„Binder Jetting“ – Versionsunterschied
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Das '''Binder [[Berührungslose Dosierung|Jetting]]''' (auch '''3D-Drucken''')<ref>Engelbert Westkämper, Hans-Jürgen Warnecke: ''Einführung in die Fertigungstechnik.'' 8. Auflage. Vieweg-Teubner, Wiesbaden 2010. ISBN 978-3834808356, S. 265.</ref><ref>Albert Herbert Fritz (Autor), Günter Schulze (Hrsg.): ''Fertigungstechnik.''11. Auflage. Springer Vieweg, Wiesbaden 2015. ISBN 978-3662465547, S. 120.</ref><ref>Fritz Klocke: ''Fertigungsverfahren 5 - Gießen, Pulvermetallurgie, Additive Manufacturing'', Springer, 2015, 4. Auflage, S. 131</ref><ref>Gibson, Rosen, Stucker: ''Additive Manufacturing'', Springer, 2015, 2. Auflage, S. 205.</ref>, auch bezeichnet als '''Freistrahl-Bindemittelauftrag'''<ref>{{Literatur |Titel=DIN EN ISO/ASTM 52900:2022-03, Additive Fertigung - Grundlagen - Terminologie (ISO/ASTM 52900:2021); Deutsche Fassung EN_ISO/ASTM 52900:2021 |Verlag=Beuth Verlag GmbH |DOI=10.31030/3290011 |Online=https://www.beuth.de/de/-/-/344258696 |Abruf=2022-04-14}}</ref>, ist ein [[Additive Fertigung|additives Fertigungsverfahren]], bei dem pulverförmiges Ausgangsmaterial an ausgewählten Stellen mit einem [[Bindemittel]] verklebt wird, um so Werkstücke zu erzeugen. |
Das '''Binder [[Berührungslose Dosierung|Jetting]]''' (auch '''3D-Drucken''')<ref>Engelbert Westkämper, Hans-Jürgen Warnecke: ''Einführung in die Fertigungstechnik.'' 8. Auflage. Vieweg-Teubner, Wiesbaden 2010. ISBN 978-3834808356, S. 265.</ref><ref>Albert Herbert Fritz (Autor), Günter Schulze (Hrsg.): ''Fertigungstechnik.''11. Auflage. Springer Vieweg, Wiesbaden 2015. ISBN 978-3662465547, S. 120.</ref><ref>Fritz Klocke: ''Fertigungsverfahren 5 - Gießen, Pulvermetallurgie, Additive Manufacturing'', Springer, 2015, 4. Auflage, S. 131</ref><ref>Gibson, Rosen, Stucker: ''Additive Manufacturing'', Springer, 2015, 2. Auflage, S. 205.</ref>, auch bezeichnet als '''Freistrahl-Bindemittelauftrag'''<ref>{{Literatur |Titel=DIN EN ISO/ASTM 52900:2022-03, Additive Fertigung - Grundlagen - Terminologie (ISO/ASTM 52900:2021); Deutsche Fassung EN_ISO/ASTM 52900:2021 |Verlag=Beuth Verlag GmbH |DOI=10.31030/3290011 |Online=https://www.beuth.de/de/-/-/344258696 |Abruf=2022-04-14}}</ref>, ist ein [[Additive Fertigung|additives Fertigungsverfahren]], bei dem pulverförmiges Ausgangsmaterial an ausgewählten Stellen mit einem [[Bindemittel]] verklebt wird, um so Werkstücke zu erzeugen. |
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Das Verfahren geht auf Entwicklungen des [[Massachusetts Institute of Technology]] (MIT) zurück. Dort wurde in den frühen 1990er Jahren eine Maschine gebaut, die auf einem [[Tintenstrahldrucker]] basiert und statt Tinte auf das Papier, das Bindemittel auf das Pulver verschoss. Das MIT erhielt auch ein [[Patent]] auf das Verfahren. Die Bezeichnung „3D-Drucken“ wird jedoch auch häufig als [[generisch]]e Bezeichnung für alle additiven Fertigungsverfahren benutzt, insbesondere im Marketing und in öffentlichen Medien. Im Gegensatz dazu ist in der Fachliteratur damit meist das in der VDI 3405 genormte Verfahren gemeint.<ref>{{Literatur |Autor=Andreas Gebhardt |Titel=Generative Fertigungsverfahren rapid prototyping - rapid tooling - rapid manufacturing |Auflage=3. Aufl |Ort=München |Datum=2007 |ISBN=978-3-446-22666-1}}</ref> |
Das Verfahren geht auf Entwicklungen des [[Massachusetts Institute of Technology]] (MIT) zurück. Dort wurde in den frühen 1990er Jahren eine Maschine gebaut, die auf einem [[Tintenstrahldrucker]] basiert und statt Tinte auf das Papier, das Bindemittel auf das Pulver verschoss. Das MIT erhielt auch ein [[Patent]] auf das Verfahren. Die Bezeichnung „3D-Drucken“ wird jedoch auch häufig als [[generisch]]e Bezeichnung für alle additiven Fertigungsverfahren benutzt, insbesondere im Marketing und in öffentlichen Medien. Im Gegensatz dazu ist in der Fachliteratur damit meist das in der VDI 3405 genormte Verfahren gemeint.<ref>{{Literatur |Autor=Andreas Gebhardt |Titel=Generative Fertigungsverfahren rapid prototyping - rapid tooling - rapid manufacturing |Auflage=3. Aufl |Ort=München |Datum=2007 |ISBN=978-3-446-22666-1}}</ref> |
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Mehrere Unternehmen kauften Lizenzen vom MIT und entwickelten eigene Drucker. Dazu zählen ''ExOne'', die 2012 von ''3D Systems'' erworbene ''Z Corporation (Z Corp.)'' und [[Voxeljet]].<ref>Gibson, Rosen, Stucker: ''Additive Manufacturing'', Springer, 2015, 2. Auflage, S. 205.</ref> |
Mehrere Unternehmen kauften Lizenzen vom MIT und entwickelten eigene Drucker. Dazu zählen ''ExOne'', die 2012 von ''3D Systems'' erworbene ''Z Corporation (Z Corp.)'' und [[Voxeljet]].<ref>Gibson, Rosen, Stucker: ''Additive Manufacturing'', Springer, 2015, 2. Auflage, S. 205.</ref> |
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Beim Binder Jetting werden die Werkstücke schichtweise aufgebaut. Aus 3D-Daten (z. B. [[CAD]]-Daten) wird die zu erzeugende Geometrie jeder einzelnen Schicht berechnet. Beim Binder Jetting wird auf einen höhenverstellbaren Tisch eine Pulver- oder Granulatschicht aufgebracht und mittels Bindemittel an den Stellen verklebt, die zum Werkstück zählen. Dazu wird ähnlich wie bei einem gewöhnlichen Tintenstrahldrucker ein [[Druckkopf]] verwendet, der statt Tinte das Bindemittel aufbringt. Anschließend wird der Tisch um eine Schichtdicke abgesenkt und eine neue Pulverschicht aufgebracht. Dies wird so lange wiederholt, bis das Werkstück vollständig entstanden, aber noch vom umgebenden Pulver verborgen ist. Danach wird das überständige Pulver zur Weiterverwendung zurückgeführt, das Werkstück aus dem Drucker geholt und von Pulverresten befreit.<ref>Andreas Gebhart: ''Generative Fertigungsverfahren'', Hanser, 2013, 4. Auflage, S. 73f.</ref> |
Beim Binder Jetting werden die Werkstücke schichtweise aufgebaut. Aus 3D-Daten (z. B. [[CAD]]-Daten) wird die zu erzeugende Geometrie jeder einzelnen Schicht berechnet. Beim Binder Jetting wird auf einen höhenverstellbaren Tisch eine Pulver- oder Granulatschicht aufgebracht und mittels Bindemittel an den Stellen verklebt, die zum Werkstück zählen. Dazu wird ähnlich wie bei einem gewöhnlichen Tintenstrahldrucker ein [[Druckkopf]] verwendet, der statt Tinte das Bindemittel aufbringt. Anschließend wird der Tisch um eine Schichtdicke abgesenkt und eine neue Pulverschicht aufgebracht. Dies wird so lange wiederholt, bis das Werkstück vollständig entstanden, aber noch vom umgebenden Pulver verborgen ist. Danach wird das überständige Pulver zur Weiterverwendung zurückgeführt, das Werkstück aus dem Drucker geholt und von Pulverresten befreit.<ref>Andreas Gebhart: ''Generative Fertigungsverfahren'', Hanser, 2013, 4. Auflage, S. 73f.</ref> |
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Das Verfahrensprinzip ähnelt damit dem [[Selektives Laserschmelzen|selektiven Laserschmelzen]], bei dem ein Metallpulver durch einen [[Laser]] örtlich geschmolzen wird.<ref>Gibson, Rosen, Stucker: ''Additive Manufacturing'', Springer, 2015, 2. Auflage, S. 205.</ref> |
Das Verfahrensprinzip ähnelt damit dem [[Selektives Laserschmelzen|selektiven Laserschmelzen]], bei dem ein Metallpulver durch einen [[Laser]] örtlich geschmolzen wird.<ref>Gibson, Rosen, Stucker: ''Additive Manufacturing'', Springer, 2015, 2. Auflage, S. 205.</ref> |
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== Anlagentechnik == |
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Die Binder Jetting Anlage besteht aus einem Beschichter b) der aus dem Pulvertank c) einen Vorrat an Pulver holt und dieses in einer dünnen Schicht auf den Maschinentisch f) aufträgt. Aus dem beweglichem Druckkopf a) wird das flüssige Bindemittel in Form von kleinen Tröpfen auf das Pulverbett geschossen und führt zum verkleben oder kristallisieren der einzelnen Pulverkörner und erzeugt damit die Schichten des Bauteils d). Der Maschinentisch verfährt im Bautank e) immer um eine Schicht nach unten, das Bauteil wird nach oben hin aufgebaut.<ref>{{Literatur |Autor=Petra Fastermann |Titel=3D-Drucken |Verlag=Springer Berlin Heidelberg |Ort=Berlin, Heidelberg |Datum=2014 |Reihe=Technik im Fokus |ISBN=978-3-642-40963-9 |DOI=10.1007/978-3-642-40964-6 |Online=http://link.springer.com/10.1007/978-3-642-40964-6 |Abruf=2022-04-19}}</ref> |
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== Vor- und Nachteile == |
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Version vom 19. April 2022, 21:48 Uhr
Das Binder Jetting (auch 3D-Drucken)[1][2][3][4], auch bezeichnet als Freistrahl-Bindemittelauftrag[5], ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem pulverförmiges Ausgangsmaterial an ausgewählten Stellen mit einem Bindemittel verklebt wird, um so Werkstücke zu erzeugen.
Geschichte
Das Verfahren geht auf Entwicklungen des Massachusetts Institute of Technology (MIT) zurück. Dort wurde in den frühen 1990er Jahren eine Maschine gebaut, die auf einem Tintenstrahldrucker basiert und statt Tinte auf das Papier, das Bindemittel auf das Pulver verschoss. Das MIT erhielt auch ein Patent auf das Verfahren. Die Bezeichnung „3D-Drucken“ wird jedoch auch häufig als generische Bezeichnung für alle additiven Fertigungsverfahren benutzt, insbesondere im Marketing und in öffentlichen Medien. Im Gegensatz dazu ist in der Fachliteratur damit meist das in der VDI 3405 genormte Verfahren gemeint.[6]
Mehrere Unternehmen kauften Lizenzen vom MIT und entwickelten eigene Drucker. Dazu zählen ExOne, die 2012 von 3D Systems erworbene Z Corporation (Z Corp.) und Voxeljet.[7]
Verfahren
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Beim Binder Jetting werden die Werkstücke schichtweise aufgebaut. Aus 3D-Daten (z. B. CAD-Daten) wird die zu erzeugende Geometrie jeder einzelnen Schicht berechnet. Beim Binder Jetting wird auf einen höhenverstellbaren Tisch eine Pulver- oder Granulatschicht aufgebracht und mittels Bindemittel an den Stellen verklebt, die zum Werkstück zählen. Dazu wird ähnlich wie bei einem gewöhnlichen Tintenstrahldrucker ein Druckkopf verwendet, der statt Tinte das Bindemittel aufbringt. Anschließend wird der Tisch um eine Schichtdicke abgesenkt und eine neue Pulverschicht aufgebracht. Dies wird so lange wiederholt, bis das Werkstück vollständig entstanden, aber noch vom umgebenden Pulver verborgen ist. Danach wird das überständige Pulver zur Weiterverwendung zurückgeführt, das Werkstück aus dem Drucker geholt und von Pulverresten befreit.[8]
Das Verfahrensprinzip ähnelt damit dem selektiven Laserschmelzen, bei dem ein Metallpulver durch einen Laser örtlich geschmolzen wird.[9]
Anlagentechnik
Die Binder Jetting Anlage besteht aus einem Beschichter b) der aus dem Pulvertank c) einen Vorrat an Pulver holt und dieses in einer dünnen Schicht auf den Maschinentisch f) aufträgt. Aus dem beweglichem Druckkopf a) wird das flüssige Bindemittel in Form von kleinen Tröpfen auf das Pulverbett geschossen und führt zum verkleben oder kristallisieren der einzelnen Pulverkörner und erzeugt damit die Schichten des Bauteils d). Der Maschinentisch verfährt im Bautank e) immer um eine Schicht nach unten, das Bauteil wird nach oben hin aufgebaut.[10]
Vor- und Nachteile
Theoretisch sind alle Werkstoffe verwendbar, solange sie mit dem Bindemittel verklebt werden können. Insbesondere lassen sich auch Lebensmittel oder temperaturempfindliche Stoffe wie Arzneimittel verarbeiten. Außerdem ist es möglich, innerhalb eines einzelnen Werkstücks verschiedene Bindemittel zu verwenden und so Bereiche mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften zu erzeugen. Als Bindemittel lassen sich zahlreiche Stoffe verwenden, z. B. welche, die auf Wasser basieren, Kunstharz oder lebende Zellen. Grundsätzlich müssen die Pulver auch nicht in jeder Schicht identisch sein.
Zudem ist beim Binder Jetting, ähnlich wie beim Lasersintern, kein Stützmaterial nötig, da das Werkstück vom Pulver während des Produktionsvorgangs getragen wird.
Die Festigkeit der Bauteile wird wesentlich vom Bindemittel bestimmt und liegt in der Regel unterhalb der Festigkeiten massiver metallischer oder keramischer Bauteile. Bei Verwendung keramischer oder metallischer Pulver besteht jedoch die Möglichkeit, das Bindemittel nach dem Druckprozess zu entfernen und die Bauteile dicht zu sintern. Dabei kommt es – analog zu anderen pulvertechnologischen Verfahren – zu einem Volumenschrumpf, der bei der Konstruktion des gedruckten Bauteils berücksichtigt werden muss.[11] Es sind Bauteile fertigbar, die in ihren mechanischen Eigenschaften mit anderen, pulvertechnologisch gefertigten, dicht-gesinterten Bauteilen vergleichbar sind.[12] Zur Erzielung noch besserer mechanischer Eigenschaften können die gesinterten Bauteile mit Verfahren wie Heiß-Isostat-Pressen (HIP) nachbehandelt werden. Alternativ zum Dichtsintern besteht die Möglichkeit, die gedruckten Bauteile zu entbindern, anzusintern und mit Schmelzen zu infiltrieren.
Mittels Binder Jetting und anschließendem Sintern können nicht nur massive metallische und keramische Bauteile, sondern auch Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (metal matrix composites – MMC) gefertigt werden.[13]
Einzelnachweise
- ↑ Engelbert Westkämper, Hans-Jürgen Warnecke: Einführung in die Fertigungstechnik. 8. Auflage. Vieweg-Teubner, Wiesbaden 2010. ISBN 978-3834808356, S. 265.
- ↑ Albert Herbert Fritz (Autor), Günter Schulze (Hrsg.): Fertigungstechnik.11. Auflage. Springer Vieweg, Wiesbaden 2015. ISBN 978-3662465547, S. 120.
- ↑ Fritz Klocke: Fertigungsverfahren 5 - Gießen, Pulvermetallurgie, Additive Manufacturing, Springer, 2015, 4. Auflage, S. 131
- ↑ Gibson, Rosen, Stucker: Additive Manufacturing, Springer, 2015, 2. Auflage, S. 205.
- ↑ DIN EN ISO/ASTM 52900:2022-03, Additive Fertigung - Grundlagen - Terminologie (ISO/ASTM 52900:2021); Deutsche Fassung EN_ISO/ASTM 52900:2021. Beuth Verlag GmbH, doi:10.31030/3290011 (beuth.de [abgerufen am 14. April 2022]).
- ↑ Andreas Gebhardt: Generative Fertigungsverfahren rapid prototyping - rapid tooling - rapid manufacturing. 3. Auflage. München 2007, ISBN 978-3-446-22666-1.
- ↑ Gibson, Rosen, Stucker: Additive Manufacturing, Springer, 2015, 2. Auflage, S. 205.
- ↑ Andreas Gebhart: Generative Fertigungsverfahren, Hanser, 2013, 4. Auflage, S. 73f.
- ↑ Gibson, Rosen, Stucker: Additive Manufacturing, Springer, 2015, 2. Auflage, S. 205.
- ↑ Petra Fastermann: 3D-Drucken (= Technik im Fokus). Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 2014, ISBN 978-3-642-40963-9, doi:10.1007/978-3-642-40964-6 (springer.com [abgerufen am 19. April 2022]).
- ↑ Andreas Gebhart: Generative Fertigungsverfahren, Hanser, 2013, 4. Auflage, S. 73f.
- ↑ S. Wieland, F. Petzoldt: Binder jet 3D-printing for metal additive manufacturing: Applications and innovative approaches, Ceramic forum international: CFI. Berichte der Deutschen Keramischen Gesellschaft 93, 2016, No.10, S. E26-E30.
- ↑ S.B. Hein, A. Loris: Binder jetting of metal-ceramic-composites, Proceeding of Euro PM 2017 Congress & Exhibition, Milano, 1.-5. Okt. 2017, European Powder Metallurgy Association EPMA, Shrewsbury, 2017, ISBN 978-1-899072-49-1.