Material Jetting – (Polyjet / MultiJet Modeling)

In diesem Beitrag lernst du das Material Jetting kennen. Dabei gehe ich wie gewohnt auf das Funktionsprinzip, den Aufbau eines Druckers nach dem Material Jetting Verfahren und die Vor- und Nachteile sowie Anwendungsgebiete ein. 

Was ist das Material Jetting?

Unter den aktuellen 3D-Druck-Verfahren überzeugt das Material Jetting vor allem im Bereich des Rapid Prototyping. Genaueste Realisierung von Modellen mit Auflösungen zwischen 16 und 32 Mikron zeichnet das Verfahren des Material Jetting aus. Als Ausgangsmaterial für den Druck kommen zumeist Photopolymere, in seltenen Fällen aber auch Thermoplaste oder Hartwachse zum Einsatz. Modelle, die mittels Material Jetting gefertigt wurden, kommen immer dann zum Einsatz, wenn höchste Genauigkeiten und perfekte Oberflächen gefragt sind.

Wie ist ein Material Jetting Drucker aufgebaut?

Die 3D-Drucker im Bereich Material Jetting sind ganz ähnlich wie herkömmliche Tintenstrahldrucker aufgebaut. Herzstück der MJ-Drucker ist der Druckkopf, der mit mehreren, linear angeordneten Druckdüsen ausgerüstet ist. Gängige Drucker verfügen zumindest über zwei Düsen. Eine Düse dient zum Auftragen des eigentlichen Druckmaterials, die zweite Düse fügt eine Stützstruktur hinzu. Zum Aushärten des Materials wird UV Licht verwendet.

Wie funktioniert Material Jetting?

Das Ausgangsmaterial – die bereits erwähnten Photopolymere – wird auf 30° bis 60° Celsius erwärmt und in den Druckkopf geleitet. Im gleichen Zeitraum wird in einer zweiten Kammer des 3D-Druckers das Material für die Stützkonstruktion, zumeist ein niedrig schmelzendes Wachs, erwärmt. Im Druckkopf werden beide Materialien zu den jeweiligen Düsen geleitet und dort in feinste Tröpfchen zerstäubt. Schicht für Schicht baut der 3D-Drucker nun das vorher über CAD-Daten definierte Modell auf einer Grundplatte auf. Immer dort, wo Überhänge am Modell zu fertigen sind, kommt das Stützmaterial zum Einsatz. Dieses Material kann nach Beendigung des Druckvorganges und anschließendem Aushärten des Ausgangsmaterials einfach erwärmt, geschmolzen und dann entfernt werden.

Wo wird das Material Jetting Verfahren verwendet?

Das Verfahren kommt immer dann zum Einsatz, wenn besonders glatte Oberflächen oder feinste Strukturen gefordert sind. Material Jetting gilt aktuell als eines der genauesten 3D-Druckverfahren mit einer dimensionalen Genauigkeit von ± 0,1 %. Bedingt durch die Baugröße von durchschnittlich 380 x 250 x 200 mm wird das MJ-Verfahren hauptsächlich für den Prototypenbau in der Schmuckindustrie oder der Medizintechnik verwendet. Wird anstelle von Photopolymere ein spezialisiertes Guss-Wachs zum Druck verwendet, eignen sich die erstellten Modelle auch als Gussmodelle für den Guss mit verlorenen Formen.

Welche Materialien können mit dem Material Jetting gedruckt werden?

In der Regel werden als Ausgangsmaterialien für das Verfahren photopolymere Resine eingesetzt, die je nach Anwendungsfall mit unterschiedlichen Eigenschaften aufwarten. Neben Standard-Photopolymere, die vollständig aushärten, existieren noch gummiartige, flexible Materialien oder spezielle Wachse, die die Modelle oder Prototypen als Grundlage für Formen tauglich machen. Auch transparente, temperaturbeständige oder sterilisierbare Resine können mit dem Material Jetting gedruckt werden. Das wirklich besondere am MJ ist die Fähigkeit, Multimaterialien und Ausdrucke in Vollfarbe zu realisieren.

Wie erfolgt die Nachbearbeitung beim Material Jetting?

Während das eigentliche Modell ohne weitere Nachbearbeitungen nach dem Druck auskommt, müssen die entstandenen Stützstrukturen noch entfernt werden. Je nach verwendeter Maschine sind während des Drucks entweder Stützgerüste aus Wachs oder nadelartige Strukturen aus dem Ausgangsmaterial entstanden. Wachsartige Stützstrukturen werden in der Nachbearbeitung am einfachsten durch Wegschmelzen entfernt. Durch den geringen Schmelzpunkt kann hier mit vergleichsweise niedrigen Temperaturen gearbeitet werden. Stützen nadelartige Strukturen die Überhänge am Modell, werden diese mechanisch mittels feiner Zangen, Scheren oder Feilen entfernt.

Gibt es Unterschiede zwischen dem Multijet- und PolyJet-Verfahren?

Die beiden Begriffe Multijet und PolyJet werden synonym für das Verfahren des Material Jettings verwendet. Die Begriffe sind aus den gesicherten Namensrechten der konkurrierenden Hersteller Stratasys (PolyJet) und 3DSystems (Multijet) entstanden. Unterschiede in der Durchführung des Drucks gibt es allerdings keine.

Material Jetting – Welche Vor- und Nachteile sind vorhanden?

Wie jedes Druckverfahren bringt MJ sowohl Vor- als auch Nachteile mit sich. Zu den Vorteilen zählen die hohen Genauigkeiten der Modelle, ein überzeugender Detailierungsgrad und die geringe Nachbearbeitung. Nachteilig zu sehen sind die begrenzte Materialvielfalt, die hohen Materialkosten und die Notwendigkeit einer Stützkonstruktion. Auch die durch die Baugröße der 3D-Drucker limitierte Modellgröße ist zu den Nachteilen zu zählen.

Vorteile des Material Jettings

  • Hohe Genauigkeit der Modelle
  • Höchster Detailierungsgrad mit Ausarbeitung feinster Strukturen
  • Keine Polymerreste an den Modellen, nur das Stützmaterial muss entfernt werden

Nachteile des Material Jettings

  • Schlechte mechanische Eigenschaften der Modelle, daher nicht für Funktions-Prototypen geeignet
  • Hohe Materialkosten im Vergleich zu anderen 3D-Druckverfahren
  • Begrenzte Materialvielfalt

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