Erklärung zum Binder Jetting

Was ist Binder Jetting im 3D-Druck?

Binder Jetting wird in verschiedenen Branchen für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt. Bei diesem Verfahren dient ein pulverförmiges Material (z. B. Metall, Keramik oder Sand) als Basis. Schicht für Schicht wird ein flüssiges Bindemittel selektiv auf das Pulverbett aufgetragen, um das gewünschte Teil zu erzeugen. Jede Schicht wird sequenziell aufgebaut, bis das vollständige 3D-Modell erstellt ist.

Binder Jetting kombiniert Elemente des Selektiven Lasersinterns (SLS) und des Material Jetting. Es bietet insbesondere Vielseitigkeit, hohe Druckgeschwindigkeiten und benötigt keine Stützstrukturen. Nach dem Druck härtet das Teil aus und gewinnt an Festigkeit. Das ungebundene Pulver wird entfernt, wodurch präzise und komplexe Teile entstehen. Binder Jetting eröffnet neue Möglichkeiten.

Bildquelle: ExOne

Binder Jetting 3D-Druckverfahren

Binder Jetting ist eine weniger bekannte, aber leistungsstarke 3D-Drucktechnik. Sie findet vor allem in zwei Bereichen Anwendung:

1. 3D-Metalldruck

Beim 3D-Metalldruck werden durch Binder Jetting komplizierte Metallteile hergestellt.

So funktioniert der Vorgang:

1. Pulvermaterial: Beginnen Sie mit einem Pulvermaterial (z. B. Metallpulver).

2. Bindemittelauftrag: Ein Druckkopf trägt selektiv Schicht für Schicht ein Bindemittel auf das Pulverbett auf.

3. Schichtweiser Aufbau: Jede Schicht wird nacheinander aufgebaut, bis das komplette Teil geformt ist.

4. Hybridansatz: Binder Jetting kombiniert Elemente des selektiven Lasersinterns (SLS) und des Material Jetting. Zur Erstellung des 3D-Modells werden pulverförmiges Material (ähnlich wie SLS) und ein Bindemittel (ähnlich wie Material Jetting) verwendet.

5. Genauigkeit und Verarbeitung: Die Qualität des im Binder-Jetting-Verfahren hergestellten Objekts hängt von Faktoren wie Schichthöhe, Tröpfchengröße und Pulvergröße ab.

2. Sandmodelle und Abgüsse

Binder Jetting wird auch bei der Herstellung von Sandmodellen und Gussteilen eingesetzt.

Der Ablauf:

1. Verwenden Sie ein Pulvermaterial (z. B. Sand).

2. Tragen Sie ein flüssiges Bindemittel schichtweise auf.

3. Bauen Sie die Schichten auf, um die gewünschte Form zu erhalten.

So funktioniert es

1. Ein Druckkopf bewegt sich über die Pulveroberfläche und lagert winzige Bindemitteltröpfchen (ca. 50 Mikrometer Durchmesser) ab.

2. Diese Bindemitteltröpfchen binden die Pulverpartikel zusammen und bilden so die einzelnen Schichten des endgültigen 3D-Modells.

3. Sobald jede Schicht fertig ist, senkt sich das Pulverbett und eine frische Pulverschicht wird gleichmäßig über der zuvor gedruckten verteilt.

4. Die Genauigkeit und das Finish des mit Binder Jetting hergestellten Objekts hängen von Faktoren wie Schichthöhe, Tröpfchengröße und Pulvergröße ab.

Nachdruck

1. Nach dem Drucken müssen die Teile aushärten und an Festigkeit gewinnen.

2. Das ungebundene Pulver wird mittels Druckluft entfernt.

3. Im Gegensatz zu einigen anderen 3D-Druckverfahren sind keine Stützen erforderlich, da die Teile von Pulver umgeben sind, was die Nachbearbeitungszeit und den Materialverbrauch reduziert.

Bildquelle: Freeman Technology

Vor- und Nachteile des Binder Jetting

Vorteile

1. Raumtemperaturprozess

● Der Hauptvorteil des Binder Jetting besteht darin, dass der Prozess bei Raumtemperatur stattfindet.

● Anders als bei anderen 3D-Druckverfahren gibt es keine thermischen Effekte, die zu einer Verformung der Teile führen.

● Binder Jetting ermöglicht größere Bauvolumina, wodurch Binder-Jetting-Maschinen für die Massenproduktion geeignet sind.

2. Kostengünstig und energieeffizient

● Beim Binder Jetting wird anstelle eines Lasers ein flüssiges Bindemittel verwendet, was es energieeffizienter macht.

● Außerdem werden bei dem Verfahren kostengünstige Materialien verwendet, was zu niedrigen Betriebskosten pro produziertem Teil führt.

● Es ist die ideale Wahl für die präzise und skalierbare Massenproduktion kleiner, aber genauer Objekte.

3. Keine Stützen erforderlich

● Anders als Fused Deposition Modeling (FDM) oder Stereolithographie (SLA) benötigt Binder Jetting keine Unterstützung.

● Die Teile sind mit Pulver umgeben, wodurch die Nachbearbeitungszeit und der Materialverbrauch reduziert werden.

Nachteile

1. Begrenzte Materialoptionen

● Binder Jetting bietet eine begrenzte Auswahl an Materialien, was seinen Einsatz in verschiedenen Anwendungen einschränkt.

● Obwohl es für Metalle, Keramik und Sand gut funktioniert, ist es möglicherweise auch für andere Materialien als Spezialmaterialien geeignet.

2. Hohe Nachbearbeitungszeit

● Nach dem Drucken müssen die mit Binder Jetting hergestellten Teile ausgehärtet und verstärkt werden.

● Dieser zusätzliche Schritt kann im Vergleich zu einigen anderen 3D-Druckverfahren zu längeren Vorlaufzeiten führen.

Binder Jetting Materialien

1. Metalle

Beim Metall-Binder-Jetting können verschiedene Metallpulver verarbeitet werden, darunter:

● Edelstahl

● Inconel

● Kupfer

● Titan

● Wolframkarbid

2. Keramik

Auch keramische Materialien sind mit dem Binder Jetting kompatibel. Beispiele hierfür sind:

● Aluminiumoxid

● Zirkonoxid

● Siliziumkarbid

3. Sand

Das Sand-Binder-Jetting ist besonders in der Gießereiindustrie nützlich. Es ermöglicht die Herstellung von Sandformen und Kernen für Gussprozesse.

4. Andere Materialien

Neben Metallen und Keramiken kann Binder Jetting auch mit anderen Materialien wie Polymeren verwendet werden.

Bildquelle: 3DEO

Binder Jetting vs. Material Jetting

Binder Jetting (BJ)

Verfahren

Beim Binder Jetting werden pulverförmige Materialien (wie Metall, Sand, Gips oder Keramik) Schicht für Schicht aufgetragen.

Druckmechanismus

Ein flüssiges Bindemittel (normalerweise ein Polymerbindemittel) wird selektiv auf das Pulverbett gedruckt. Das Bindemittel verfestigt sich bei Kontakt und verbindet die Pulverpartikel innerhalb einer Modellscheibe miteinander.

Vorteile

1. Schneller als viele andere 3D-Druckverfahren.

2. Kostengünstig für die Massenproduktion aufgrund geringer Materialkosten.

3. Keine Notwendigkeit umfangreicher Stützstrukturen.

4. Kann Metallteile direkt drucken.

Nachteile

1. Geringere Auflösung im Vergleich zu einigen anderen Techniken.

2. Auflösungsprobleme aufgrund der Kapillarwirkung, die dazu führt, dass das Bindemittel in das umgebende Pulver austritt.

3. Begrenzte Farbauswahl.

Anwendungen

Geeignet für Teile mit niedriger Auflösung aus einer Vielzahl von Materialien.

Material Jetting (MJ)

Verfahren

Material Jetting basiert auf dem gleichen Prinzip wie 2D-Druck. Mehrere Druckköpfe spritzen Materialtröpfchen (meist lichtempfindliches Harz oder Photopolymer) auf einen Bautisch. UV-Licht härtet das Material aus.

Druckmechanismus

Durch Material Jetting werden Modellscheiben direkt auf den Bautisch gedruckt.

Vorteile

1. Hohe Auflösung, geeignet für detaillierte Prototypen und Modelle aus Kunststoff.

2. Kann mehrere Fotopolymere und Farben kombinieren.

3. Schnelle Druckgeschwindigkeit.

Nachteile

1. Aufgrund der Materialeigenschaften kann es teurer sein.

2. Erfordert Stützstrukturen (nach dem Drucken entfernt).

Anwendungen

Ideal für detaillierte Prototypen, Modelle und Teile, die eine hohe Auflösung erfordern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Binder Jetting für die Massenproduktion kostengünstig ist, aber eine geringere Auflösung aufweist, während Material Jetting eine höhere Auflösung bietet, aber teurer sein kann. Die Wahl hängt von den spezifischen Projektanforderungen wie Auflösung, Materialien und Produktionsvolumen ab.

Bildquelle: Protolabs Network by Hubs

Binder Jetting Anwendungen

Binder Jetting bietet ein breites Anwendungsspektrum, von der Luft- und Raumfahrt bis zum Gesundheitswesen und von der Kunst bis zum Bauwesen.

1. Automobilindustrie

● Prototypen: Binder Jetting wird zum Erstellen funktionaler Prototypen für Tests und Validierungen verwendet.

● Werkzeugkomponenten: Es werden Werkzeugkomponenten wie Vorrichtungen, Halterungen und Gussformen hergestellt.

2. Luft- und Raumfahrtsektor

● Leichtbauteile: Binder Jetting ermöglicht die Herstellung leichter und dennoch langlebiger Komponenten für den Einsatz in Flugzeugen und Raumfahrzeugen.

● Komplexe Geometrien: Ideal zum Erstellen komplizierter Komponenten mit komplexen Geometrien.

3. Gesundheitswesen und medizinische Geräte

● Anatomische Modelle: Binder Jetting hilft bei der Erstellung präziser anatomischer Modelle für die Operationsplanung und -ausbildung.

● Zahnrestaurationen: Wird in Dentallaboren für Kronen, Brücken und Zahnprothesen verwendet.

4. Gießereiindustrie

● Sandgusskerne und -formen: Durch Binder Jetting werden Sandkerne und -formen für den Metallguss hergestellt.

● Kostengünstige Werkzeuge: Es bietet kostengünstige Werkzeuglösungen für Gießereien.

5. Luxusgüter und Kunst

● Individueller Schmuck: Mit Binder Jetting können Schmuckdesigner komplizierte und personalisierte Stücke herstellen.

● Künstlerische Skulpturen: Künstler nutzen sie, um ihre kreativen Visionen zum Leben zu erwecken.

6. Architektur und Bauwesen

● Architekturmodelle: Binder Jetting erstellt detaillierte Architekturmodelle für Visualisierungen und Präsentationen.

● Maßgeschneiderte Baukomponenten: Es können maßgeschneiderte Bauelemente mit einzigartigem Design erstellt werden.