Die NanoParticle Jetting (NPJ)-Technologie von XJet ermöglicht pulverlosen Keramik- und Metalldruck

Laut dem neuesten Wohlers Report verzeichnete der Markt für Waren und Dienstleistungen der additiven Fertigung im vergangenen Jahr ein Wachstum von rund 18,3 %, was nicht nur die anhaltende Erholung des Marktes von der Pandemie, sondern auch die zunehmende Bedeutung des Sektors bestätigt. Unter den verschiedenen Technologien haben die Metall- und Keramiktechnologien besonders schnell zugenommen. Einem Bericht von AMPOWER zufolge hat der Markt für die additive Fertigung von Metallen derzeit einen Wert von über 3 Mrd. USD, dabei wird ein durchschnittlicher Wachstum jährlich von 26,1 % prognostiziert. Für den keramischen 3D-Druck wird bis 2032 ein Wert von 400 Millionen US-Dollar erwartet, was einer Versiebenfachung des Werts von 2020 entspricht.

Dennoch gibt es nach wie vor Hindernisse für die Einführung des 3D-Drucks von Metall und Keramik. Dies gilt insbesondere für die Verwendung von Pulvern und Schlämmen, die den Großteil des Keramik- und Metalldrucks ausmachen. Dies führt nicht nur zu Abfall, sondern erfordert auch eine erhebliche Nachbearbeitung. Darüber hinaus birgt die Handhabung und Verarbeitung dieser Rohstoffe während des Herstellungsprozesses mehrere Nachteile, die sich auf die Akzeptanz und den Umfang auswirken. Dies gilt insbesondere für den direkten Umgang mit gefährlichen Materialien und Lasern sowie für die manuelle und langwierige Entfernung und Wiederaufbereitung des Pulvers. Zum Glück gibt es alternative Technologien, die auf diese Probleme reagieren. Der israelische Hersteller XJet ist für seine NanoParticle Jetting™ (NPJ)-Technologie bekannt, bei der Tinten anstelle von Pulver verwendet werden und die Teile mit einem hohen Detailtreue, Oberflächengüte und Genauigkeit liefert. Wir haben uns genauer angesehen, wie die Technologie genau funktioniert.

Die NPJ-Lösung von XJet

Wie funktioniert NPJ?

NPJ ist sowohl unter den Metall- als auch unter den Keramik-AM-Verfahren einzigartig. Für das Drucken mit einem dieser Materialien wird in der Regel loses Pulver oder Slurry verwendet. Mit Sicherheit kann man sagen, dass der Aufbauprozess bei den meisten Metall- und Keramik-AM-Technologien darin besteht, das lose Material zu verteilen, bevor die Schicht gebunden oder gesintert wird.

Dies ist bei NPJ nicht der Fall. Obwohl Keramik und Metall verwendet werden, fällt NPJ unter den Begriff Material Jetting. Für diejenigen, die damit vielleicht nicht vertraut sind, sei gesagt, dass beim Material Jetting, im Gegensatz zum Binder Jetting, das Material gejettet wird, sodass kein Pulver mehr benötigt wird. In diesem Fall geschieht dies, wie bereits erwähnt, durch die Entwicklung von Tinten, die dispergierte feste Nanopartikel aus Metall oder Keramik enthalten, die zur Herstellung des Werkstücks auf die Bauplatte gejettet werden. Das Verfahren wurde so konzipiert, dass es einfach zu handhaben ist; die Tinten werden nicht nur in versiegelten Kartuschen geliefert, sondern der Verbraucher kann auch mehrere Materialien auf einmal drucken, einschließlich einer löslichen Stützstruktur, die leicht entfernt werden kann. Darüber hinaus wurde der gesamte Prozess optimiert und automatisiert, um ihn zu vereinfachen, was XJet als „Print-Wash-Sinter“ bezeichnet. Im Gegensatz zu vielen anderen verfügbaren Verfahren erfordert dieses lediglich drei Schritte und senkt damit die Einstiegshürden für den Metall- und Keramikdruck.

Mit der NPJ-Technologie lassen sich extrem detaillierte Metall- und Keramikteile herstellen

Vorteile von pulverfreien Verfahren gegenüber herkömmlichen Keramik- und Metall-AM

Ein pulverloses Verfahren bietet gegenüber der herkömmlichen additiven Fertigung von Keramik und Metall mehrere Vorteile, die über die einfache Anwendung hinausgehen. In erster Linie macht der Verzicht auf Pulver das Verfahren für die Anwender sicherer. Denn die Arbeit mit Pulver erfordert eine Schutzausrüstung, da es gefährlich sein kann, wenn es in die Lunge gerät.

Außerdem ist das Verfahren insgesamt nachhaltiger. Zwar wird der 3D-Druck oft als umweltfreundlicheres Verfahren angepriesen, weil es weniger Material verbraucht, jedoch ist in der Branche bekannt, dass immer noch Abfall anfällt. Mit NPJ wird dieser Abfall nahezu vollständig beseitigt. Wie bereits erwähnt, werden die Stützstrukturen aus einem löslichen Material hergestellt, das abgewaschen werden kann, sodass kein manuelles Stützmaterial mehr benötigt wird. Dies bedeutet, dass Verbraucher weniger Abfall erzeugen und umweltfreundlicher arbeiten können. Darüber hinaus erfolgt das notwendige Sintern bei einer niedrigeren Temperatur und in kürzerer Zeit, was weitere Umweltvorteile mit sich bringt und gleichzeitig die Schrumpfung reduziert, die bei der additiven Fertigung einen kritischer Punkt darstellt.

Innenansicht der pulverlosen Maschine von XJet

Schließlich sind die mit höherer Auflösung hergestellten Teile aufgrund der Beschaffenheit der Technologie von höherer Qualität, insbesondere in Bezug auf die Oberflächenrauheit und die technischen Eigenschaften des fertigen Teils. Der gesamte Prozess ist automatisiert und erfordert nur wenige bis gar keine manuellen Eingriffe, was eine vereinfachte Produktion von Metall- und Keramikteilen ermöglicht – was besonders wichtig ist, wenn es um die Einführung der additiven Fertigung für Endanwendungen geht.

Tatsächlich kann die Technologie sogar als Ergänzung zur traditionellen Keramikherstellung eingesetzt werden. CeramTec, ein weltweit führender Hersteller von technischer Keramik, hat vor kurzem die Lösung von XJet als Teil einer speziellen AM-Fertigungshalle erworben. Ziel des Unternehmens ist es, seine traditionellen Kapazitäten durch fortschrittlichen 3D-Druck zu erweitern und so neue Anwendungen und Märkte zu erschließen. Sie können mehr über die NPJ-Technologie und XJet HIER erfahren.

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*Alle Bildnachweise: XJet