voxeljet veröffentlicht neue 3D-Druck Technologie

High Speed Sintering (HSS) zur flexiblen Produktion von Funktionsbauteilen

November 2017 – voxeljet hat seine neue High Speed Sintering (HSS) Technologie offiziell eingeführt. Bei HSS handelt es sich um ein physikalisches Binder-Jetting-Verfahren, mit dem sich funktionale Prototypen, sowie Endverbraucherteile werkzeuglos fertigen lassen. Anwendungsbeispiele  sind beispielsweise Produktverpackungen oder Innenraumausstattung für Automobile.  Auf der diesjährigen formnext Messe 2017 in Frankfurt konnten Besucher die Technologie erstmals live am Stand der voxeljet AG begutachten.

Der HSS Prozess kombiniert die Vorteile zweier bestehender additiver Verfahren: die des selektiven Lasersinterns und des Binder Jettings. Beim Lasersintern lassen sich bereits heute viele Pulvermaterialien für funktionale Prototypen versintern. Das Binder Jetting besticht mit dessen hohen Druckraten in Bezug auf Baufeldgröße und Geschwindigkeit. Mit dem High Speed Sintering lassen sich somit also größere Baufelder und eine breitere Auswahl an Materialien wirtschaftlich verarbeiten. 

Der High Speed Sintering Prozess

Beim HSS Verfahren wird eine dünne Schicht aus Kunststoffgranulat, wie beispielweise PA12 oder TPU, auf eine beheizte Bauplattform aufgetragen. Folgend fährt ein Tintenstrahldruckkopf großflächig über die Plattform und benetzt die Bereiche des Baufelds mit Infrarotlicht absorbierender Tinte, an denen der Prototyp entstehen soll. Anschließend wird die Bauplattform mit Infrarot-Licht bestrahlt. Die benetzten Bereiche absorbieren die Hitze wodurch die darunterliegende Pulverschicht versintert. Das unbedruckte Pulver bleibt jedoch lose. Nach dem Sintern senkt sich die Bauplattform um eine Schichtstärke ab. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis der Aufbau eines Bauteiles abgeschlossen ist. Anschließend werden die gesinterten Teile im Bauraum kontrolliert abgekühlt, bevor sie entnommen und entpackt werden können.

Im Unterschied zu laserbasierten Verfahren kann das gesamte Baufeld in nur einer Überfahrt bedruckt werden, was eine konstante Schichtzeit, unabhängig von Größe und Komplexität der Teile, ermöglicht. Auch Schutzgasatmosphäre ist für den HSS Druckprozess nicht von Nöten. Der großflächige, industrielle Inkjet-Druckkopf weist bei 3000 individuell ansteuerbaren Düsen eine Auflösung von 360 dpi auf, wodurch kleinste Details bei hoher Kantenschärfe präzise abgebildet werden können. Die Auflösung des Druckkopfes in Kombination mit einer dünnen Schichtstärke ermöglicht dabei die Herstellung feinster Strukturen mit Wandstärken von bis zu 0,15 mm. Da der HSS-Druckprozess neben der Tinte keine weiteren Fluide benötigt, können auch die Materialkosten auf ein Minimum reduziert werden. Die hochwertige Qualität der Bauteile wird außerdem durch hohe Genauigkeit und eindrucksvolle Kantenschärfe unterstrichen.

Individuelle Flexibilität

Die VX200 HSS von voxeljet bietet noch nie dagewesene Open-Sourcing-Möglichkeiten. Mit der neuen Steuerungssoftware ProPrint können Anwender in wenigen Schritten kundenspezifische Makros programmieren und einfügen, um die Maschine an die gewünschten Materialparameter und Prozessabläufe anzupassen. Zudem lässt sich mit der Software individuelles Prozess-Data-Mining betreiben, wodurch unterschiedlichste Prozessdaten bei Bedarf aufgezeichnet und ausgewertet werden können. Darüber hinaus kann der Anwender unterschiedliche Pulvermaterialien verarbeiten, da das Pulvermaterial nicht zwingend von voxeljet bezogen werden muss. Bezüglich Schichtstärke kann aktuell je nach Materialauswahl zwischen 80 - 100 µm variiert werden.

Einer der ersten Nutzer der HSS Technologie auf der anwendungstechnischen Seite ist das Spezialchemieunternehmen Evonik Resource Efficiency GmbH. Sylvia Monsheimer, die das Marktsegment Neue 3D-Druck Technologien leitet, arbeitet bereits seit geraumer Zeit mit der HSS Technologie: „Wir wollen verschiedene  Materialien mit unserer VX200 verarbeiten: von PA 12 und PA 613 bis hin zu PEBA. Wir sind im Material-Portfolio allerdings nicht begrenzt. Die HSS Technologie von voxeljet lässt es zu, das Zusammenspiel zwischen Material und Maschine zu optimieren und somit das bestmögliche Material anbieten zu können“ so Monsheimer. „Die Bereitstellung einer offenen Maschine mit einer so hohen Flexibilität an Materialmöglichkeiten und einem schnell anpassbaren Verfahren wie dem Binder Jetting ist definitiv ein Alleinstellungsmerkmal.“

Bezüglich Materialien lassen sich unterschiedliche Pulver verdrucken, sofern eine ausreichende Fließfähigkeit gewährleistet ist. Diese ist abhängig von der durchschnittlichen Korngröße (30 – 70 µm durchschnittliche Korngröße), Feinpulvergehalt und Pulverbeschaffenheit. Aktuell können Pulver mit einer geringen thermischen Leitfähigkeit bis zu einer Schmelztemperatur von 190 °C prozessiert werden, sofern diese ein ausreichendes Sinterfenster besitzen. Aufgrund dessen, dass der Hitzeeintrag im HSS schonend erfolgt, öffnet sich eine größere Auswahl an verarbeitbaren Materialien, als bei bisherigen Verfahren.

Das Temperaturmanagement erfolgt über das externe Heat Control Unit (HCU), das zu jedem Zeitpunkt die Temperatur innerhalb des Druckraums überwacht und gegebenenfalls automatisch korrigiert. Die Bedienung der HCU erfolgt bequem via Touchdisplay. So können alle fünf individuellen Wärmequellen innerhalb des Druckers einzeln gesteuert und auf die individuellen Materialeigenschaften angepasst werden.

Effizienz und Skalierbarkeit

„Die VX200 ist unser Einsteigermodell und somit besonders gut für diese neuartige Technologie geeignet. Sie bietet die Möglichkeit, Grenzen und Applikationen im vollen Spektrum an einer belastbaren und industriellen Maschine auszureizen. Neben PA12 lassen sich auch Elastomere wie TPU verdrucken. Das Open Sourcing Programm ermöglicht, dass jeder seine Maschine zu seinem größten, individuellen Nutzen einsetzen kann. Die Vielfalt der Einsatzmöglichkeiten ist mehr als beeindruckend.“ so Dr. Ingo Ederer CEO der voxeljet AG. „Wir sehen für diese Technologie ein enormes Potenzial. Deshalb arbeiten wir bereits daran, die Technologie auf unsere größeren Drucker zu skalieren, um ein noch höheres Plateau an Produktivität gewährleisten zu können.“

Auch seitens Evonik, zeigt die Technologie ein hohes Zukunftspotenzial: „Ich bin überzeugt das diese Technologie erst am Anfang steht. Das breite Spektrum an Materialien ist zukunftsweisend für diese Technologie.“ so Monsheimer.

Die VX200 ist ideal für Materialentwickler, Forschungsinstitute aber auch OEM’s, um die Materialvielfalt im Bereich der Thermoplaste und Elastomere auszureizen und zu erforschen. Zudem lassen sich problemlos Endverbraucherteile fertigen, die für den direkten Gebrauch eingesetzt werden können.