests Ihrer Bauteile durchführen und erkennen somit bereits in der Entwicklungsphase von Anlagen oder Sondermaschinen bereits etwaige Schwachstellen oder Verbesserungspotential.
Elektroindustrie
Für sensible Elektronikbauteile ist ein stabiler Schutz nötig, was Gehäuse in der Elektronikindustrie unabdingbar macht. Jedoch lohnt sich eine Fertigung im Spritzguss-Verfahren meist erst bei der Produktion von recht großen Serien.
Bei der Fertigung von Prototypen oder kleinen und mittelgroßen Serien bietet sich eine Fertigung im 3D-Druck, unter anderem im MultiJet Fusion, daher oft bereits aus Kostengründen an. Jedoch kann das Verfahren mit weiteren Möglichkeiten Punkten, da die hohe Designfreiheit aber auch die Integration von Funktionen wie Kühlkanälen innerhalb des Gehäuses oft auch eine bessere Kühl-Performance oder Gewichtsreduktion ermöglichen.
Automobilindustrie
Additive Fertigungsverfahren beschleunigen maßgeblich die Entwicklung neuer Fahrzeugmodelle und ermöglichen es großen Automobilunternehmen die Kosten und das Gewicht bei der Herstellung komplexer Bauteile zu reduzieren.
Angefangen beim Motorsport findet der 3D-Druck immer häufiger auch Anwendung bei der Serienproduktion von Fahrzeugen und beschränkt sich dabei nicht auf Teile zur Individualisierung der Autos. Additive Fertigung wird vermehrt für die Konstruktion von leichteren, stabileren und effizienteren Bauteilen eingesetzt wodurch oftmals die Leistung moderner Fahrzeuge verbessert werden kann.
Zunehmend werden Bauteile hergestellt, welche vorab aus mehreren Einzelteile zusammengesetzt werden mussten, aufgrund der neuen Technologien aber direkt als ein Bauteil umgesetzt werden und so Montagezeiten einsparen. Um die Arbeit in der Produktionslinie zu optimieren, werden in der Autoindustrie auch Werkzeuge und Betriebsmittel mittels additiver Verfahren angefertigt. Dies spart Zeit bei der Herstellung der Werkzeuge und kann oft kosteneffizient in der Fabrik selbst gefertigt werden.
Luft- & Raumfahrt
Die problemlose Fertigung von komplexen Geometrien und Leichtbauweise sind die Paradedisziplin der additiven Fertigung und finden gerade in der Luft- & Raumfahrt-Industrie dankbare Abnehmer. Der 3D-Druck eröffnet der Branche riesiges Potential bei der Gewichtseinsparung und der Minimierung der notwendigen Bauteilanzahl.
Individualisierung in der Massenproduktion
Das Individualisieren von Produkten, die „Customization“, findet aufgrund von 3D-Druckverfahren wie dem HP MultiJet Fusion immer mehr Verbreitung am Markt. Sei es die Produktion von auf den Kunden angepassten Brillenmodellen, Schuhen, Prothesen und Orthesen oder einfachen Accessoires oder Dekoartikeln.
Das Drucken mittels additiver Fertigungsverfahren macht keinen Unterschied, ob die gefertigten Produkte identisch oder individuell gestaltet sind, der Mehraufwand ist in vielen Fällen vernachlässigbar.
Umwelt
Das HP Multi Jet Fusion bietet viele umweltschonende Vorteile innerhalb der Produktion.
Bauteile und Modelle, welche im Multi Jet Fusion gefertigt wurden, können lokaler gefertigt werden und müssen keine weltumspannenden Transportwege hinter sich bringen, was die Belastung der Umwelt durch hohe Verkehrsbelastung reduzieren kann.
Die Fertigung ist sehr rohstoffeffizient, da kaum Materialverlust bei der Fertigung entsteht. Bei konventionellen Fertigungsverfahren wie dem Fräsen, fallen je nach Bauteil oft große Mengen an Produktionsabfällen in Form von Späne an, in 3D-Druck-Verfahren lediglich das für das Objekt notwendige Material verarbeitet. Beim Multi Jet Fusion kann das ungenutze Material eines Druckvorganges ähnlich wie beim Selektiven Lasersintern wieder anteilig dem Produktionsprozess zugeführt werden.
Durch die große Formfreiheit des Druckverfahrens können bei der Fertigung von individuellen und komplexen Formen große Mengen an Material gegenüber herkömmlichen Fertigungsverfahren eingespart werden. Auch die Möglichkeit komplexe Leichtbauteile anzufertigen, können durch die Gewichtseinsparungen z.B. in der Automobilindustrie und Luftfahrt enorme Mengen an Kraftstoff und daraus resultierend Treibhausgase eingespart werden.
Informationen zur Geschichte
Das HP Multi Jet Fusion Verfahren wurde durch Hewlett Packard im Jahre 2014 vorgestellt und erhielt nach seiner Ankündigung enorme Resonanz bei der Zielgruppe. Die Kombination der guten Auflösung, günstigen Produktionskosten und sehr guten Produktionsplanung machte industrielle Anwender von 3D-Druckern neugierig. Zudem wurden in den ersten Ankündigungen bahnbrechende Neuerungen wie die Kombination von unterschiedlichen Materialeigenschaften, zum Beispiel harten und weichen Bereichen, in einem Modell durch den Einsatz unterschiedlicher Agents versprochen, was das Interesse an dem Verfahren anfeuerte.
Die Einführung der ersten Multi Jet Fusion-Anlagen erfolgte dann 2016 für Nordamerika und im Folgejahr für den europäischen Markt.