Lektion 8.5UrformenKapitel 8 · Additive Fertigung

Binder Jetting

Inkjet-Köpfe verkleben Pulver, dann wird das Teil ausgehärtet oder gesintert (Binder Jetting)

Beim Binder Jetting entsteht ein Teil, indem dünne Pulverschichten aufgetragen und mit einem Inkjet-Kopf eine flüssige Klebstoffmischung, das Bindemittel, auf jede Schicht gedruckt wird. Es funktioniert ähnlich wie ein Bürodrucker, nur mit Pulver statt Papier. Es ist wichtig, weil es eine der schnellsten Arten ist, Metallteile in Serien zu drucken, und Gießereien damit Sandformen für den Guss drucken.

Foto: Oak Ridge National Laboratory, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons

Bauraum beim Binder Jetting im Querschnitt, mit Entpulvern und OfensinternDie eingekreisten Zahlen entsprechen den Schritten unten; die Schritte 2 bis 4 wiederholen sich für jede Schicht.

So funktioniert es

Das Modell in Schichten schneiden. Eine Software zerlegt das 3D-Modell in dünne Schichten. Die Teile lassen sich dicht packen und stapeln, weil das Pulver sie stützt.
Eine Schicht auftragen. Der Vorratskolben steigt, und ein Beschichter (eine Walze oder Klinge) verteilt eine dünne, gleichmäßige Pulverschicht, bei Metall meist 0,05–0,1 mm.
Das Bindemittel jetten. Ein Inkjet-Druckkopf fährt darüber und setzt winzige Bindemitteltröpfchen nur dort, wo die Schicht des Teils liegen soll. Die verklebten Körner haften aneinander; der Rest bleibt lose.
Absenken und wiederholen. Der Bauraum sinkt um eine Schicht, und der Zyklus wiederholt sich, bis der Bauraum voll ist. Während des Druckens sind weder Laser noch Hitze nötig.
Aushärten und entpulvern. Der Bauraum wird erwärmt, damit das Bindemittel aushärtet, dann wird das lose Pulver abgebürstet und abgeblasen und wiederverwendet. Die verklebten „grünen“ Teile sind zerbrechlich wie Kreide.
Im Ofen sintern. Metallteile kommen in einen Ofen nahe ihrem Schmelzpunkt, wo das Bindemittel ausbrennt und die Körner verschmelzen. Das Teil schrumpft beim Verdichten in jeder Richtung um etwa 15–20 %.

Wichtige Fakten

Werkstoffe: Edelstähle, Werkzeugstähle, Kupfer und andere Metalle; Gießereisand; Keramik; Gips für Vollfarbmodelle
Typische Teile: Kleine Metallteile in Serien, Sandformen und Kerne für den Guss, Keramikteile, Farbfiguren
Bauteilgröße: Metallteile meist faustgroß oder kleiner; Sanddrucker bauen Boxen bis zu mehreren Metern Länge
Präzision: Metall: etwa ±1–2 % nach dem Sintern wegen der Schrumpfung; Sandformen: etwa ±0,3 mm
Oberfläche: Matt und leicht körnig, wie ein feiner Guss; oft gestrahlt oder poliert
Geeignete Losgröße: Hunderte bis zehntausende kleine Metallteile; Einzelstücke bis Kleinserien bei Sandformen
Werkzeug- und Maschinenkosten: Kein Werkzeug; Maschinen plus Öfen kosten einige hunderttausend bis über eine Million Dollar
Geschwindigkeit: Das Drucken ist schnell, oft Stunden pro vollem Bauraum, doch Aushärten und Sintern fügen einen Tag oder mehr hinzu

Stärken und Grenzen

Stärken

Schnelles Drucken eines ganzen Bauraums voller Teile, ohne Stützen
Keine Hitze beim Drucken, daher kein Verzug und keine eingeschlossenen Spannungen
Druckt Sandformen und Kerne ohne Modell, direkt aus einer Datei
Bei Stückzahlen geringere Kosten pro Metallteil als beim Laser-Pulverbettverfahren

Grenzen

Die Teile schrumpfen beim Sintern, was enge Toleranzen erschwert
Grüne Teile sind zerbrechlich und brauchen vorsichtige Handhabung
Etwas Porosität kann bleiben, sodass die Festigkeit hinter vollständig aufgeschmolzenem Metall zurückbleiben kann
Dünne Wände und große flache Teile können im Ofen durchhängen oder sich verziehen

Wo es eingesetzt wird

GießereienSandformen und Kerne für Motorblöcke, Pumpengehäuse, Prototypen
AutomobilbauKleine Metallhalterungen und Fittings; Formen für Gussteile
KonsumgüterStahlteile für Schlösser, Werkzeuge und Brillen in Serien
IndustriePumpenlaufräder, Düsen, Keramikteile
Kunst und DesignVollfarbige Figuren und Architekturmodelle aus Gips

So erkennen Sie es

Eine matte, leicht körnige Oberfläche, ähnlich einem feinen Guss oder gesintertem Metall.
Keine Stützspuren, und Teile mit leicht weichen Kanten.
Bei Sandformen eine sandige, krümelige Textur mit schwachen Treppenstufen an Rundungen.
Sehr kleine Metallteile, in großen, identischen Serien gefertigt.

Im Vergleich mit

Laser-Pulverbettschmelzen8.4schmilzt Metallpulver mit einem Laser, statt es zu verkleben; dichtere Teile ohne Schrumpfung, aber langsamer und teurer.Metallpulverspritzguss (MIM)9.2erzeugt ebenfalls grüne Teile, die gesintert werden; braucht eine Form, ist aber bei sehr hohen Stückzahlen günstiger.Sandguss1.1beim Binder Jetting lassen sich die Formen direkt drucken, ganz ohne Holz- oder Metallmodell.

Ansehen

Mars Gadgets · Pulverschicht, Inkjet-Bindemittel und Sintern, für Einsteiger

AM Media | The Cool Parts Show · Fachjournalisten zum Binder Jetting und seinem Sinterschritt

CATI: Computer Aided Technology is now GoEngineer · Eine Druckerdemo, bei der grüne Teile entpulvert werden

voxeljet · Gedruckte Sandformen und Kerne, dann gegossenes Metall

Echte Fotos ansehen

Wikipedia: Binder Jetting — Prozessschritte, Werkstoffe und Geschichte; textlastig
Wikipedia: 3D-Druck-Verfahren — Binder Jetting im Vergleich mit anderen additiven Verfahren
Fotosuche auf Wikimedia Commons

Merken

Binder Jetting verklebt Pulver Schicht für Schicht mit Inkjet-Tröpfchen, ohne Hitze beim Drucken.
Metallteile kommen zerbrechlich heraus und müssen im Ofen gesintert werden, wobei sie schrumpfen.
Es eignet sich für Serien kleiner Metallteile und gedruckte Sandformen für den Guss.