Erklärung zu Multi Jet Fusion (MJF 3D-Druck)

Was ist Multi Jet Fusion?

Multi Jet Fusion (MJF) ist eine fortschrittliche 3D-Drucktechnologie, die von HP Inc. entwickelt wurde . Mit dem MJF-3D-Druck werden Teile mit hoher Präzision, hervorragenden mechanischen Eigenschaften und relativ kurzen Produktionszeiten hergestellt.

Im Gegensatz zu herkömmlichen 3D-Druckverfahren mit Lasern oder Extrusionsverfahren wird bei MJF eine dünne Schicht Pulvermaterial auf das Druckbett aufgetragen. Anschließend werden mithilfe eines thermischen Tintenstrahl-Arrays selektiv Schmelz- und Detaillierungsmittel auf das Pulverbett aufgetragen. Der Prozess umfasst eine Kombination aus Tintenstrahldruck und Infrarotwärme zum Verschmelzen der Pulverpartikel.

Das Detaillierungsmittel ist entscheidend, da es die Kanten jeder Schicht definiert und so für klare und glatte Oberflächen sorgt. Das Schmelzmittel verfestigt das Pulver dort, wo das Teil aufgebaut werden soll. Nach dem Schmelzen jeder Schicht wird eine neue Pulverschicht darauf verteilt. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis das Objekt vollständig geformt ist.

Die Druckgeschwindigkeit von MJF ist einer seiner wesentlichen Vorteile. Das Tintenstrahl-Array deckt das gesamte Druckbett auf einmal ab und macht den Prozess dadurch schneller als beim selektiven Lasersintern (SLS), bei dem jede Schicht Punkt für Punkt nachgezeichnet werden muss. Darüber hinaus können mit MJF Teile mit komplexen Geometrien ohne Stützstrukturen hergestellt werden, was Abfall und Nachbearbeitungszeit reduziert.

Die MJF-Technologie eignet sich besonders für die Herstellung funktionaler Prototypen, Endverbrauchsteile sowie kleiner bis mittlerer Stückzahlen. Sie unterstützt eine Reihe von Materialien, vor allem Thermoplaste wie Nylon PA12, das für seine Langlebigkeit und Detailgenauigkeit bekannt ist.

Bildquelle: HP

MJF 3D-Druckverfahren

Offizielles Video zum HP MJF 3D-Druckprozess

Das MJF-Druckverfahren vereint Präzision, Geschwindigkeit und Vielseitigkeit, um Objekte Schicht für Schicht aus Pulvermaterial zu erstellen. Lassen Sie uns die Funktionsweise in Schritten erläutern:

1. Vorbereitung : Der Prozess beginnt mit der Vorbereitung der Baukammer, in der die Temperatur sorgfältig kontrolliert wird, um optimale Druckbedingungen zu gewährleisten.

2. Pulververteilung : Eine dünne Schicht feinkörnigen thermoplastischen Pulvers wird gleichmäßig über die Bauplattform verteilt.

3. Drucken : Ein mit einer Reihe thermischer Tintenstrahldüsen ausgestatteter Schlitten fährt über die Bauplattform und trägt selektiv ein Schmelzmittel auf das Pulverbett auf. Dieses Mittel begrenzt den Querschnitt des Objekts für die jeweilige Schicht.

4. Fixieren : Anschließend wird Infrarotenergie angewendet, wodurch die Bereiche mit dem Fixiermittel schmelzen und sich verbinden, wodurch eine feste Schicht entsteht.

5. Detaillierung : Gleichzeitig wird ein Detaillierungsmittel um die Ränder des Objektquerschnitts aufgetragen. Dieses Mittel verhindert das Verschmelzen der Kanten und sorgt für hochauflösende Details und glatte Oberflächen.

6. Schichtaufbau : Sobald eine Schicht fertig ist, senkt sich die Bauplattform leicht ab und eine neue Pulverschicht wird darauf verteilt. Der Druck-, Schmelz- und Detaillierungsprozess wiederholt sich, wobei das Objekt Schicht für Schicht aufgebaut wird.

7. Abkühlen : Nachdem der Druckauftrag abgeschlossen ist, wird die Baukammer abkühlen gelassen, damit die neu geformten Teile vollständig aushärten können.

8. Entnahme und Reinigung : Die fertigen Teile werden anschließend aus der Baukammer entnommen. Überschüssiges Pulver wird entfernt, häufig durch eine Kombination aus Bürsten und Luftstrahlen.

MJF-Materialien

MJF verwendet hauptsächlich thermoplastische Polymere, die für ihre Haltbarkeit und Recyclingfähigkeit bekannt sind.

Nylon PA 12

Nylon PA 12 ist aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften und seines ausgewogenen Profils das am häufigsten verwendete Material in MJF. Es ermöglicht robuste, hochdichte Teile, die stark sind und eine gute chemische Beständigkeit gegen Öle, Fette, aliphatische Kohlenwasserstoffe und Laugen aufweisen.

Nylon PA 12 Glasperlen

Für Anwendungen, die eine erhöhte Dimensionsstabilität und Steifigkeit erfordern, kann Nylon PA 12 mit Glasperlen gemischt werden. Dieser Verbundwerkstoff eignet sich ideal für komplexe Baugruppen und Gehäuse, die hohen mechanischen Belastungen standhalten müssen.

Nylon PA 11

PA 11 wird aus erneuerbarem Rizinusöl gewonnen und ist aufgrund seiner Umweltverträglichkeit beliebt. Es bietet ähnliche Vorteile wie PA 12, verfügt jedoch über eine höhere Duktilität und Schlagfestigkeit und eignet sich daher für Teile, die Flexibilität erfordern.

Polypropylen (PP)

PP ist für sein geringes Gewicht und seine chemische Beständigkeit bekannt und wird in MJF für Teile verwendet, die chemischen Belastungen und dynamischen Belastungen standhalten müssen. Es ist zudem eine kostengünstige Option sowohl für Prototypen als auch für Endanwendungen.

Thermoplastisches Polyurethan (TPU)

TPUs sind flexible Kunststoffe, aus denen Teile mit unterschiedlicher Weichheit und Elastizität hergestellt werden können. Sie werden häufig zur Herstellung komplexer Geometrien verwendet, die gummiartige Eigenschaften erfordern.

Mit diesen Materialien kann MJF Teile herstellen, die branchenübergreifend – von der Automobilindustrie bis hin zu Konsumgütern – eingesetzt werden können und eine Kombination aus Festigkeit, Präzision und ästhetischer Qualität bieten. Die Materialauswahl richtet sich nach den spezifischen Anforderungen der Anwendung und berücksichtigt Faktoren wie mechanische Festigkeit, Flexibilität, Hitzebeständigkeit und Farbe.

MJF 3D-Druck-Nachbearbeitung

Nach dem aufwendigen 3D-Druckverfahren mit Multi Jet Fusion (MJF) benötigen die Teile verschiedene Nachbearbeitungsschritte, um ihre endgültige Form und Funktion zu erreichen. Diese Schritte verbessern die Ästhetik, die mechanischen Eigenschaften und die Eignung der Teile für den vorgesehenen Anwendungszweck:

Entpulverung

Der erste Schritt besteht darin, das lose Pulver zu entfernen, das nach dem Drucken noch an den Teilen haftet. Die Entladung erfolgt typischerweise durch eine Kombination aus Bürsten und Luftstrahlen.

Kugelstrahlen

Um eine gleichmäßige Oberfläche zu erzielen und Pulverrückstände zu entfernen, wird Glasperlenstrahlen verwendet. Bei diesem Verfahren werden die Teile mit winzigen Glasperlen unter hohem Druck bestrahlt.

Medien-Tumbling

Für eine glattere Oberfläche können die Teile einem Trommelschleifen unterzogen werden. Dabei werden sie in einen vibrierenden Behälter mit kleinen Keramiksplittern gelegt. Durch die Vibration werden die Teile poliert und die Oberflächenrauheit reduziert.

Färberei

MJF-Teile sind von Natur aus porös und daher ideal zum Färben. Sie können in ein heißes Farbbad getaucht werden. Der Farbstoff dringt jedoch nur bis zu einer bestimmten Tiefe ein, sodass die Farbe mit der Zeit durch Abnutzung verblassen kann.

Chemische Dampfglättung

Dieses Verfahren verbessert die Oberflächenbeschaffenheit durch Versiegelung, erleichtert das Einfärben und die Zertifizierung für den Kontakt mit Haut und Lebensmitteln. Es glättet das Teil, ohne die Maßgenauigkeit zu beeinträchtigen.

Beschichtung

Teile können mit verschiedenen Materialien beschichtet werden, um die Leistung zu verbessern. Beschichtungen können Eigenschaften wie UV-Beständigkeit, Wasserabweisung oder erhöhte Festigkeit verleihen.

Infiltration

Für Teile, die zusätzliche Festigkeit oder andere Eigenschaften erfordern, kann eine Infiltration mit einem anderen Material, beispielsweise Epoxid, durchgeführt werden. Die Infiltration trägt auch dazu bei, das Teil gegen Feuchtigkeit und andere Umwelteinflüsse abzudichten.

MJF-Anwendungen

1. Luft- und Raumfahrt : In der Luft- und Raumfahrtbranche wird MJF zur Herstellung von Leichtbaukomponenten verwendet, die den hohen Anforderungen von Luft- und Raumfahrtanwendungen standhalten, darunter Teile wie Rohrleitungen, Verbindungsstücke und nicht-kosmetische Gehäuse.

2. Automobilindustrie : MJF ermöglicht der Automobilindustrie die schnelle Produktion komplexer Teile wie Halterungen, Abdeckungen und Kabelclips. Besonders nützlich ist es für Kleinserien, Vorserien und Ersatzteile.

3. Medizin : MJF eignet sich aufgrund seiner Präzision und der Möglichkeit, biokompatible Materialien zu verwenden, ideal für medizinische Anwendungen. Es wird zur Herstellung von kundenspezifischen Prothesen, orthopädischen Implantaten und Zahnmodellen verwendet.

4. Konsumgüter : Im Bereich Konsumgüter kann MJF alles von tragbarer Technologie bis hin zu Haushaltsgegenständen herstellen und bietet dabei ein hohes Maß an Anpassungsmöglichkeiten und komplexen Designmöglichkeiten.

5. Elektronik : MJF ist in der Lage, wasserdichte Gehäuse für Elektronik herzustellen und so Schutz und Haltbarkeit für Geräte zu gewährleisten, die verschiedenen Umweltbedingungen ausgesetzt sind.

6. Fertigung : MJF wird sowohl für die Prototypenentwicklung als auch für Endverbrauchsteile in der Fertigung eingesetzt. Es eignet sich besonders für die Produktion hochkomplexer Teile in kleinen Chargen, deren Herstellung mit herkömmlichen Fertigungsmethoden teuer oder unmöglich wäre.

7. Robotik und Automatisierung : Die Stärke und Präzision von MJF-Teilen kommt Komponenten für Getriebesysteme, Aktuatoren und Roboterbaugruppen zugute, die ein hohes Maß an Artikulations- und Verriegelungsfunktionen aufweisen können.

MJF 3D-Druckdienste

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