Multi Jet Modeling und Poly jet Modeling

Das MultiJet Modeling wird von vielen Fachleuten als High-End-Lösung unter den 3-D-Druckern angesehen, da es die Probleme löst, dass viele additiven Verfahren nicht wirklich maßhaltige Teile produzieren und es ihnen zudem an der notwendigen Materialfestigkeit mangelt. Die Kantenschärfe und sehr gute Auflösung der Details soll nun die Produktion auch äußerst präziser Funktionsprototypen mit guter Oberflächenqualität ermöglichen. Toleranzen bis zu +/-0.025-0.05 mm per 2.54 mm sind, abhängig von der Bauteilgeometrie und –komplexität, realisierbar.

Das Verfahren scheint durch seine einfache Handhabung auch zur Produktion von Serienteilen durchaus geeignet zu sein, jedoch muss hier natürlich auch der Kostenfaktor in Betracht gezogen werden – die Anlagen und das dafür benötigte und systemgebundene Material sind in der Regel teuer. Die Hersteller dieser Anlagen behaupten, dass die Geräte ähnlich wie Office-Drucker funktionieren und daher eine relativ kurze Einweisung der Mitarbeiter genügt, so dass im Gegensatz zu anderen additiven Verfahren, wo für das Plazieren des Teils auf der Bauplattform und das Slicen Erfahrung und Vorkenntnisse sowie eine gründliche Schulung erforderlich sind, nicht unbedingt teures Fachpersonal eingesetzt werden muss.

Das Verfahren im Detail

Ausgangsmaterial sind wachsartige Thermoplaste, UV-empfindliche Photopolymere / Acryl Photopoymere, Sand, Metall- oder Glaspulver, die über einen großen Druckkopf aufgetragen werden, der über mehrere linear angeordnete Düsen verfügt und nach dem Prinzip eines Tintenstrahldruckers schichtweise das Material aufbaut.  Er deckt die ganze Breite der Bauplattform ab und somit ist die Produktivität des Multi Jet Modeling besonders hoch, da die Baugeschwindigkeit nur geringfügig davon abhängt, ob ein einzelnes Bauteil oder mehrere auf einmal gefertigt werden. Diese 3-D-Drucker können auch sehr feine Details mit einer Auflösung von 450 dpi oder sogar noch besser darstellen. Wie bei der Stereolithographie oder dem FDM-Verfahren müssen für überhängende Geometrien Stützkonstruktionen mitgebaut werden, bei diesem Verfahren aus niedrig schmelzendem Wachs oder nadelartiger Stützen aus Modellwerkstoff, daher wurden Zweikopfsysteme entwickelt die beides generieren können: Modellwerkstoff und spezielles Stützwachs. Die Aushärtung der meist verwendeten UV-empfindlichen Photopolymere erfolgt über UV-Licht.

Nicht nur der chemische Prozess ähnelt dem Stereolithographieverfahren, auch die Eigenschaften der Bauteile können mit den STL- /SLA-Teilen verglichen werden. Da jedoch diese Maschinen sehr kompakt sind, können sie im Gegensatz zu klassischen Stereolithographieanlagen auch in Büroräumen eingesetzt werden. Ein weiterer Vorteil der  Anlage ist, dass die Anwenderfreundlichkeit dadurch erhöht wird, dass die Generation der Stützstrukturen durch die Software automatisch erfolgt. Das hierfür verwendete Wachs  verfügt über eine niedrigere Schmelztemperatur als das Material des eigentlichen Bauteils und kann mit einem Ofen somit leicht ausgeschmolzen werden. Man kann dies als eine Art semiautomatische Methode des Entfernens der Support-Strukturen ansehen, es wird somit Zeit gespart und kann auch für sehr komplexe und filigrane Bauteilgeometrien und –strukturen zur Anwendung kommen.

Eine weitere technologische Variante des MJM ist das Auftragen eines Klebstoffes auf pulvrige Substrate, wiederum ähnlich dem Prinzip eines Tintenstrahldruckers. In einer Art Wanne, die schrittweise abgesenkt werden kann, werden schichtweise Substrate aufgebracht. Nur die Stellen, die im Teil abgebildet werden sollen, werden mit Klebstoff besprüht. Der Vorteil ist, dass Stützstrukturen entfallen können, weil das Teil bis es fertig ist vom Substrat umgeben ist. Daneben können durch verschiedene Pulverarten auch vielfältigere Materialien abgebildete werden, z. B. besteht die Option durch Verwendung von Metall- und Glaspulver im Verbund mit Klebstoff auch Metall- oder Glasmodelle herzustellen, die durch Sinterverfahren, anschließendes Wegbrennen des Kunststoffes und zur Erhöhung der Dichte bei Metallmodellen zusätzliche Infiltrierung dann auch wirklich massiv sind.

Multi oder Polyjet?

Das Multijet Modeling Verfahren wird meist mit dem Unternehmen 3 D Systems in Verbindung gebracht, während das sehr ähnliche Polyjet-Verfahren insbesondere vom israelischen Unternehmen OBJET propagiert wird. Auch hier werden die STL-Daten mit der integrierten Software aufbereitet und die Stützkonstruktionen automatisch generiert. Anschließend fährt der Druckkopf horizontal über die Plattform und das flüssige Ausgangsmaterial wird gemäß der Schnittgeometrie der jeweiligen Schicht aufgetragen. Die Plattform wird mit einer Stärke von 0.016/0.030 mm, also sehr fein abgestuft, schichtweise abgesenkt und jeweils eine neue Lage aufgetragen. Die integrierte Software optimiert das Zusammenspiel der Druckerdüsen perfekt, so dass eine äußerst  gute Qualität der Oberfläche gewährleistet wird.  Auch hier gibt es zwei unterschiedliche Materialien: beides sind Harze aus Photopolymer, jedoch ist eines für das Bauteil selbst und das andere für die Stützkonstruktion. Mit Hilfe der Wasserstrahlverfahrens lassen sich die Stützkonstruktionen ganz einfach entfernen.

Denkbare Anwendungsgebiete und Ausblick

Man kann sich vorstellen, dass beide Verfahren durch ihre Unkompliziertheit und guten Eigenschaften bezüglich Maßhaltigkeit, Präzision und Oberfläche sehr vielfältige Anwendungsbereiche abdecken, so sind sie auch sehr stark im Bereich der Dental – und Medizintechnik vertreten. Zur Vervielfältigung sind je nach Material allerdings unter Umständen zusätzliche Schritte erforderlich, da sich manche Materialien nicht mit den dafür verwendeten Silikonformen vertragen und z.B. kleben, wenn sie unbehandelt als Urmodell verwendet werden.  Es kann daher erforderlich sein, diese in irgendeiner Form vorzubehandeln, z.B. zu lackieren.

Ein weiterer Nachteil ist das recht teure Material und die Gebundenheit an den Hersteller der Anlagen diesbezüglich, außerdem müssen diese flüssigen Materialien unter Umständen als Gefahrgut transportiert, gelagert und entsorgt werden.

Fazit

Das Multijet Modeling und Polyjet-Verfahren ist also technologisch sehr interessant und einfach anwendbar, muss aber zu einer massenhaften Verbreitung wohl  noch ökonomisch interessanter werden.