Binder Jetting: Wir erklären Ihnen das 3D-Druckverfahren
Derzeit gibt es in der Branche mehrere additive Fertigungstechnologien, die sich jeweils auf unterschiedliche Materialien und Bereiche konzentrieren. Heute präsentieren wir Ihnen unseren vollständigen Leitfaden zum Binder Jetting, einer Technologie, die für keramische Werkstoffe, Metalle und auch für Kunststoffpolymere eingesetzt wird. Wie funktioniert diese Technologie? Welche Materialien werden verwendet? Wer sind die Hersteller? All das erfahren Sie im Artikel!
Die Binder-Jetting-Technologie wurde 1993 im Rahmen eines MIT-Projekts erfunden. Aufgrund der hochqualitativen Ergebnisse wurde sie zwei Jahre später von der amerikanischen Firma Z Corporation erworben, die damit alle Rechte an dieser Technologie übernahm. Jahre später wurde dieses Unternehmen von einem der bekannten Giganten der Branche, 3D Systems, übernommen. Das Binder Jetting mit Metallen wurde 1996 von der amerikanischen Firma ExOne entwickelt.
Ein Metallteil, das mit Binder Jetting hergestellt wurde (Bildnachweis: Sculpteo)
Wie funktioniert das Binder Jetting?
Der Druckprozess mit dieser Technologie besteht darin, ein flüssiges Bindemittel auf ein Pulverbett zu sprühen, wodurch sich der Querschnitt des Werkstücks Schicht für Schicht verfestigt. Die Materialien, die sich dank des Bindemittels verfestigen, sind in der Regel Gips, Sand, Keramik, Metalle oder Polymere in granularer Form.
Wie bei jeder 3D-Drucktechnologie wird das Objekt zunächst in einer CAD-Software modelliert, bevor es in Scheiben geschnitten und an den 3D-Drucker gesendet wird. Ein 3D-Drucker besteht bei diesem 3D-Druckverfahren normalerweise aus zwei Tanks und einer Druckplattform. Zu Beginn des Druckvorgangs ist einer der Tanks leer, während der andere das pulverförmige Druckmaterial enthält. Die Nivellierwalze verteilt eine erste Schicht des Pulvers auf der Plattform. Der Druckkopf, ähnlich denen von 2D-Druckern, sprüht das Bindemittel in Form von Tröpfchen von 80 μm. Dadurch wird das Pulver vereinheitlicht und das Teil entsteht Schicht für Schicht. Beim Binder Jetting besteht auch die Möglichkeit, in Farbe zu drucken. Bei Keramik wird zum Beispiel die Farbe gleichzeitig mit dem Bindemittel zugegeben. Wenn das Bindemittel und die Farbe zu den aufeinanderfolgenden Schichten des Pulvers hinzugefügt werden, wird das Stück in voller Farbe geformt.
Das Binder-Jetting-Verfahren visualisiert (Bildnachweis: Additively)
Nach Abschluss des Druckvorgangs müssen die Teile von dem nicht verfestigten Pulver, das sie bedeckt, befreit werden. Außerdem müssen sie ausgehärtet werden, um ihre Widerstandsfähigkeit zu erhöhen und die Farben aufzufrischen. Die Pulverreste können mit einem Pinsel oder mit Druckluft entfernt werden. Je nach verwendetem Material, sei es Keramik oder Metall, ist ein weiterer Schritt notwendig. Beim Metall-Binder-Jetting müssen die Stücke gesintert oder mit einem niedrig schmelzenden Metall wie Bronze infiltriert werden. Im Falle von farbigen Keramikstücken ist es notwendig, diese durch Zugabe von Acryl zu überziehen, um die Farben und die mechanische Beständigkeit der Stücke zu verbessern.
Das fertiggestellte Teil muss nach dem Druck vom Pulver bereinigt werden (Bildnachweis: 3DHubs)
Materialien für das Binder Jetting
Die Binder-Jetting-Technologie ist für den keramischen 3D-Druck weit verbreitet, da sie mit allen Materialien aus dieser Familie arbeiten kann. Darüber hinaus ermöglicht diese Technologie sogar den 3D-Druck mit Sand – dem einzigen Material, das keine zusätzliche Nachbearbeitung erfordert. Was Metalle betrifft, so ermöglicht die Binder-Jetting-Technologie die Herstellung verschiedener Arten von Metalllegierungen wie 420SS/BR, Stähle, Titan sowie Inconel 625 oder Kupfer. Zudem gibt es auch die Möglichkeit, mit einigen thermoplastischen Polymeren und Polyamiden zu drucken.
Sie können mit verschiedenen Materialien in Granulatform drucken: Metallen, Keramik, Sand oder Kunststoffpolymeren (Bildnachweis: ExOne)
Akteure und Entwicklungen
Mit dem Binder-Jetting-Verfahren können Metallteile oder Farbprototypen kostengünstiger hergestellt werden, als mit anderen Technologien wie DMLS oder Material Jetting. Allerdings weisen die Teile eine größere Porosität auf, was sich auf die mechanischen Eigenschaften auswirken kann. Aufgrund des großen Druckvolumens der meisten Maschinen wird diese Technologie vor allem für die Produktion von Teilen in großen Stückzahlen genutzt.
Derzeit ist der Haupthersteller von 3D-Druckern, welche die Binder-Jetting-Technologie für keramische Materialien verwenden, nach wie vor 3D Systems, der diese Technologie unter dem Begriff ColorJet Printing zusammenfasst. Daneben gibt es Unternehmen wie die deutsche Voxeljet AG, die Maschinen anbietet, welche auch das Drucken mit Thermoplasten ermöglichen. Auch der niederländische Hersteller CONCR3DE gehört zu den Marktaktueren. 2018 wurde dann das taiwanesische Unternehmen ComeTrue gegründet, das Desktop-3D-Drucker mit Binder Jetting anbietet. Obwohl weitere Akteure, wie das schwedische Unternehmen Höganäs mit ihrer Digital Metal Maschine, aufgetaucht sind, bleibt ExOne beim Binder Jetting mit Metall nach wie vor Spitzenreiter.
Teile, die mit der Technologie ColorJet Printing von 3D Systems, hergestellt wurden (Bildnachweis: 3D Systems)
Ein weiteres Unternehmen, das für die Verwendung von Binder Jetting in Frage kommt, ist der Gigant HP, dessen Technologie Multi Jet Fusion genannt wird. Seit HP im Jahr 2016 in die additive Fertigungsindustrie eingestiegen ist, hat es die Möglichkeiten seiner Technologie immer weiter ausgebaut. Das Unternehmen begann mit Kunststoffmaterialien wie Polyamiden, erweiterte sich auf den vollfarbigen 3D-Druck und erreichte schließlich den Metall-AM-Markt. Zweifelsohne ein Beitrag zur Weiterentwicklung der Binder Jetting Technologie.
Im folgenden Video wird Ihnen das Binder Jetting nochmals erklärt:
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