Die HP Jet Fusion 3D Druck Technologie

Funktionsweise

Fertigung von Teilen mittels HP Multi Jet Fusion

Der Vorgang beginnt mit dem Auftragen einer dünnen Schicht eines Pulvermaterials auf die gesamte Arbeitsfläche. Zum Beispiel in Abbildung 1 wird neues Material von vorne nach hinten aufgetragen. Als nächstes überfährt der für den Druck und die Verschmelzung zuständige Druckschlitten mit einer HP Thermo-Inkjet-Druckkopfanordnung und Energiequellen den Arbeitsbereich von rechts nach links. Die führende Energiequelle wärmt die Arbeitsfläche unmittelbar vor dem Drucken vor, um während des Druckvorgangs eine durchgängige und genaue Temperaturkontrolle bei jeder Schicht zu gewährleisten.

Die Druckköpfe geben nun funktionelle Agents gezielt an mehreren Stellen auf das Material, um die Geometrie des Teils und dessen Eigenschaften zu bestimmen. Der Schlitten zum Drucken und Verschmelzen wird nun von links nach rechts geführt, um die soeben gedruckten Bereiche zu verschmelzen. Nach jedem Materialauftrag wird dem Recoater frisches Material bereitgestellt und die Service Stations können die Druckköpfe gegebenenfalls prüfen, reinigen und warten, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten. Nach Fertigstellung jeder Schicht wird die Oberfläche des Arbeitsbereichs um die Dicke eines Stücks Druckpapier abgesenkt, und der Schlitten für die Materialbeschichtung führt eine Beschichtung in umgekehrter Richtung aus, um optimale Produktivität zu erreichen. Der Vorgang wird Schicht für Schicht fortgesetzt, bis ein fertiges Teil oder eine Reihe von Teilen in der Build Unit entstanden sind.

Fusing Agents und Detailing Agents

Mit HP Multi Jet Fusion wird jede Schicht eines Teils durch einen Bereich bestimmt, der verschmolzen wird und von losem nicht verschmolzenem Pulver umgeben ist. Das PA12 Pulver ist so ausgelegt, dass loses, nicht verschmolzenes Pulver wiederverwendet recycelt werden kann. Um eine hohe Festigkeit und Oberflächenqualität zu erzielen, ist es wichtig, dass sich die neue Schicht mit jeglichem zuvor verschmolzenen Material darunter verbindet und die Kanten glatt und klar abgegrenzt sind. Dies wird durch den Einsatz mehrerer Agents erreicht, die über die angeordneten HP-Druckköpfe aufgebracht werden.

 

Abb 2e zeigt den Energieeintrag zum Verschmelzen der mit Fusing Agent bedruckten Bereiche. Auch dieser Schritt läuft zeitgleich mit dem Aufdruck der Agents, so dass sich das aufgeschmolzene Material auch gleich mit der darunter liegenden, kurz zuvor verschmolzenen Schicht verbindet.


Abbildung 2: Allgemeiner Überblick über die einzelnen Prozessschritte bei der HP Multi Jet Fusion-Technologie. Bei bestimmten HP Jet Fusion 3D-Druckern lässt sich die Reihenfolge der Schritte ändern und es können zusätzliche Agents – sogenannte Transforming Agents – während des Druckvorgangs eingesetzt werden.


Der Vorgang beginnt mit dem Auftragen des Materials in einer dünnen Schicht auf die gesamte Arbeitsfläche, wie in Abbildung-2a schematisch dargestellt ist.

 

Die Abbildungen 2b-d beschreiben den eigentlichen Druck- und Schmelzvorgang. Die aufgetragene Pulverschicht wird durch Energieeintrag  vorgewärmt. Die Pulvertemperatur wird dabei an über 900 Messpunkten über den gesamten Arbeitsbereich gemessen und damit kurz vor dem Auftrag der Agents kontrolliert (Abbildung 2b).  Im nächsten Schritt werden die Agents (Abb. 2c und 2d laufen zeitgleich) aufgedruckt – der Fusing Agent („F“) in den Bereichen die Verschmelzen sollen, der Detailing Agent („D“) in den umgebenden Bereichen, um den Schmelzvorgang an den Rändern der geschmolzenen Bereiche abzuschwächen oder zu verstärken. So wird eine exakte Abgrenzung der Verschmelzung zu erzielt und mit einer Auflösung von 1200dpi in xy bei den Druckern HP Jet Fusion 3D 4200 und 3200 Druckern Bauteile mit hoher Detailauflösung, scharfen Kanten und glatten Oberflächen erzielt.

In Abbildung 2e wirkt Energie auf das Material ein, um ausgewählte Bereiche zu verschmelzen. Das verschmolzene Material verbindet sich mit der darunter befindlichen Schicht, wenn diese Schicht in einem früheren Zyklus verschmolzen wurde.

Da mit HP Multi Jet Fusion Teile gefertigt werden können, bei denen die Zugfestigkeit entlang der Z-Achse mit der Zugfestigkeit auf der X- und Y-Ebene vergleichbar ist, wird das Problem der verminderten Zugfestigkeit an der Z-Achse überwunden, das bei einigen anderen 3D-Drucktechnologien auftritt. Abbildung 2f zeigt die verschmolzenen und nich verschmolzenen Bereiche am Rand eines Teils. Die Arbeitsfläche wird nun abgesenkt, um den nächsten Beschichtungs-, Druck- und Verschmelzungszyklus vorzubereiten. Je nach Druckersystem Druckmodus dauert ein kompletter Schichtzyklus zwischen 8 und 14 Sekunden – unabhängig von der Anzahl der Bauteile!


Weiter Details finden Sie im technischen White Paper "FUNKTIONSWEISE  HP Jet Fusion 3D Druck", welches Sie hier als PDF herunterladen können.


Der Druckprozess als Ablauf Diagramm

Mit der automatischen Pulverrückführung der HP Jet Fusion Processing Station mit Fastcoolingoption wird die Bauteilentnahme, die Bauteil Abkühlung, das Material Recycling, die Pulveraufbereitung und die Befüllung der eingeschobenen Processing Unit für den nächsten Druck, zum Kinderspiel.

Die Personalbindung beim Drucken und Endnehmen der Bauteile reuziert sich auf ein Bruchteil vergleichbarer Systeme und bring dem Kunden eine traumhafte Produktivität der Schichtbauanlage.


Diese enorme Produktivität gepaart mit hervorragenden Materialfestigkeit ist der Einstieg in die Bauteil- und Kleinserienfertigung.