3DM entwickelt einen schnelleren, optimierten SLS-3D-Druck zur Produktionssteigerung

Der 3D-Druck hat seit seinen Anfängen in den 1980er Jahren einen langen Weg zurückgelegt. Ursprünglich wurde er fast ausschließlich für das Rapid Prototyping eingesetzt, doch in den letzten Jahren haben sich die additiven Fertigungstechnologien rasch industrialisiert und werden in einer Reihe von Branchen für Endverbrauchsteile verwendet. Es gibt jedoch noch viele Fragen zur Skalierbarkeit der Verfahren, insbesondere was die Produktion betrifft. Glücklicherweise gibt es immer mehr Unternehmen, die an Innovationen arbeiten, um diese Hindernisse zu überwinden. Ein solches Unternehmen ist 3DM, das seine eigene Druckkopftechnologie entwickelt hat, die auf einem parallelen Laserstrahlverfahren basiert. Mit diesem  Ansatz ist es möglich, die Druckgeschwindigkeit und den Durchsatz zu beschleunigen und gleichzeitig die Druckauflösung speziell beim SLS-3D-Druck zu erhöhen. Wir sprachen mit Ido Eylon, dem CEO von 3DM, um mehr zu erfahren.

3DN: Könnten Sie sich selbst und 3DM kurz vorstellen?

Ido Eylon, CEO von 3DM

Mein Name ist Ido, ich bin nun seit einem Jahr Geschäftsführer von 3DM. Davor habe ich bereits für andere Unternehmen in der additiven Branche gearbeitet. In meiner vorherigen Position war ich drei Jahre lang stellvertretender Leiter für Vertrieb und Marketing bei Massivit. Vor diesem Job arbeitete ich fast ein Jahrzehnt bei Stratasys und wechselte, als die Fusion zwischen Stratasys und Objet stattfand. Ich begann dort mit einer eher technischen Position und war Manager des Anwendungsteams in Israel, als ich anfing. Das ist wichtig zu erwähnen, denn so habe ich mein Verständnis dafür entwickelt, wofür die 3D-Technologie sinnvoll ist und wofür nicht. Nach ein paar Jahren wechselte ich in die USA und war dort als Anwendungs- und Pre-Sales-Manager für Nordamerika tätig, in einer Position, in der ich näher an den Kunden und den erwähnten Anwendungsfällen dran war, während ich gleichzeitig mehr Einblick in die geschäftliche Seite der Branche gewinnen konnte. Danach ging ich nach Singapur, um dort eine Geschäftseinheit zu eröffnen, und war dort Business Manager für Südasien und zuletzt stellvertretender Verkaufsleiter für den Asien-Pazifik-Raum. Insgesamt war ich dreieinhalb Jahre in Singapur, wo ich mich mit dem Handel, dem Geschäft, den Anwendungen, den Anwendungsfällen und verschiedenen Orten vertraut gemacht habe.

Kurz bevor ich zu 3DM wechselte, war ich ziemlich begeistert von der Entwicklung weg vom „Rapid Prototyping“ hin zur industriellen Fertigung in der Branche. Bei 3DM habe ich einen Weg gesehen, um in diese Entwicklung einzusteigen. SLS ist im Allgemeinen eine der Technologien, die für den Einsatz in der Großserienfertigung, d. h. für die Produktion von bis zu 10.000 Teilen, entscheidend ist. Hier kommt 3DM ins Spiel, um SLS, das in diesem Bereich bereits sehr leistungsfähig ist, noch weiter voranzutreiben.

3DM wurde von Dr. Daniel Majer gegründet, der einen Doktor in Physik am Weizmann Institute of Science in Israel gemacht hat. Er ist ein Experte für Laser und hat vor der Gründung von 3DM bereits Unternehmen in diesem Bereich geleitet. Er baute den ersten Prototyp für 3DM mit seinen eigenen Händen und sammelte etwas Geld von einem Gründerzentrum in Israel. Das Unternehmen begann dann zu wachsen und sich zu entwickeln. Vor etwa zwei Jahren gingen wir in Tel Aviv an die Börse, um weiteres Kapital zu beschaffen und den Entwicklungsprozess fortzusetzen, und jetzt stehen wir kurz vor der Vermarktung. Wir gehen davon aus, dass wir in den nächsten Monaten unsere ersten Beta-Geräte im Einsatz haben werden.

3DN: 3DM hat einen einzigartigen Ansatz für den SLS-3D-Druck. Können Sie uns etwas mehr über Ihre Technologie erzählen?

Bevor wir auf unsere spezifische Lösung eingehen, ist es wichtig, die Frage zu beantworten, warum SLS? Selbst das nicht optimierte SLS-Verfahren ist die vielversprechendste Technologie im Hinblick auf eine echte industrielle Produktion mit 3D-Druck. Das liegt daran, dass man mit diesem Verfahren viele hochwertige Teile auf einmal herstellen und auch individuell anpassen kann. Es gibt dann allerdings immer noch zahlreiche Herausforderungen, die wir mit unserer Lösung angehen wollen.

Der 3DM-Druckvorgang

Das beginnt vor allem bei den Lasern. Wir haben unsere eigenen QCL-Laser, die wir selbst entwickelt haben. Das wichtigste Alleinstellungsmerkmal dieser Laser ist, dass sie für optimiertes Kunststoffschmelzen konzipiert, geplant und hergestellt werden. Wir nehmen nicht einfach einen CO2- oder Faserlaser von der Stange. Wir nehmen auch nicht einfach Anpassungen vor und schränken die Palette der möglichen Materialien ein. Stattdessen arbeiten unsere Laser mit uns zusammen, indem wir das gewünschte Material analysieren und dann die Laser so einstellen, dass sie das Material bei der erforderlichen Wellenlänge schmelzen.

Um zu verstehen, wie das funktioniert, kann man sich zunächst eine FTIR-Analyse (Fourier Transformations-Infrarot-Spektroskopie) vorstellen. Diese wird häufig in einer Reihe von verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen eingesetzt, zum Beispiel zur Überprüfung der Qualität von Lebensmitteln oder um verbotene Stoffe oder Sprengstoffe zu finden. Im Wesentlichen zeigt sie, welche Wellenlängen gut mit dem gewünschten Material zusammenwirken. Das hat unseren Gründer dazu angeregt, unsere eigene Technologie zu entwickeln.

Jedes Material hat eine bestimmte Wellenlänge oder einige wenige Wellenlängen, die für das Schmelzen am effizientesten sind. Wenn man sich ein FTIR ansieht, kann man das direkt erkennen, denn es gibt Spitzenwerte und Ziel ist es, so nahe wie möglich an diesen Spitzenwert heranzukommen, damit das Material auf die gewünschte Weise reagiert. Wenn Sie jedoch einen CO2-Laser verwenden, liegen die Peaks immer bei 10,6 Mikrometern. Wenn das Material genug absorbiert, schmilzt es, oder auch nicht, aber das ist nicht optimal. Alternativ können Sie auch einen Laser mit höherer Leistung verwenden, aber dann müssen Sie auf andere Weise dafür büßen. Es gibt also nie einen Punkt, an dem der Laser selbst für jedes Material optimiert ist. Und hier kommen wir ins Spiel, um zu sehen, wie die verschiedenen Materialien auf die unterschiedlichen Wellenlängen reagieren.

Die 4 Laserköpfe, in Paaren angeordnet.

Sobald wir das verstanden haben, beginnen wir mit der Herstellung des Chips, der sehr klein ist, nur einen halben Millimeter breit und ~5 mm lang. Er gibt Licht mit einer Leistung von 2-3 Watt ab, was für einen Laser dieser Größe sehr stark ist. Dann setzt man diesen Chip auf die Kühlvorrichtung, um das erste optische Element herzustellen und baut dann das Lasermodul auf. Letztendlich nehmen wir vier dieser Elemente, eventuell auch mehr und kombinieren sie, um die Leistung und die Fähigkeiten zu erhöhen. In diesem Strahlkopf werden alle Laser kombiniert und auf einen Strahl fokussiert, der dann den Punkt auf dem Pulver erzeugt.

Außerdem ist die Technologie mit den Strahlköpfen wirklich skalierbar. Innerhalb einer Lösung ist es möglich, vier Strahlköpfe mit jeweils vier dieser paarweise angeordneten Laser zu verwenden, wobei jeder auf seine eigene Wellenlänge eingestellt ist. Dies ist der ideale Aufbau für die Industrie, wo die Maschine selbst ja sehr groß ist. Mit diesen Lasern können wir theoretisch jeden thermoplastischen Kunststoff schmelzen. Im Moment verwenden wir hauptsächlich alle für den 3D-Druck verfügbaren Materialien, aber wir sind zuversichtlich, dass wir mit unserem Wachstum in Zukunft auch mit Materialien drucken können, die für andere nicht möglich sind.

3DN: Was sind die Vorteile dieser einzigartigen Technologie von 3DM?

Sie bietet eine ganze Reihe von Vorteilen, abgesehen von den umfangreichen Anwendungsmöglichkeiten und der breiten Palette an möglichen Materialien. Ich nenne hier vor allem die höhere Druckgeschwindigkeit, die niedrigeren Kosten und die offene Plattform. Außerdem können wir trotz alledem die mechanischen Eigenschaften des gedruckten Teils garantieren, da wir sehen können, wie die Wellenlängen reagieren und sicherstellen, dass das endgültige Teil die gewünschten Eigenschaften aufweist. Zudem ist das fertige Teil isotrop, so dass wir auch die Eigenschaften entlang der Z-Achse gewährleisten können, was bei vielen anderen Technologien nicht der Fall ist.

Die Präzision ist ebenfalls ein entscheidender Vorteil, da die Druckauflösung direkt von der Laserabsorptionseffizienz abhängt. Bei CO2-Lasern kann man nur die Intensität des Lasers ändern, was sich auf die Selektivität auswirkt, aber nicht so reaktiv ist. Wir können direkt die ideale Wellenlänge für ein optimiertes Schmelzen einstellen, was zu viel feineren Details und einer besseren Oberflächenqualität führt.

Blick ins Innere eines Laserkopfes

Und nicht zuletzt ist, wie bereits erwähnt, auch die Skalierbarkeit dieser Technologie ein klarer Vorteil gegenüber vielen anderen Methoden. Bei unseren Lasern gilt, wie bereits gesagt: Je mehr Sie davon hinzufügen, desto höher die Geschwindigkeit und Auflösung. Unsere Strahlköpfe sind dank des parallelen Laseransatzes speziell für die Verwendung mit mehreren Lasern ausgelegt und liefern ein besseres Ergebnis, denn es ist klar, dass beim SLS-3D-Druck der Laser den größten Einfluss auf das Ergebnis hat, insbesondere bei der Herstellung vieler Teile auf einmal. Der zweitwichtigste Punkt ist das Wärmemanagement. Auch hier sind wir mit dem Strahlkopf in der Lage, Heizvorrichtungen zwischen den Lasern anzubringen und das Pulver sogar in der Mitte des Bauprozesses zu erwärmen.

3DN: Wie können Anwender die additive Fertigung für die Produktion ausbauen? Was verhindert eine weitere Verbreitung in der jetzigen Form? Wie können Sie dies lösen?

Ich habe es bereits erwähnt, aber SLS ist im Allgemeinen eine der wenigen AM-Technologien, die für die Produktion aufgestockt werden können. Für unsere Lösung gilt das erst recht und zwar nicht nur wegen ihrer einzigartigen Eigenschaften. Eine Sache, über die ich nicht genug gesprochen habe, sind die Materialkosten, diese Sorge der Hersteller gilt es wirklich zu beachten. Um dem entgegenzuwirken, haben wir uns entschieden, als eine offene Plattform zu fungieren. Wir arbeiten sehr eng mit den Materialherstellern zusammen, um diese Offenheit zu gewährleisten. Das genaue Geschäftsmodell mit den Materialien ist sehr flexibel und wir sind bestrebt, das zu tun, was für den Kunden in Bezug auf die Massenproduktion und -anwendung am besten ist, was natürlich einer der Hauptwege ist, auf dem wir auf eine höhere Massenproduktion für die Nutzer hinarbeiten. Das ist auch der Vorteil für die neuen Unternehmen, die zu uns kommen, nicht für die älteren. Solche, die vielleicht noch mehr mit Prototypen als mit Massenproduktion zu tun haben.

Daher zielen wir auf alle Märkte ab, in denen eine Großserienproduktion mit 3D-Druck und speziell SLS sinnvoll ist. Um nur einige zu nennen: Elektronik und Konsumgüter eignen sich besonders gut, aber eigentlich ist unsere Lösung ideal für jede Branche, in der entweder die Anpassung an Kundenwünsche oder Probleme in der Lieferkette ein Problem darstellen. Dies gilt insbesondere für Sektoren, in denen die Individualisierung einen hohen Stellenwert hat.

3DMs vollständiges Produkt

3DN: Irgendwelche letzten Worte für unsere Leser?

Wir haben im Moment zwei wichtige Botschaften. Erstens: Wir stehen kurz vor der Kommerzialisierung und Produktisierung der Technologie, Sie können bald mit mehr rechnen. Zweitens: Obwohl wir bereits mit verschiedenen Akteuren aus der Industrie zusammenarbeiten, die Beta- oder Early-Bird-Anwender der Technologie sein werden, würden wir gerne mit noch mehr Menschen in Kontakt treten. Wir freuen uns immer, von anderen zu hören, um mehr über ihre Ziele in der Großserienproduktion zu erfahren und mehr über ihre Bedürfnisse zu lernen. HIER können Sie mit uns in Kontakt treten, um mehr zu erfahren.

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