Binder Jetting - Drucken in Vollfarbe

In diesem Beitrag lernst du das Binder Jetting Verfahren kennen. Dabei gehe ich auf das Funktionsprinzip, die Vor- und Nachteile sowie mögliche Anwendungsgebiete und Nachbearbeitungsmöglichkeiten ein.

Was ist das Binder Jetting Verfahren?

Das Binder Jetting zählt zu den additiven respektive generativen Fertigungsverfahren, umgangssprachlich auch als 3D Druck bezeichnet. Ausgangsmaterial bei dem Verfahren ist immer ein Pulver, welches mit Klebstoffen –dem namensgebenden Binder – schichtweise verklebt und so in die gewünschte Form gebracht wird. Binder Jetting ist eine vergleichsweise „alte“ Fertigungsmöglichkeit. Entwickelt wurde Binder Jetting am MIT in Massachusetts. Das MIT meldete das Patent dazu im Dezember 1989 an und erhielt es 1993 (US-Patent Nr. 5,204,055).

Wie ist ein Binder Jetting Drucker aufgebaut?

Prinzipiell arbeiten Binder Jetting Drucker ähnlich wie Tintenstrahldrucker. Über einen Druckkopf wird Binder schichtweise auf ein Pulver aufgetragen, um nach und nach eine vorher durch CAD definierte Form zu realisieren. Bezeichnend für BJ-Drucker ist eine absenkbare Grundplatte, die nach einer erfolgreich verklebten Schicht nach unten hin abgesenkt wird, um die nächste Schicht verkleben zu können.
Die Drucker verfügen neben der absenkbaren Plattform und dem Druckkopf immer über zwei Tanks, einen für den Klebstoff, einen für den Pulver-Vorrat. In der Regel sind die BJ-Drucker in Portalbauweise aufgebaut.

Wie funktioniert das Binder Jetting?

Bei dem additiven Produktionsprozess wird zunächst eine Pulverschicht auf eine Grundplatte aufgetragen. Mittels eines Druckkopfes wird dann zielgenau ein Bindemittel aufgetragen, was dafür sorgt, dass das Pulver miteinander verklebt. Im nächsten Schritt wird eine weitere Pulverschicht aufgetragen und erneut verklebt. Nach und nach entsteht so auch den verschiedenen Schichten das gewünschte Modell.

Wo wird das Binder Jetting Verfahren verwendet?

Binder Jetting ist ein extrem vielseitiges Verfahren, da theoretisch alle Werkstoffe, die in Pulverform verfügbar sind, miteinander verklebt werden können. Selbst empfindliche Ausgangsstoffe wie Lebensmittel oder Pharmazeutika lassen sich so zu dreidimensionalen Objekten verformen. Geschmolzen wird beim Druck nichts. Ganz ohne Wärme geht es aber nicht: Beim Metall-Binder-Jetting trocknet laut Fraunhofer IFAM eine Heizlampe den Binder nach jeder Schicht. Aktuell wird das Verfahren häufig im Rapid Prototyping, aber auch für die Herstellung von Gussformen oder Urmodellen eingesetzt. Weitere Anwendungsbeispiele sind die Schmuckindustrie, Kunstakademien oder die Medizintechnik.

Welche Materialien können mit dem Binder Jetting gedruckt werden?

Ob Metalle, Keramik, Sand oder Kunststoffe – prinzipiell kann jedes Material, dass sich in Pulverform verarbeiten lässt, per Binder Jetting zu 3D-Modellen umgeformt werden. Interessant ist vor allem die Möglichkeit, Edelstähle zu drucken. Das geht allerdings auch beim selektiven Laserschmelzen (SLM), etwa mit dem Edelstahl 316L. Abhängig vom eingesetzten Drucker sind auch mehrfarbige Modelle möglich. Hierfür spritzen die Druckköpfe einen farbigen Binder auf das Pulver, so beschreibt es 3D Systems für seine ColorJet-Drucker.

Wie erfolgt die Nachbearbeitung beim Binder Jetting?

Während Modelle aus Kunststoff nach dem Druck nur noch von überschüssigem Pulver befreit werden müssen, bedürfen Metallteile einer aufwändigeren Nachbereitung. Werkstücke aus Metall müssen nach dem Binder Jetting von Kleberesten befreit und zusätzlich gesintert werden. Nur so kann eine ausreichende Festigkeit der Modelle sichergestellt werden. Während des Sinterns kann es zu Schrumpfungen der Modelle kommen, so dass eine genaue Endgeometrie nur mit ausreichend Erfahrung sicher zu realisieren ist.

Binder Jetting – Welche Vor- und Nachteile sind vorhanden?

Zu den größten Vorteilen des Binder Jettings gehört die universelle Verwendbarkeit unterschiedlicher Materialien. Diese können sogar untereinander kombiniert werden, so dass beispielsweise Modelle aus Edelstahl und Kunststoff denkbar sind. Auch das Einfärben der Modelle kann zu den Vorteilen gezählt werden. Darüber hinaus ist Binder Jetting vergleichsweise günstig. Nachteilig ist die geringe Festigkeit der frisch gedruckten Teile. Sie bestehen aus verklebtem Pulver und sind porös. Bei Metallteilen kann die Festigkeit durch das Hinzufügen weiterer Metalle (bei Edelstählen beispielsweise durch das Hinzufügen von Bronze) und anschließendes Sintern jedoch deutlich erhöht werden. Auch ist die Oberfläche der Modelle immer leicht rau, ungefähr wie nach dem Sandstrahlen.