Binder Jetting

Während viele 3D-Drucktechnologien auf Hitze, Laser oder UV-Licht setzen, um das Material zu verfestigen, verfolgt Binder Jetting einen völlig anderen Ansatz. Es ist eines der wenigen additiven Fertigungsverfahren, das die Druckphase von der Schmelzphase entkoppelt und so einen schnelleren Durchsatz, einen geringeren Energieverbrauch und eine Produktion in großen Stückzahlen ermöglicht. Von vollfarbigen Konzeptmodellen bis hin zu funktionalen Metallkomponenten verändert Binder Jetting die Art und Weise, wie die Industrie über die additive Fertigung denkt – insbesondere im Hinblick auf Skalierbarkeit und Kosteneffizienz.

Was ist Binder Jetting?

Binder Jetting ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem ein flüssiges Bindemittel selektiv auf ein Pulverbett aufgebracht wird, um die Partikel Schicht für Schicht miteinander zu verbinden, bis ein Teil fertig ist. Im Gegensatz zu vielen anderen pulverbasierten 3D-Druckverfahren (wie SLS oder SLM) benötigt Binder Jetting keine hohen Temperaturen oder Laser, um Materialien zu verschmelzen. Stattdessen erfolgt die Verfestigung chemisch, wobei die Bindeflüssigkeit als „Klebstoff“ zwischen den Pulverpartikeln fungiert.

Damit unterscheidet sie sich grundlegend von Technologien wie dem Material Jetting, bei dem Photopolymere durch UV-Licht gehärtet werden, oder dem SLM/DMLS, bei dem Metallpulver mithilfe eines Lasers vollständig geschmolzen wird.

Wie funktioniert das Binder Jetting-Verfahren?

Der Prozess beginnt mit einer dünnen Schicht Pulver (Metall, Sand oder Keramik), die auf einer Bauplattform verteilt wird. Ein Druckkopf, ähnlich wie bei Tintenstrahldruckern, bewegt sich über die Schicht und trägt selektiv Binder dort auf, wo das Teil erstarren soll. Sobald eine Schicht fertig ist, senkt sich die Plattform, eine neue Schicht Pulver wird aufgetragen und der Prozess wird wiederholt.

Nach dem Druck befinden sich die Teile in einem empfindlichen „grünen Zustand“ und müssen nachbearbeitet werden. Bei Metallen umfasst dies in der Regel das Aushärten, Entbindern und Sintern in einem Ofen, wo die Pulverpartikel verschmelzen, ohne vollständig zu schmelzen. Bei Sandformen oder keramischen Komponenten kann das Aushärten allein ausreichen.

Binder Jetting Materialien

Diese Technologie unterstützt eine breite Palette von Materialien, je nach der beabsichtigten Anwendung. Zu den gängigen Kategorien gehören:

Metalle: rostfreier Stahl, Inconel, Kupfer, Titan,
Keramik: Kieselerde, Tonerde,
Sande: für Gießereikerne und -formen,
Verbundwerkstoffe oder farbiger Sandstein: für vollfarbige Modelle oder Prototypen mit geringer Festigkeit.

Das Binder Jetting von Metallen hat vor allem in Branchen an Bedeutung gewonnen, die einen hohen Durchsatz und eine kostengünstige Teileproduktion ohne die Komplexität von Lasern oder geschlossenen Systemen anstreben.

Vorteile und Nachteile von Binder Jetting

Die wichtigsten Vorteile

– keine Stützkonstruktionen erforderlich: das Pulverbett unterstützt Überhänge auf natürliche Weise,

– hohe Druckgeschwindigkeit: dank des schichtbreiten Druckkopfs und der fehlenden Heizung,

– große Bauvolumen: wirtschaftlicher für die Serienproduktion,

– geringere thermische Belastung: minimale Verformung oder Restspannung

Überlegungen

– erfordert eine Nachbearbeitung: Sinterung oder Infiltration können zu einer Schrumpfung führen,

– grüne Teile sind zerbrechlich: Sie müssen vor dem Aushärten vorsichtig behandelt werden,

– Porosität und Festigkeit: Die endgültigen Eigenschaften hängen stark von der Qualität der Sinterung ab,

– nicht für alle Geometrien geeignet: einige innere Merkmale können während des Sinterns zusammenbrechen

Binder Jetting vs. Material Jetting

Trotz ähnlicher Namen sind Binder Jetting und Material Jetting völlig verschieden. Material Jetting ähnelt eher dem photopolymeren 2D-Druck – es werden Tröpfchen aus flüssigem Harz ausgestoßen, die Schicht für Schicht UV-gehärtet werden. Es ist ideal für Prototypen mit glatter Oberfläche und Anschauungsmodelle, nicht für Teile mit industrieller Festigkeit.

Binder Jetting hingegen verwendet Pulver als Rohmaterial und kann nach dem Sintern robuste Metall- oder Keramikteile herstellen. In Bezug auf die Anwendung ist es viel näher an der Pulverbettschmelztechnologie.

Wo Binder Jetting glänzt

Binder Jetting ist die Technologie der Wahl, wenn Kosten, Geschwindigkeit und Skalierbarkeit wichtiger sind als perfekte Oberflächen oder isotrope Festigkeit. Es wird häufig verwendet für:

Metallteile in kleiner bis mittlerer Stückzahl zu produzieren,
Gussformen und -kerne in der Gießereiindustrie,
vollfarbige Konzeptmodelle,
architektonische oder künstlerische Keramikelemente,
schnelle Werkzeuge oder Vorrichtungen.

Die Möglichkeit, den Druck vom Sintern zu trennen, eröffnet die Möglichkeit einer Nachbearbeitung auf Chargenebene, die in Produktionsabläufen im Vergleich zu Schichtfusionssystemen effizienter sein kann.

Metallbinder-Jetting vs. DMLS/SLM

Binder Jetting und DMLS/SLM zielen beide auf die Herstellung von Metallteilen ab, aber sie verfolgen sehr unterschiedliche Wege. DMLS und SLM schmelzen Pulver mit Hilfe eines Lasers vollständig auf. Das Ergebnis sind Teile, die fast identisch mit geschmiedeten Komponenten sind – dicht und sehr stabil – aber auch teuer und langsam.

Beim Metal Binder Jetting wird der Laser übersprungen und stattdessen werden die Teile nach dem Druck gesintert. Dies führt in der Regel zu einer geringeren Dichte, ermöglicht aber einen viel schnelleren Durchsatz und niedrigere Kosten. Damit ist es ideal für Anwendungen mit hohen Stückzahlen, bei denen ein gewisser Kompromiss bei den mechanischen Eigenschaften akzeptabel ist.

Zusammenfassung

Binder Jetting ist eine einzigartige und vielseitige 3D-Drucktechnologie, die sich durch Schnelligkeit, Skalierbarkeit und Kosteneffizienz auszeichnet, insbesondere bei Metallen und Keramiken. Auch wenn es mit Herausforderungen bei der Nachbearbeitung verbunden ist, macht es seine Fähigkeit, funktionale Teile in Serien zu produzieren – ohne die Notwendigkeit von Hochenergielasern oder komplexem Entfernen von Trägern – zu einer attraktiven Option für produktionsorientierte Branchen. Von vollfarbigen Prototypen über gießbare Sandformen bis hin zu Metallvorrichtungen – Binder Jetting spielt eine strategische Rolle in der breiteren Landschaft der additiven Fertigung.

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