Erklärung zum PolyJet 3D-Druck

Was ist PolyJet-3D-Druck?

Beim PolyJet-3D-Druck wird eine Schicht aus härtbarem flüssigem Photopolymer auf eine Bauplattform gesprüht.

PolyJet verwendet Tintenstrahl-ähnliche Druckköpfe, die winzige Tröpfchen des Photopolymermaterials versprühen, die sofort durch ultraviolettes (UV-)Licht ausgehärtet werden. So können Teile mit glatten Oberflächen und einem hohen Detailgrad hergestellt werden, der mit Spritzgussteilen mithalten kann.

Eine der bemerkenswertesten Eigenschaften von PolyJet ist seine Multimaterialfähigkeit. Es kann in einem einzigen Druckauftrag mit mehreren verschiedenen Materialien drucken, darunter auch Materialien mit unterschiedlichen Farben und mechanischen Eigenschaften. Daher ist PolyJet in der Lage, Prototypen zu erstellen, die dem Endprodukt nicht nur in Form, sondern auch in Funktion und Ästhetik sehr nahe kommen.

PolyJet bietet unübertroffene Präzision, Materialflexibilität und schnelle Produktionsmöglichkeiten und ist damit eine hervorragende Option für Rapid Prototyping. Designer und Ingenieure können Designs schnell iterieren und so im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungstechniken in deutlich kürzerer Zeit vom Konzept zum greifbaren Objekt gelangen.

Bildquelle: Stratasys

PolyJet 3D-Druckverfahren

Hier ist die Schritt-für-Schritt-Übersicht des PolyJet 3D-Druckprozesses:

1. Vorbereitung

Es beginnt mit einem sorgfältig erstellten 3D-Modell in einem CAD-Programm (Computer-Aided Design). Das 3D-Modell wird dann in ein für den 3D-Druck geeignetes Format konvertiert, normalerweise STL, STP oder OBJ.

2. Drucken

Der PolyJet-Drucker bereitet sich auf den Einsatz vor und wärmt seine Druckköpfe auf. Diese Köpfe ähneln denen von Tintenstrahldruckern, sind jedoch so konstruiert, dass sie Fotopolymer statt Tinte ausstoßen. Der Drucker spritzt Tausende winziger Fotopolymertröpfchen Schicht für Schicht auf eine Bauplattform.

3. Aushärtung

Beim Auftragen jeder Schicht wird diese sofort durch ultraviolettes (UV-)Licht ausgehärtet und verfestigt, wodurch sichergestellt wird, dass die Details scharf und die Oberflächen glatt sind.

4. Stützen

Bei Überhängen und einigen komplexen Geometrien spritzt der Drucker gleichzeitig ein abnehmbares Stützmaterial aus. Das Stützmaterial stützt das Design, während es Gestalt annimmt, und stellt sicher, dass jede Nuance erfasst wird.

5. Schichten

Der Vorgang wiederholt sich, wobei sich jede Schicht mit der letzten verbindet und das Objekt nach und nach in seiner ganzen Pracht entsteht.

6. Nachbearbeitung

Sobald der Druckvorgang abgeschlossen ist, wird das Objekt von der Bauplattform entfernt. Das Trägermaterial wird anschließend abgewaschen oder manuell entfernt, um das Endprodukt freizulegen.

7. Letzte Handgriffe

Um die gewünschte ästhetische Qualität zu erreichen, kann das mit PolyJet gedruckte Objekt einer zusätzlichen Nachbearbeitung oder Endbearbeitung unterzogen werden, beispielsweise durch Wasserstrahlen, Schleifen oder Lackieren.

Bildquelle: Mizar Additive Manufacturing

Um welche Art von 3D-Drucker handelt es sich bei PolyJet?

PolyJet ist ein 3D-Druckertyp, der in die Kategorie Material Jetting fällt. Er ist bekannt für seine Fähigkeit, mehrere Materialien und Farben in einem einzigen Druckvorgang zu drucken, was ihn von anderen 3D-Drucktechnologien unterscheidet.

Der PolyJet-Drucker funktioniert ähnlich wie ein Tintenstrahldrucker, weist jedoch einen entscheidenden Unterschied auf. Anstelle von Tinte spritzt er ein Fotopolymermaterial, das sofort durch ultraviolettes (UV-)Licht ausgehärtet wird. PolyJet-Drucker eignen sich besonders für die Erstellung von Prototypen, die feine Details und eine glatte Oberfläche erfordern. Sie können Teile mit unterschiedlichen Texturen, Farben und Materialeigenschaften im selben Druckauftrag herstellen. Die Technologie ermöglicht außerdem den Druck in hoher Auflösung.

PolyJet-Drucker sind vielseitig einsetzbar und können in verschiedenen Branchen eingesetzt werden, von der Medizin- und Zahnmedizin bis hin zu Konsumgütern und Elektronik. Sie eignen sich ideal für die Herstellung realistischer Prototypen, Modelle und sogar Endverbrauchsteile, die ein hohes Maß an Detailgenauigkeit und Präzision erfordern.

Bildquelle: Stratasys J5 DentaJet

PolyJet-Materialien

Die PolyJet-3D-Drucktechnologie ist für ihre große Auswahl an Materialoptionen bekannt, die eine Vielzahl von Anwendungen und Designanforderungen erfüllen.

● Digitale Materialien : Diese sind einzigartig im PolyJet-Druck. Sie werden durch Mischen von bis zu sieben verschiedenen Photopolymerharzen in bestimmten Konzentrationen und Strukturen hergestellt, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften und Texturen zu erzielen.

● Digitaler ABS-Kunststoff : Digital ABS wurde entwickelt, um die Haltbarkeit und Hitzebeständigkeit des thermoplastischen Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) nachzuahmen und ist ideal für funktionale Prototypen, die Robustheit und Wärmestabilität erfordern.

● Transparente Materialien : PolyJet bietet Materialien, die Glas oder transparenten Kunststoff simulieren können, sodass die Erstellung klarer Komponenten oder Prototypen mit durchsichtigen Elementen möglich ist.

● Gummiähnliche Materialien : Mit unterschiedlichen Flexibilitätsgraden und Farboptionen können diese Materialien Gummi simulieren und so die notwendige Elastizität für Teile wie Dichtungen, Schläuche und Verschlüsse bereitstellen.

● Biokompatible Materialien : Diese sind speziell für medizinische und zahnmedizinische Anwendungen formuliert und erfüllen die erforderlichen Sicherheitsstandards für den Körperkontakt.

● Hochtemperaturmaterialien : PolyJet bietet Materialien, die erhöhten Temperaturen standhalten, ohne sich zu verformen, für Anwendungen, die Stabilität unter hohen thermischen Bedingungen erfordern.

● Simuliertes Polypropylen : Diese Materialien bieten die Widerstandsfähigkeit und Haltbarkeit von Polypropylen und eignen sich für Prototypen, die die Eigenschaften dieses gängigen Kunststoffs nachbilden müssen.

● Vollfarbmaterialien : Die Fähigkeit von PolyJet, in Vollfarbe zu drucken, ermöglicht die Herstellung von Modellen mit komplizierten Farbmustern und -verläufen, wodurch die visuelle Attraktivität und der Realismus von Prototypen verbessert werden.

Bildquelle: Stratasys VeroVivid Farbfamilie

Vor- und Nachteile von PolyJet

Vorteile

● Multimaterialfähigkeit : PolyJet kann in einem Durchgang mit mehreren Materialien drucken, einschließlich transparenter und gummiartiger Eigenschaften, und gängige Thermoplaste wie ABS simulieren.

● Vollfarbdruck : Dies ist eine der wenigen Technologien, die 3D-Druck in Vollfarbe ermöglichen und so Prototypen optisch realistisch gestalten.

● Hohe Präzision : PolyJet ist für seine hohe Genauigkeit von bis zu 16 Mikrometern und die Fähigkeit, extrem glatte Oberflächen zu erzeugen, bekannt.

● Geschwindigkeit : Es können mehrfarbige Teile viel schneller erstellt werden als mit den meisten anderen 3D-Drucktechnologien.

● Einfache Nachbearbeitung : Das Stützmaterial lässt sich leicht von Hand entfernen, was weniger arbeitsintensiv ist als bei anderen Methoden wie SLA.

Nachteile

● Stützmaterial : Bereiche, in denen Stützmaterial verwendet wird, können eine verringerte Oberflächenqualität aufweisen und das Entfernen der Stützen kann die Präzision des Endteils beeinträchtigen.

● Abgerundete Kanten : Scharfe Kanten können aufgrund der Art des Druckvorgangs abgerundet werden, was in bestimmten Bereichen zu einem Detailverlust führt.

● Kosten : Die beim PolyJet-Druck verwendeten Materialien und Maschinen können im Vergleich zu anderen 3D-Drucktechnologien teurer sein.

● Materialbeschränkungen : Obwohl eine Vielzahl von Materialien angeboten wird, handelt es sich bei allen um Photopolymere, die möglicherweise nicht die Leistungsstandards aller technischen Kunststoffe erfüllen.

Ist PolyJet besser als SLA?

Bei beiden handelt es sich um fortschrittliche 3D-Drucktechnologien auf Harzbasis, die UV-Licht zum Aushärten von flüssigem Harz verwenden. Sie weisen jedoch deutliche Unterschiede auf, die sie für unterschiedliche Szenarien geeignet machen.

Werfen Sie einen Blick auf die SLA-Vorteile:

● Großformatige Teile: SLA eignet sich besser für die Herstellung großformatiger Teile.

● Konstante Geschwindigkeit: Beim SLA-Druck wird unabhängig von der Größe des Modells eine konstante Geschwindigkeit beibehalten.

● Kosteneffizienz: SLA kann kostengünstiger sein, insbesondere bei Einzelmaterialdrucken.

Überlegungen

● Anwendung: Durch die Möglichkeit zum schnellen Materialwechsel ist PolyJet ideal für Prototypen und die Produktion kleiner Stückzahlen geeignet, während SLA eher für größere Teile aus einem einzigen Material geeignet ist.

● Detailgenauigkeit und Präzision: Wenn hohe Detailgenauigkeit und Präzision erforderlich sind, ist PolyJet möglicherweise vorzuziehen.

● Budget: SLA ist möglicherweise die bessere Option für diejenigen, die mit einem begrenzten Budget arbeiten oder größere Objekte produzieren müssen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass PolyJet ein hohes Maß an Flexibilität und Präzision bietet und sich daher hervorragend für komplexe Prototypen und Teile aus mehreren Materialien eignet. SLA hingegen ist eine zuverlässige Wahl für größere Teile und kann für bestimmte Anwendungen kostengünstiger sein. Die Entscheidung zwischen PolyJet und SLA hängt letztendlich von den spezifischen Anforderungen des Projekts ab.

PolyJet-Anwendungen

PolyJet wird in verschiedenen Bereichen eingesetzt:

Medizin und Zahnmedizin

In der Medizinbranche wird PolyJet zur Erstellung detaillierter anatomischer Modelle für die Operationsplanung und zu Ausbildungszwecken eingesetzt. In der Zahnmedizin wird es für präzise Zahnabdrücke und kieferorthopädische Geräte verwendet.

Prototyping

Designer nutzen PolyJet für Form-, Passform- und Funktionstests. Es eignet sich ideal für die Prototypenentwicklung komplexer Teile, insbesondere wenn mehrere Materialeigenschaften oder Farben zur Simulation des Endprodukts benötigt werden.

Konsumgüter

Bei Konsumgütern eignet sich PolyJet perfekt zum Erstellen realistischer Prototypen mit der exakten Farbe und Haptik des beabsichtigten Endprodukts, beispielsweise einer Handbohrmaschine mit weichem Griff.

Ausbildung

Lehrmittel und Spielzeuge profitieren von der Fähigkeit von PolyJet, farbenfrohe und detaillierte Artikel herzustellen, die der Handhabung durch Schüler und Kinder standhalten.

Umspritzen

PolyJet kann Herstellungsprozesse wie das Umspritzen simulieren und ermöglicht so die Herstellung flexibler, gummiartiger Modelle mit rutschfesten oder weichen Oberflächen.

Schmuckdesign

Aufgrund seiner hohen Auflösung eignet sich der PolyJet-Druck für die Schmuckgestaltung, bei der Präzision und Detailgenauigkeit von größter Bedeutung sind.

Mikroelektronik

Ein weiterer Bereich, in dem PolyJet dank seiner Fähigkeit, extrem feine Details und komplexe Geometrien zu reproduzieren, herausragend ist, ist die Prototypenerstellung für Mikroelektronik.

Bildquelle: Stratasys