Material Jetting

Keramik 3D-Druck

Maßgeschneiderte Tinten für Ihre keramischen Bauteile

Durch unsere langjährige Erfahrung in der Tintenentwicklung sind wir, was die Materialauswahl angeht, kaum eingeschränkt. Wir entwickeln den Prozess des Material Jetting kontinuierlich weiter. Zudem können wir maßgeschneidert für Ihre Anwendungen neue Materialien (auch Multimaterial), sowie neue Prozesse entwickeln – wir freuen uns immer auf neue Herausforderungen.

Material Jetting

Was ist Material Jetting?

3D Druck für Keramik durch Material Jetting ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem eine niedrigviskose Masse (in diesem Fall eine mit Keramikpartikeln gefüllte Tinte) über einen Druckkopf selektiv abgeschieden wird. Das Material wird auf eine Bauplattform verdruckt und dort durch Trocknung innerhalb kürzester Zeit verfestigt. Im Unterschied zum Binder Jetting wird also kein Pulverbett, sondern die Bauplattform direkt bedruckt. Das Bauteil wird dementsprechend einzig aus dem verdruckten Material aufgebaut. Die Vorlage für die zu druckenden Teile wird als CAD-Datei bereitgestellt, welche digital in Scheiben (Slices) mit gewünschter Schichtdicke zerlegt wird. Diese Schichtdicken sind abhängig von dem Füllgrad, der Oberflächenspannung und der Viskosität der verwendeten Tinte, sowie von dem Düsendurchmesser des verwendeten Druckkopfes. Typische Schichtdicken liegen im Bereich von 5 – 50 µm.

Ablauf

Wie funktioniert der 3D-Druckprozess?

Eine hochgefüllte Tinte mit keramischen – oder auch metallischen – Partikeln, sowie einem Binder, wird mit einem beheizbaren Druckkopf verdruckt. Nach dem Auftreffen auf die Bauplattform verdunstet das Lösemittel der Tinte, sodass nur die eigentliche Keramik mit Binder auf der Bauplattform verbleibt. Für die Trocknung können eine beheizbare Bauplattform und/oder Infrarot-Strahler eingesetzt werden. Anschließend wird die Bauplattform entsprechend der Schichtdicke abgesenkt und die nächste Schicht gedruckt. Dieser Prozess wiederholt sich, bis das gesamte Bauteil von unten nach oben aufgebaut wurde. Da jede Schicht einzeln getrocknet wird, kann das Bauteil nach dem Drucken der letzten Schicht direkt von der Bauplattform entnommen werden. Das Entbindern erfolgt in der Regel in einem Schritt mit dem Sintern des Bauteils.
Nachdem die letzte Schicht gedruckt wurde, muss das Bauteil im Pulver trocknen (je nach Größe 2 bis 8 Stunden). Anschließend kann das Bauteil aus dem Pulverbett entnommen werden. Mit Pinsel und/oder Druckluft kann das lose Pulver entfernt werden. Damit liegt der so genannte Grünkörper vor, welcher lediglich durch den aufgedruckten und ausgehärteten Binder zusammenhält.

Tinten Art

Welche Tinten werden im Material Jetting verwendet?

Üblicherweise werden mit Keramikpartikeln gefüllte Tinten mit einem Feststoffgehalt von etwa 50 – 60 % verwendet. Wichtig hierbei ist, die Viskosität und die Partikelgröße so gering zu halten, dass sich die Tinte auch durch sehr feine Düsen (ca. 25 µm) verdrucken lässt. Je kleiner die Tropfen, desto höher ist die Auflösung und die Präzision des zu druckenden Bauteils. Um die Viskosität zu senken werden üblicherweise beheizbare Druckköpfe oder Tintensysteme verwendet. Neben Tinten, welche mit Keramikpartikeln gefüllt sind, können auch Tinten verdruckt werden, welche metallische Partikel enthalten. Somit lassen sich mit mehreren Druckköpfen Multi-Material-Bauteile in einem Fertigungsprozess herstellen. Alle von uns eingesetzten Tinten sind Eigenentwicklungen. In unserem Labor erfolgt zudem die Charakterisierung der Tinten. Hierbei werden unter anderem die Viskosität, die Oberflächenspannung und die Korngrößenverteilung untersucht.

Vor-& Nachteile

Welche Vor- und Nachteile hat der Material Jetting -Prozess:

Vorteile Material Jetting
  • Hohe Dichte / hohe Festigkeiten
    • Hochgefüllte Tinten liefern nach dem Sintern eine geringe Porosität
  • Kein Post-Processing notwendig
    • Bauteile können nach dem Drucken sofort gesintert werden
  • Hohe Präzision möglich
    • Abhängig von der Tropfengröße
  • Multi-Material
      • Durch den Einsatz von unterschiedlichen partikelgefüllten Tinten, können verschiedene Materialien neben und/oder aufeinander gedruckt werden
Nachteile Material Jetting
  • Geringe Prozessgeschwindigkeit:
    • Bedingt durch die geringen Schichtdicken
  • Einschränkungen bei der Komplexität der Geometrien:
    • z.B. keine Überhänge ohne Stützmaterial möglich

Ansprechpartner

Michael Lüke