Unser erster Erfahrungsbericht mit dem Armadillo White von concr3de

Einleitung

Binder Jetting ist eines von 7 3D-Druckverfahren, wie sie in der DIN EN ISO/ASTM beschrieben sind. Neben Vat Photo Polymerisation (VPP), Material Extrusion (MEX) und Material Jetting (MJT) wird Binder Jetting genutzt, um Keramiken herzustellen.

Binder Jetting bei WZR

Wir bei WZR arbeiten seit 2004 am Thema Binder Jetting von Keramik und haben in dieser Zeit mit 8 unterschiedlichen Binder Jetting Maschinen Erfahrungen gesammelt. Angefangen haben wir mit damals hochmodernen Maschinen des Herstellers ZCorp, die mittlerweile zu 3D-Systems gehören. Das kleinere Modell Z310 haben wir ca. 8 Jahre lang genutzt, vom größeren Modell Z510 haben wir im Laufe der Jahre 5 Maschinen gekauft, von denen wir aktuell noch 2 Maschinen nutzen. Für diese Maschinen haben wir zahllose Mischungen entwickelt, getestet, gesintert und untersucht. Seit 2008 verkaufen wir 3D-gedruckte Bauteile aus Al₂O₃, die mit diesen ZCorp-Druckern hergestellt werden.

Seit 2008 beschäftigen wir uns bei WZR mit der Entwicklung und Nutzung von partikelhaltigen Tinten, die im Binder Jetting auf das Pulverbett aufgedruckt werden. Hiermit erreichen wir eine höhere Grünfestigkeit, eine bessere Abbildegenauigkeit sowie höhere Dichten und Festigkeiten nach dem Sintern. Unsere ersten Binder Jetting Maschinen, die mit solchen Tinten arbeiten konnten, nutzten Einzeldüsen, d.h. die Fläche des Bauraums musste zeilenweise vollständig abgefahren werden, was bei einer Fläche von 50×50 mm² ca. 5 Minuten dauerte. Unsere nächsten Drucker nutzten einen Multidüsen-Druckkopf, der parallel mit ca. 1000 Düsen arbeitete, was die Druckzeit drastisch verkürzte. In der nächsten Entwicklungsstufe konnten wir mit wasserbasierten Tinten arbeiten, wodurch wir Grünfestigkeiten von über 8 MPa erreichen konnten. Alle diese Binder Jetting Maschinen sind Prototypen, die speziell für uns entwickelt und gebaut wurden. Der große Vorteil liegt darin, dass alle Maschinen-Parameter zu verändern sind. Der Nachteil liegt darin, dass es weder Garantie noch eine gesicherte Ersatzteilversorgung gibt.

Concr3de

Im Mai 2021 lernten wir concr3de kennen und begannen uns mit den Druckern des Unternehmens auseinanderzusetzen. Erste Tests mit unseren Pulvern und Tinten verliefen erfolgreich, d.h. wir konnten mit unseren Binder Jetting Maschinen Pulver und Tinten entwickeln, die ohne grundlegende Anpassungen auf einer concr3de-Maschine verarbeitet werden können. Alle weiteren Tests verliefen so erfolgreich, dass wir uns Ende 2021 dazu entschlossen, eine Binder Jetting Maschine von concr3de zu kaufen. Die Entscheidung fiel auf das Modell Armadillo White.

Beschreibung Armadillo White

Der Armadillo-White hat eine Bauraumgröße von 370x290x250mm³. Der Druckkopf ist in der Lage partikelhaltige Tinten zu verarbeiten, in unserem Gerät ist zusätzlich ein Infrarot-Heizer eingebaut, womit die aufgedruckte Tinte direkt getrocknet werden kann. Als weitere Ergänzung haben wir eine Bauraumverkleinerung dazu gekauft, um schnell neue Pulver mit geringen Mengen (ca. 1 Liter) testen können.

Unsere Erfahrungen innerhalb der ersten 10 Wochen

Nach Anlieferung des Druckers erfolgte die Einweisung mit Ion Martinez, Technical Sales Engineer von concr3de.

Hier wurden alle Funktionen des Druckers geprüft und erklärt.

Der erste Schritt ist das Befüllen des Druckers mit Pulver und mit Tinte:

Die Einstellung der Druckparameter (Verfahrbewegungen, Rollengeschwindigkeit, IR-Parameter, aufgedruckte Tintenmenge, Anzahl der Überzüge) ist ein Optimierungsprozess, der einige Zeit in Anspruch nimmt.

Im folgenden Video ist gut der Wärmeeintrag durch die Infrarotlampe zu erkennen:

Wir drucken hierzu im ersten Schritt Riegel. Durch Optimierung der Parameter wird die Ebenheit der Oberfläche zunehmend besser und das Druckbild immer schärfer:

Nach Abschluss des Drucks werden die Riegel aus dem Bauraum gefahren und bei 195°C getrocknet.

Nach dem Trocknen können die Riegel entformt werden und stehen für die weiteren Prüfungen bereit.

Unser erstes Fazit zum jetzigen Zeitpunkt ist, dass der Drucker sehr zuverlässig arbeitet. Die Software ist intuitiv zu bedienen und läuft stabil. Unsere ersten Pulver können mit Lagendicken zwischen 50 µm und 100 µm verarbeitet werden. Eine wasserbasierte Partikeltinte wird zuverlässig gedruckt, das Tintenzirkulationssystem funktioniert mit unserer Partikeltinte sehr gut, die Druckkopfreinigung arbeitet effektiv. Wir haben gelernt, dass wir die Filter im Tintensystem beobachten müssen.

Wir haben bisher durchgehend mit der gleichen Tinte gearbeitet und über 95% der Zeit mit einem Pulver.

Die restlichen 5% der Zeit haben wir mit einem zweiten Pulver und der Bauraumreduzierung verbracht. Wir können unseren ersten Eindruck bestätigen, dass dieses Feature eine sehr einfache und clevere Lösung ist, um mit geringen Pulvermengen zu arbeiten. In diesem Fall müssen wir die Druckparameter noch weiter optimieren, um eine glatte Oberfläche zu erhalten.

Fazit

Wir haben in den letzten 10 Wochen jeden Tag mit dem Drucker gearbeitet und können zusammenfassen, dass wir wirklich zufrieden damit sind.