Das Kunststoff-Zentrum SKZ in Würzburg hat mit Beginn des Jahres 2021 seinen Powder-Bed-Fusion-Bereich um das „Multi-Jet-Fusion“-Verfahren (MFJ) ergänzt. Der namhafte Druckerhersteller HP Inc. bietet der Additiven Fertigung mit seinem Modell „Jet Fusion 580“ eine Technologie, mit welcher Bauteile aus weißem Polyamid-Pulver bereits während der Fertigung mit CMYK-Farbkartuschen schichtweise eingefärbt werden können. Gegenüber dem Lasersinter-Verfahren (LS) bedingt die Herstellung farbiger Modelle hier somit keine zusätzlichen Prozessschritte mehr.
Durch die enge Zusammenarbeit des SKZ mit der HP Deutschland GmbH und der Solidpro GmbH - einem Unternehmen der Bechtle Gruppe - haben sich drei Firmen gefunden, die es sich zur Aufgabe gemacht haben, die Forschung im 3D-Druck entscheidend voranzutreiben.
Im Jahr 2011 entstand am SKZ mit dem „Center for Additive Production“ (CAP) ein Kompetenzzentrum für 3D-Druck. Die Erfolgsgeschichte des CAP begann damals mit einer Lasersinteranlage des Typs Formiga P 110 der Firma EOS GmbH (Krailing), welche seitdem Mittelpunkt für eine Vielzahl industrienaher Forschungsaktivitäten ist. Mittlerweile ist das Kompetenzzentrum deutlich gewachsen und nutzt neben der LS-Anlage sieben Drucker, die auf dem Fused Layer Modeling basieren (darunter mehrere Eigenbauten), einen Arburg Freeformer, eine PolyJet-Maschine sowie diverse Anlagen für Vat-Photopolymerisation.
Das neueste Mitglied dieser Familie ist das Modell „Jet Fusion 580“ der Firma HP. Dieses verarbeitet ebenfalls das für LS typische Polyamid (PA) PA12-Pulver. Während beim LS die Modellschichten mit einem Laser aufgeschmolzen werden, arbeitet die MJF-Technologie mit einer wärmeabsorbierenden Flüssigkeit (Fusing Agent) und Infrarot-Lampen. Vorgestellt wurde das Verfahren erstmals 2014, der finale Markteintritt begann 2016 mit der ersten Produktionsmaschine MJF 4200, welche den Druck grauer Bauteile in PA11 und PA12 ermöglichte. Für funktionales Prototyping und Kleinserien wurden 2018 schließlich die Modelle 540 und 580 vorgestellt, die zusätzlich eine Einfärbung der Konturen in Weiß (540) oder Vollfarbe (580) – zusammengemischt aus dem CMYK-Spektrum wie bei handelsüblichen Papierdruckern – zulassen. Dabei besteht die Option, die Eigenschaften der Modelle voxelabhängig zu modifizieren und so über die CAD-Konstruktion beispielsweise eine Fülle an unterschiedlichen Farben in einem einzigen Bauteil zu vereinen. Die Produktionsplattform wurde 2019 ebenfalls um den MJF 5200 erweitert. Dadurch wurde die Druckgeschwindigkeit nochmals um 30 Prozent gesteigert und das Materialportfolio um thermoplastisches Polyurethan (TPU) uns Polypropylen (PP) erweitert. Solidpro installierte im Januar schließlich das neue Modell 580 am SKZ.
Während das am SKZ vorhandene LS-System durch seine Offenheit besticht und daher insbesondere aus der Forschung an neuartigen 3D-Druck-Materialen nicht wegzudenken ist, verfügt die MJF-Maschine über eine deutlich höhere Baugeschwindigkeit, eine feinere Schichtauflösung, eine verbesserte Oberflächenqualität sowie ein durch den Fusing Agent bedingtes homogeneres Verschmelzen der Pulverpartikel, wodurch die für die Additive Fertigung typischen Anisotropien in den Bauteilen minimiert werden.
Das Hauptanwendungsgebiet des MJF-Verfahrens besteht analog zum LS hauptsächlich in der Fertigung von Einzelstücken bis hin zur Kleinserie. Durch die fehlende Notwendigkeit von Stützstrukturen ist auch hier die Herstellung komplexer Geometrien mit umfangreicher Funktionsintegrationen möglich.
Das Einbringen von Farben in 3D-gedruckte Modelle ermöglicht neben dem optischen Aspekt auch bedeutende praktische Anwendungen. So können in der Medizin dreidimensionale, physische Modelle aus Patientendaten wie zum Beispiel MRT-Bildern generiert und gedruckt werden, welche anschließend patientenspezifisch in der Vorbereitung und Bewertung von Therapiemöglichkeiten ihren Einsatz finden. Ein Tumormodell mit farbig markierten Rändern könnte beispielsweise die Planung einer Resektion erleichtern und in der Durchführung die Operationszeit und das Risiko für den Patienten deutlich minimieren.
Das CAP hat sich in den vergangenen Jahren auch in der Medizintechnik vor allem im Bereich verbesserter und individuell gefertigter Prothesen und Orthesen einen Namen gemacht. Das MJF-Verfahren erweitert hier die innovativen Möglichkeiten und den weiteren Ausbau auch dieses Schwerpunktes.
Das SKZ ist Mitglied der Zuse-Gemeinschaft. Diese ist ein Verbund unabhängiger, industrienaher Forschungseinrichtungen, die das Ziel verfolgen, die Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der Industrie, insbesondere des Mittelstandes, durch Innovation und Vernetzung zu verbessern.
Durch die enge Zusammenarbeit des SKZ mit der HP Deutschland GmbH und der Solidpro GmbH - einem Unternehmen der Bechtle Gruppe - haben sich drei Firmen gefunden, die es sich zur Aufgabe gemacht haben, die Forschung im 3D-Druck entscheidend voranzutreiben.
Im Jahr 2011 entstand am SKZ mit dem „Center for Additive Production“ (CAP) ein Kompetenzzentrum für 3D-Druck. Die Erfolgsgeschichte des CAP begann damals mit einer Lasersinteranlage des Typs Formiga P 110 der Firma EOS GmbH (Krailing), welche seitdem Mittelpunkt für eine Vielzahl industrienaher Forschungsaktivitäten ist. Mittlerweile ist das Kompetenzzentrum deutlich gewachsen und nutzt neben der LS-Anlage sieben Drucker, die auf dem Fused Layer Modeling basieren (darunter mehrere Eigenbauten), einen Arburg Freeformer, eine PolyJet-Maschine sowie diverse Anlagen für Vat-Photopolymerisation.
Das neueste Mitglied dieser Familie ist das Modell „Jet Fusion 580“ der Firma HP. Dieses verarbeitet ebenfalls das für LS typische Polyamid (PA) PA12-Pulver. Während beim LS die Modellschichten mit einem Laser aufgeschmolzen werden, arbeitet die MJF-Technologie mit einer wärmeabsorbierenden Flüssigkeit (Fusing Agent) und Infrarot-Lampen. Vorgestellt wurde das Verfahren erstmals 2014, der finale Markteintritt begann 2016 mit der ersten Produktionsmaschine MJF 4200, welche den Druck grauer Bauteile in PA11 und PA12 ermöglichte. Für funktionales Prototyping und Kleinserien wurden 2018 schließlich die Modelle 540 und 580 vorgestellt, die zusätzlich eine Einfärbung der Konturen in Weiß (540) oder Vollfarbe (580) – zusammengemischt aus dem CMYK-Spektrum wie bei handelsüblichen Papierdruckern – zulassen. Dabei besteht die Option, die Eigenschaften der Modelle voxelabhängig zu modifizieren und so über die CAD-Konstruktion beispielsweise eine Fülle an unterschiedlichen Farben in einem einzigen Bauteil zu vereinen. Die Produktionsplattform wurde 2019 ebenfalls um den MJF 5200 erweitert. Dadurch wurde die Druckgeschwindigkeit nochmals um 30 Prozent gesteigert und das Materialportfolio um thermoplastisches Polyurethan (TPU) uns Polypropylen (PP) erweitert. Solidpro installierte im Januar schließlich das neue Modell 580 am SKZ.
Während das am SKZ vorhandene LS-System durch seine Offenheit besticht und daher insbesondere aus der Forschung an neuartigen 3D-Druck-Materialen nicht wegzudenken ist, verfügt die MJF-Maschine über eine deutlich höhere Baugeschwindigkeit, eine feinere Schichtauflösung, eine verbesserte Oberflächenqualität sowie ein durch den Fusing Agent bedingtes homogeneres Verschmelzen der Pulverpartikel, wodurch die für die Additive Fertigung typischen Anisotropien in den Bauteilen minimiert werden.
Das Hauptanwendungsgebiet des MJF-Verfahrens besteht analog zum LS hauptsächlich in der Fertigung von Einzelstücken bis hin zur Kleinserie. Durch die fehlende Notwendigkeit von Stützstrukturen ist auch hier die Herstellung komplexer Geometrien mit umfangreicher Funktionsintegrationen möglich.
Das Einbringen von Farben in 3D-gedruckte Modelle ermöglicht neben dem optischen Aspekt auch bedeutende praktische Anwendungen. So können in der Medizin dreidimensionale, physische Modelle aus Patientendaten wie zum Beispiel MRT-Bildern generiert und gedruckt werden, welche anschließend patientenspezifisch in der Vorbereitung und Bewertung von Therapiemöglichkeiten ihren Einsatz finden. Ein Tumormodell mit farbig markierten Rändern könnte beispielsweise die Planung einer Resektion erleichtern und in der Durchführung die Operationszeit und das Risiko für den Patienten deutlich minimieren.
Das CAP hat sich in den vergangenen Jahren auch in der Medizintechnik vor allem im Bereich verbesserter und individuell gefertigter Prothesen und Orthesen einen Namen gemacht. Das MJF-Verfahren erweitert hier die innovativen Möglichkeiten und den weiteren Ausbau auch dieses Schwerpunktes.
Das SKZ ist Mitglied der Zuse-Gemeinschaft. Diese ist ein Verbund unabhängiger, industrienaher Forschungseinrichtungen, die das Ziel verfolgen, die Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der Industrie, insbesondere des Mittelstandes, durch Innovation und Vernetzung zu verbessern.
