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von A. Fäh

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Neue Fortschritte im 3D-Druck: Adaptive Schichtung erhöht Effizienz


 
  • Adaptive Schichtung verbessert die Effizienz und Oberflächenqualität im Binder Jetting 3D-Druck.

  • Der Einsatz des VBAA-Algorithmus sorgt für optimale Bindemittelmengen und stabile Druckteile.

  • Fortschritte im Binder Jetting eröffnen neue Anwendungsmöglichkeiten in erschiedenen Industrien.

 

Adaptive Schichtung steigert Effizienz im Binder Jetting 3D-Druck.

Forscher der Universität Ondokuz Mayis verbessern den Binder Jetting 3D-Druck mit adaptiver Schichtung. © Ondokuz Mayis University
Forscher der Universität Ondokuz Mayis verbessern den Binder Jetting 3D-Druck mit adaptiver Schichtung. © Ondokuz Mayis University

Forscher der Universität Ondokuz Mayis in der Türkei haben die Geschwindigkeit des Binder Jetting 3D-Drucks durch adaptive Schichtung erhöht. Laut einer in der Fachzeitschrift Rapid Prototyping veröffentlichten Studie könnte Binder Jetting in den nächsten zehn Jahren stärker wachsen als jede andere additive Fertigungstechnologie.

Was ist Binder Jetting?

Binder Jetting ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem Objekte durch das Auftragen eines Bindemittels auf Schichten aus Pulvermaterielien erstellt werden. Hier eine kurze Zusammenfassung:

  1. Prozess:

  • Eine dünne Schicht Pulver (Metall, Sand oder Keramik) wird auf die Bauplattform aufgetragen.

  • Ein Druckkopf bewegt sich über die Schicht und trägt selektiv eine flüssige Bindemittelsubstanz auf, die die Pulverpartikel zusammenklebt.

  • Die Bauplattform senkt sich ab, und eine neue Pulverschicht wird darüber aufgetragen. Dieser Prozess wiederholt sich Schicht für Schicht.

  1. Materialien:

  • Gängige Materialien sind Metalle, Keramik und Sand.

  • Die Materialwahl hängt von der Anwendung und den gewünschten Eigenschaften des Endprodukts ab.

  1. Nachbearbeitung:

  • Nach dem Drucken ist das Objekt oft fragil und erfordert zusätzliche Schritte wie Aushärten, Sintern (für Metalle und Keramik) oder Infiltration mit einem anderen Material, um die Festigkeit und Haltbarkeit zu erhöhen.

  1. Anwendungen:

  • Binder Jetting wird in Industrien wie Luft- und Raumfahrt, Automobil und Gesundheitswesen für Prototyping, Werkzeugbau und die Herstellung komplexer Geometrien verwendet, die mit traditionellen Methoden schwer herzustellen sind.

Binder Jetting hat jedoch eine langsamere Produktionsgeschwindigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Methoden, was seine Verbreitung behindert. Um dieses Problem zu lösen, haben die Forscher Hasan Baş, Fatih Yapıcı und Erhan Ergün adaptive Schichtung und einen selbst entwickelten Algorithmus für variable Bindemittelmengen (VBAA) eingesetzt.


Die Schichtung ist ein wichtiger Schritt in allen additiven Fertigungsprozessen, der das digitale Modell in Anweisungen für den 3D-Drucker übersetzt. Normalerweise erfolgt dieser Prozess mit gleichmässigen Schichtdicken. Im Gegensatz dazu ermöglicht adaptive Schichtung variable Schichtdicken basierend auf der Geometrie des Teils, was die Effizienz steigert und die Oberflächenqualität optimiert.


Dieses Verfahren wird zwar schon lange im FDM-3D-Druck eingesetzt, wurde jedoch im Binder Jetting bisher kaum erforscht. In ihrer Studie produzierten die Forscher qualitativ hochwertige Teile mit 12,31 % weniger Schichten als bei gleichmässiger Schichtung.


Um optimale Ergebnisse zu erzielen, nutzten die Forscher ihren VBAA-Algorithmus. Dieser sorgt dafür, dass die richtige Menge Bindemittel für jede Schicht verwendet wird, um Oberflächenrauhigkeit zu vermeiden und die Stabilität der Teile zu gewährleisten. Der Einsatz der Taguchi-Methode half ebenfalls dabei, die idealen Druckparameter zu bestimmen.


Im Vergleich zu Testteilen mit einheitlichen Schichtdicken zeigte das adaptiv geschichtete Teil ähnliche Oberflächenrauhigkeitswerte wie das Teil mit dünnen Schichten und übertraf das Teil mit dicken Schichten. Durch die Verwendung von 12,31 % weniger Schichten wurde die Effizienz gesteigert und die Druckzeit reduziert.

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