Xjet über sein sicheres, umweltfreundliches Verfahren für 3D-gedruckte Teile aus Keramik und Metall

Die rasch zunehmende Kommerzialisierung im Bereich des 3D-Drucks hat bereits zu einem massiven Wachstum in bestimmten vertikalen Bereichen wie Keramik und Metall geführt. Einem aktuellen Bericht zufolge könnte der Markt für den 3D-Druck von Keramik bis 2025 ein Volumen von 384 Millionen USD erreichen. Der Metallmarkt, der als einer der am schnellsten wachsenden im AM-Sektor gilt, wird aus verständlichen Gründen bis 2032 voraussichtlich 18 Mrd. USD übersteigen.

Der 3D-Druck mit den oben genannten Materialien ermöglicht die Herstellung komplexer Teile mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften. NanoParticle Jetting™, das charakteristische Verfahren des führenden AM-3D-Druckers XJet, ist sowohl mit Keramiken als auch mit Metallen kompatibel und bietet einen automatisierten, sicheren und umweltfreundlichen Weg zur Herstellung hochwertiger, geometrisch komplexer Teile in großem Maßstab. Wir sprachen mit dem CMO des Unternehmens, Guy Zimmerman, um mehr über die Technologie, ihre Vorteile und den einzigartigen Ansatz von XJet zu erfahren.

3DN: Könnten Sie sich und XJet kurz vorstellen?

Mein Name ist Guy Zimmerman. Ich bin vor kurzem als CMO zu Xjet gekommen, da das Unternehmen auf Wachstum ausgerichtet ist. Ich habe vielfältige Erfahrungen, aber am wichtigsten ist mein Hintergrund in der globalen Wirtschaft.  Xjet ist ein Hersteller von 3D-Druckern, der sich mit dem anspruchsvollsten Segment der additiven Fertigung befasst, nämlich mit Metallen und Keramiken. Hochwertige, gebrauchsfertige Metall- und Keramikteile, die in die Fertigung und nicht in den Prototypenbau gehen: Das ist das Ziel, das wir mit unserer eigenen patentierten NanoParticle Jetting™ (NPJ)-Technologie verfolgen.

Inzwischen ist Xjet ein 3D-Druckerhersteller, der sich dem anspruchsvollsten Segment der additiven Fertigung widmet: Metalle und Keramiken. Hochwertige, gebrauchsfertige Metall- und Keramikteile, die in die Fertigung und nicht in den Prototypenbau gehen – das ist das Ziel, das wir mit unserer eigenen patentierten NanoParticle Jetting™(NPJ)-Technologie verfolgen.

Guy Zimmerman (Bild: Xjet)

3DN: Wie funktioniert NPJ? Was sind die Vorteile der Anwendung?

NPJ ermöglicht eine saubere, automatisierte Herstellung von qualitativ hochwertigen Teilen aus Metall und Keramik, ohne dass Pulver, manuelle Arbeit oder Nachbearbeitung erforderlich sind. Ermöglicht wird dieser Durchbruch durch das einzigartige additive Fertigungsverfahren von XJet, das auf dem direkten Ausstoßen von Nanopartikeln basiert und hochauflösende Teile aus den widerstandsfähigsten Materialien im Maßstab druckt. Bei diesem Verfahren sind sowohl die Trägermaterialien als auch die Hauptmaterialien Tinten und keine Pulver – ein revolutionärer Ansatz in der AM.

Lassen Sie uns ein wenig tiefer in das Druckverfahren eintauchen. Wir nennen es: Drucken-Waschen-Sintern. Das Grundprinzip ist die Verwendung von beschaffbarem Material auf der Basis von Nanopartikeln. Damit können wir gleichzeitig das Material und den Träger drucken, der ein sehr hartes, aber lösliches Material ist. Nach Abschluss des Aufbaus wird der Träger in einem automatischen Prozess mit Wasser abgewaschen. Die abschließende Sinterphase erfolgt in einem Standard-Industrieofen, allerdings bei einer deutlich niedrigeren Temperatur als bei pulverbasierten Lösungen. Dies ermöglicht höchste Komplexität, Genauigkeit und eine ebene Oberfläche. Außerdem entfallen dadurch designbedingte Einschränkungen. Die Technologie und die Verwendung dünner Nanopartikelschichten und löslicher Träger ermöglichen die Herstellung komplexer, genauer Geometrien, einschließlich interner Komponenten. Dies ermöglicht auch neue Designmöglichkeiten, die bisher als unmöglich galten.

Xjet ist in der Lage, eine Reihe hervorragender Lösungen herzustellen

Das Ergebnis sind hochwertige, hochpräzise Teile direkt aus dem Prozess. Die gedruckten Teile müssen nicht zusätzlich bearbeitet oder verarbeitet werden. Ganz nach dem XJet-Slogan brauchen Sie nur zu drucken, zu waschen und zu sintern.

Ein weiterer Vorteil von Nanopartikeln liegt in der Möglichkeit, bemerkenswert dünne Schichten zu drucken. Die Dichte ist im Vergleich zu anderen additiven Technologien wesentlich höher, so dass ein Höchstmaß an Materialreinheit, Dichte und Oberflächenglätte erreicht wird. Dadurch wird die Leistung der Teile erheblich verbessert und der Sinterungseffekt verringert.

Wie Sie vielleicht wissen, verwandeln sich die Partikel beim Sintern in das eigentliche Material, was oft zu einer erheblichen Schrumpfung führt. Mit der XJet-Technologie wird der Prozess bei einer Temperatur von weniger als 200 °C durchgeführt, was Zeit spart, die Dichte erhöht und die isotrope und allgemeine Schrumpfung reduziert. Die Schrumpfung bleibt entlang der x-, y- und z-Achse gleich, was zu keinen Verzerrungen im fertigen Teil führt. Diese patentrechtlich geschützte und bahnbrechende Technologie ist in ein Fertigungssystem mit hohem Durchsatz integriert. Es handelt sich um ein digitales, automatisiertes Verfahren anstelle eines manuellen, unsicheren und umweltschädlichen Prozesses, der zu qualitativ minderwertigen Teilen führt.

3DN: Welche Anwendungen gibt es für die Lösungen von Xjet?

Gemeinsam mit unseren marktführenden Kunden zielen wir auf spezifische vertikale Bereiche und Anwendungen in allen drei Industriebereichen ab: Industrie, Medizin und Konsumgüter.

Wenn es um Keramik geht, vor allem Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid, die eine sehr hohe Beständigkeit gegen Hitze, Korrosion und elektrische Isolierung bieten, eröffnet die Designfreiheit, die wir in diesen Markt einbringen, Möglichkeiten für industrielle Anwendungen (z. B. Teile für die Halbleiterherstellung, Wärmetauscher und Stromanschlüsse, Antennen mit Wellenschutz und Teile für elektrische Schaltungen).

Xjet war ebenfalls Aussteller auf der Formnext 2022

Zahnimplantate und -kronen sind ein weiteres offensichtliches Geschäftsfeld, in das wir einsteigen, da es sich um einen der wachsenden medizinischen Märkte handelt. Bei den Konsumgütern konzentrieren wir uns auf hochwertige Wearables wie hochwertige Ohrhörer (eine interessante Anwendung, da die gedruckten Teile sehr klein, nicht leitend und so angepasst sind, dass sie beste akustische Eigenschaften bieten) und Luxusuhren.

Wir stellen sogar einige Keramikteile in unserem Hochleistungssystem Carmel1400 her, d. h. wir drucken im Grunde unsere eigenen Teile mit unseren eigenen Maschinen.

Metall ist eine neuere Technologie, die auf den Markt kommt und das traditionelle MIM (Metal Injection Molding) für Kleinserien und sehr unterschiedliche Teile wie chirurgische Geräte, Teile für Hydrauliksysteme und vieles mehr ersetzt.

Wir unterstützen ein Spektrum einzigartiger Anwendungen, die eine hohe Stückzahl an Teilen erfordern, und ersetzen dabei mehrere traditionelle Technologien. Die Liste umfasst MIM (Metal Injection Molding), CNC und Feinguss, eine zentrale Technologie für Kleinteile, die immer dann zum Einsatz kommt, wenn die Teileproduktion unter 20.000 Stück liegt, was unsere Technologie zu einer wirtschaftlicheren Wahl macht.

3DN: Warum hat Xjet beschlossen, eine Metalllösung auf den Markt zu bringen?

Nachdem wir die Keramiktechnologie unter den Marktführern und den technisch führenden Keramikherstellern etabliert hatten, haben wir die Entwicklung des Metallteils des Portfolios mit zwei führenden Edelstahlwerkstoffen abgeschlossen. Metall ist ein viel größerer und diversifizierter Markt. Die Entwicklung der Metalllösung war eine größere Herausforderung, aber wir haben ein noch nie dagewesenes Leistungsniveau erreicht, das sogar besser ist als das der Keramik. Anfang 2022 haben wir sie nach einem langen Evaluierungsprozess auf den Markt gebracht.

Sie ist jetzt verfügbar, und wir haben sie auf der Formnext 2022 mit Erfahrungsberichten von führenden Betanutzern der Technologie vorgestellt. Die Besucher erfuhren, wie diese Metalllösung mit mehreren pulverbasierten Technologien konkurriert und klare Vorteile als automatisiertes, sauberes Metallverfahren für den Einsatz in einer Vielzahl von Branchen bietet.

Xjets Metall-Lösung

Die Technologie bietet mehrere Vorteile. Erstens waren wir in der Lage, lösliche Trägermaterialien zu entwickeln, die mit dem Metall zusammenarbeiten können – ein großer Vorteil für viele Anwender. Ein weiterer Vorteil ist die hohe Oberflächengüte des Teils, das direkt aus der Maschine kommt, ohne dass zusätzliche Prozesse erforderlich sind. Der dritte Vorteil ist die Herstellung hochkomplexer Teile mit hoher Genauigkeit, ein enormer Vorteil für viele Anwendungen.

Um dies zu veranschaulichen, können wir das Armband einer Luxusuhr als Ganzes aus Edelstahl drucken. Es muss vielleicht noch ein bisschen poliert werden, aber das war’s. Wir sind in der Lage, so genau zu drucken, dass wir die Lager des Armbands im Inneren des Teils drucken können, ohne dass es zusammengesetzt werden muss. NJP bietet den Anwendern die Möglichkeit, extrem genaue, leistungsstarke Teile aus Metall zu drucken, die dank der einzigartigen Fähigkeit des Strahls im Gegensatz zum Pulver sofort einsatzbereit sind. Wir konzentrieren uns auf Anwender, die hochleistungsfähige, präzise Teile in verschiedenen vertikalen Verbrauchermärkten herstellen wollen.

3DN: Ein weiterer Aspekt, auf den Sie stolz sind, ist die Nachhaltigkeit Ihres Verfahrens. Wie genau ist es umweltfreundlich?

Zunächst einmal ist es sicher. Die Materialien sind sicher, sie werden in geschlossenen Flaschen geliefert, und es gibt keine giftigen Partikel oder freies Pulver. Es ist ein sicheres Verfahren für diejenigen, die es anwenden, was bei vielen AM- und traditionellen Verfahren nicht der Fall ist. Außerdem wird genau die Menge an Material verwendet, die für das Teil benötigt wird. In einem echten additiven Bauprozess wird nichts verschwendet.

Unser Trägermaterial ist wasserlöslich und kann sicher entsorgt werden. Es enthält einige Mineralien, ist aber so sicher, dass es an manchen Orten als Trinkwasser durchgehen könnte. Das ist nicht nur für die Menschen sicherer, sondern auch für die Umwelt, da die Abfallentsorgung fast vollständig entfällt.

Und nicht zuletzt ist unser Sinterverfahren im Vergleich zu vielen anderen Verfahren auch umweltfreundlicher. Dies ist normalerweise der energieaufwändigste Teil des Prozesses, aber da wir ihn bei relativ niedrigen Temperaturen über einen kürzeren Zeitraum durchführen, sparen wir eine Menge Energie. Diese Schlüsselfaktoren machen NJP zu einem der umweltfreundlichsten Verfahren in der Metall- und Keramikindustrie.

3DN: Haben Sie noch ein paar letzte Worte für unsere Leser?

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die NPJ-Technologie drei Hauptvorteile bietet. Die Nanopartikel in der Tinte machen sie sicherer und genauer, da sie eine höhere Dichte erreicht. Der zweite Vorteil liegt im Bauprozess: Durch das Drucken der dünnsten Schichten wird eine unschlagbare unbegrenzte Komplexität und ein echtes Design for Functionality erreicht. Und der dritte ist das grüne Element. Unsere Teile können mit Wasser gereinigt werden, ohne Rückstände zu hinterlassen.

Der Prozess selbst besteht aus nur drei Schritten: Drucken, Waschen und Sintern. Wir sind davon überzeugt, dass diese Technologie in Zukunft eine wichtige Rolle bei der digitalen Transformation der industriellen, hochwertigen und komplexen Fertigung von Keramik- und Metallteilen spielen wird. Sie können mehr über XJet auf unserer Website HIER erfahren oder sich das folgende Video ansehen, um zu verstehen, wie unsere Technologie funktioniert.

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*Titelbildnachweis: Xjet