Durch Material Jetting (MJ) wird die Test- und Markteinführungsphase erheblich beschleunigt. Das Verfahren wird von zahlreichen Branchen wie Automobilherstellern, Designstudios, Ateliers oder medizinischen Einrichtungen eingesetzt, um zuverlässige Prototypen präzise zu erstellen. Dabei werden 3D-Drucke mit mehreren Materialteilen, Farben und einer glatten Oberfläche erzeugt.

Material Jetting kann in verschiedene Techniken unterteilt werden, von denen die wichtigsten PolyJet, NanoParticle Jetting (NPJ) und Drop-On-Demand (DOD) sind. In diesem Artikel finden Sie alle relevanten Informationen über das Material Jetting-Verfahren, die verwendeten Materialien, die Vor- und Nachteile und wie es die Produktionsprozesse Ihres Unternehmens verbessern kann.

Was ist Material Jetting?

Material Jetting gehört zu den sieben Arten der Additiven Fertigungsverfahren.

Bei diesem Vorgang werden Tröpfchen auf die Bauplattform des 3D-Druckers “gejettet” und durch ultraviolettes Licht oder Wärme ausgehärtet. Es wird oft mit dem 2D-Tintenstrahldruck verglichen, da die Materialtröpfchen gezielt aufgetragen werden, um dreidimensionale Objekte Schicht für Schicht zu erzeugen.

Der Materialauftrag wird durch X-, Y- und Z-Bewegungen gesteuert. Das erforderliche Trägermaterial wird oft gleichzeitig mit einem auflösbaren Material gedruckt, welches nach dem Druck leicht entfernt werden kann, ohne Spuren zu hinterlassen.

Material Jetting wird von Produktherstellern aufgrund der hohen Präzision eingesetzt. Diese liegt bei einer Messgenauigkeit von ± 0,1 % und einer unteren Grenze von ± 0,1 mm bis 0,02 m. Typische Baugrössen sind 380 x 250 x 200 mm, die Modelle können aber auch Abmessungen von 1000 x 800 x 500 mm erreichen.

Material Jetting gilt als eine der schnellsten und genauesten 3D-Drucktechnologien. Obwohl Hersteller verschiedene Typen des Material Jetting entwickelt haben, liegt dem Verfahren ein gemeinsames Prinzip zugrunde.

Typen des Material Jetting (MJ)

Material Jetting ist ein sehr beliebtes Verfahren, da es die Kombination mehrerer Materialteile und Farben in einem einzigen Druckvorgang ermöglicht, was viel Zeit spart und realistische Prototypen erzeugt. Material Jetting kann auf unterschiedliche Arten durchgeführt werden, die von verschiedenen Unternehmen patentiert sind. Die Wahl des richtigen Verfahrens hängt dabei hauptsächlich von dem angestrebten Ergebnis ab.

Die PolyJet Technologie eignet sich am besten für die Kombination von mehreren Materialien, während das NanoParticle Jetting (NPJ) die beste Wahl für die simultane Herstellung mehrerer kleiner Teile ist. Drop-On-Demand (DOD) wird vor allem in der Schmuckindustrie gerne verwendet. In den folgenden Abschnitten werden die einzelnen Typen im Detail erläutert.

PolyJet Technologie

PolyJet ist die beliebteste Methode des Material Jetting. Der Begriff bezieht sich auf den allerersten Drucker mit Material Jetting Technologie von Object (später Stratasys). Bei der PolyJet-Technologie werden hauchdünne Schichten aus flüssigem Photopolymer-Material auf die Druckplatte gespritzt - eine Technik, die mit dem traditionellen Tintenstrahldruck vergleichbar ist. Dabei wird jede Schicht sofort durch UV-Licht ausgehärtet, so dass die folgenden Schichten darauf aufgebaut werden können. Für komplexe Formen können Trägermaterialien verwendet werden, die sich anschliessend leicht entfernen lassen - entweder von Hand oder durch einen Wasserstrahl. Polyjet-Teile können eine Kombination aus starren oder flexiblen, farbigen oder durchsichtigen Materialien sein, die sogar im medizinischen Bereich eingesetzt werden können. Die 3D-Drucke bieten ein realistisches Endprodukt bis ins kleinste Detail.

Drop-On Demand (DOD)

Das Drop-On Demand (DOD) Verfahren ist mit dem PolyJet Verfahren vergleichbar, allerdings steht hierbei eine breitere Palette an Materialien zur Auswahl und es kann beispielsweise Wachs anstelle von Photopolymeren verwendet werden. DOD-Drucker verfügen über zwei Druckdüsen für das Aufbaumaterial sowie über ein auflösbares Trägermaterial. Ein grosser Vorteil des Systems ist dieFähigkeit, hochauflösende Kurven sowie ebenmässige Oberflächen zu drucken, da jede fertige Schicht mit einem Fly Cutter abgeschabt wird. Dies führt zu präzisen und genauen Ergebnissen. Die Anwendung wird von Branchen wie der Schmuckindustrie zur Herstellung hochpräziser Drucke und Formen verwendet.

Was sind die wichtigsten Merkmale des Material Jetting?

Die Hauptbestandteile eines Druckers sind Druckköpfe, UV-Licht, Bauplattform sowie Materialbehälter. Material Jetting ermöglicht es Unternehmen, Multimaterial- und Vollfarbdrucke Schicht für Schicht zu erstellen, wodurch realistische Prototypen mit sehr glatten Oberflächen entstehen.

Welche Materialien werden für Material Jetting eingesetzt?

Beim Material Jetting mit 3D-Harzen kommen 3 Hauptmaterialien zum Einsatz: Basisharze, Verbundharze und Trägermaterial.

Basisharze
Diese Harze können unabhängig von anderen Bestandteilen verwendet werden und lassen sich nach ihren spezifischen Eigenschaften unterscheiden. Zu den Basisharzen gehören transparente, feste, flexible, biokompatible und giessfähige Harze.

Verbundharze
Verbundharze können aus vielen verschiedenen Basisharzen bestehen, daher müssen die Hersteller beim Mischen über eine umfassende Kenntnis der jeweiligen Eigenschaften verfügen. Die Art der Mischung hängt auch vom Drucker ab und ob dieser in der Lage ist, mehrere Materialbehälter gleichzeitig zu verarbeiten.

Trägermaterial
Trägermaterialien werden aus leicht auflösbaren Stoffen hergestellt, um sie später problemlos aus dem Druck entfernen lassen zu können. Im Hinblick auf ihre Löslichkeit können die Trägermaterialien unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Oft ist es aber möglich, sie manuell oder mit einem Wasserstrahl zu entfernen.

Die Vor- und Nachteile der Material Jetting Technologie

Material Jetting ist ein beliebtes, hochpräzises 3D-Druckverfahren, das gerne für äusserst realistische Prototypen, Spritzgussformen, Feinguss und medizinische Geräte eingesetzt wird.

Designer können die Vorteile der Multimaterial- und Multicolor-Fähigkeiten nutzen und auch die medizinische Industrie kann mittels Material Jetting anatomische Modelle für die chirurgische Planung und Ausbildung herstellen. .

In bestimmten Branchen kann die Herstellung von Formen und Modellen in kleinen Stückzahlen sogar eine kosteneffiziente Alternative darstellen. Neben seinen zahlreichen Vorteilen ist Material Jetting jedoch nicht für alle Zwecke geeignet. In den folgenden Abschnitten werden die wichtigsten Vor- und Nachteile des Material Jetting zusammengefasst.

Vorteile des Material Jetting

Einer der grössten Vorteile des Material Jetting liegt in der Präzision des Druckes. Jede Druckschicht kann mit einer Genauigkeit von bis zu 0,013 mm aufgetragen werden, was zu einem Ergebnis mit glatter Oberfläche und detailgetreuen Merkmalen führt. Auch das Trägermaterial hinterlässt nach dem Entfernen keine Spuren und man erhält realistische Objekte, komplizierte Formen und scharfe Kanten.

Darüber hinaus können beim Material Jetting viele Materialien und Farben geschichtet werden, da die Drucker mit mehreren Düsen gleichzeitig arbeiten. Je nach Anforderung können verschiedene Eigenschaften wie Lichtdurchlässigkeit, Opazität, Festigkeit oder Flexibilität des 3D-Drucks erzielt werden, was den Unternehmen ermöglicht, sehr realistische Prototypen, (Fein-)Gussformen und sogar medizinische Geräte herzustellen.

Nachteile des Material Jetting

Neben seinen zahlreichen Vorteilen hat das Material Jetting im Vergleich zu anderen Drucktechniken auch seine Grenzen. Zunächst einmal ist die benötigte Ausstattung teuer und der Prozess zur Herstellung von 3D-Druck-Harzen ist relativ langsam, da die Strukturen tröpfchenweise aufgebaut werden. Zudem erzeugt das Material Jetting relativ schwache Modelle, was zu einem Problem werden kann, wenn die Funktionalität des Prototyps eine entscheidende Rolle spielt.

Die festen Stützstrukturen, die beim Multiple Jetting verwendet werden, sind sehr kostenintensiv und Materialien wie Wachs sind relativ teuer und instabil. Ausserdem ist die Anzahl an viskosem Material begrenzt.

Fazit

Material Jetting bietet hochpräzise und farbenfrohe Modelle, die die Markteinführung beschleunigen und die Produktionskosten senken können. Dank der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten und Einsatzszenarien können viele Branchen von dieser fortschrittlichen Technologie der additiven Fertigung profitieren. Wenn es darum geht, die Werkzeugkosten zu senken oder präzise Prototypen benötigt werden, kann Material Jetting der richtige Ansatz dafür sein.