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17.03.2020

Voxeljet entwickelt HSS-Verfahren mit Graustufen

Pulverbasierter 3D-Druck für maßkonfektionierte Schuhe

Das Unternehmen Voxeljet hat ein neues, pulverbasiertes 3D-Druck-Verfahren entwickelt. Der High Speed Sintering-Prozess (HSS) mit Graustufen eröffnet neue Möglichkeiten für individualisierbare Produkte wie z.B. maßkonfektionierte Schuhe, die Fußform, Körpergewicht und Schrittlänge des Trägers berücksichtigen. Dabei bleiben die Produktionsparameter wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll und lassen sich schnell auf verschiedene Materialien einstellen.

Die Materialeigenschaften des erzeugten Formkörpers können gezielt in allen drei Dimensionen beeinflusst werden. © Voxeljet

Beim High Speed Sintering können Materialeigenschaften wie die mechanische Festigkeit, die Elastizität oder die Materialdichte des erzeugten Formkörpers gezielt in allen drei Dimensionen beeinflusst werden. Anders als beim FFF-Verfahren (Fused Filament Fabrication), bei dem Schichten geschmolzener Kunststoff-Filamente als Stränge aufeinander verklebt werden, arbeiten das High Speed Sintering mit dünnen Pulverschichten, die mit Hilfe einer Sintertinte punktuell aushärten.
Je nachdem wie viel Tinte in die Schichten eingetragen wird, können Härte und Stabilitätsgrad und somit auch die Bauteileigenschaften präzise angepasst werden, ohne die Strukturen verdicken zu müssen. Das nicht verdruckte Pulver stützt das Bauteil im Baufeld, somit sind keine Stützhilfen nötig und freie Geometrien möglich.

Wie das High Speed Sintering funktioniert

Schicht für Schicht werden Pulverbereiche selektiv verschmolzen © Covestro

Beim HSS wird eine dünne Schicht aus Kunststoffpulver – beispielweise TPU, EVA oder TPE – auf eine beheizte Bauplattform aufgetragen. Ein Tintenstrahldruckkopf fährt großflächig über die Plattform und benetzt selektiv Bereiche des Baufelds mit einer infrarotlichtabsorbierenden Tinte. Die so bedruckten Bereiche des Kunststoffpulvers absorbieren die Hitze einer Infrarotlampe und versintern mit der vorherigen Schicht. Nach dem Sintervorgang senkt sich die Bauplattform um eine Schichtstärke ab, und die nächste Pulverschicht kann aufgetragen und bedruckt werden. Durch den selektiven Temperatureintrag bleibt das unbedruckte Pulver lose und kann für weitere Druckprozesse wiederverwendet werden.

Was der Grauwert aussagt

Der Grauwert, oder die Graustufe, der im HSS-Prozess abgebildet werden kann, bezeichnet die pro Voxel (3D-Pixel) in das Pulver eingedruckte Menge der infrarotabsorbierenden Tinte. Dabei können, je nach verwendetem Material, innerhalb eines Benetzungsschritts bis zu sechs verschiedene Grauwerte auf der Partikelmaterialoberfläche eingedruckt werden. Da der via Bitmaps angesteuerte Inkjet-Druckkopf die Menge des Infrarotabsorbers steuert, können die Dichte des Absorbers und damit der Grauwert pro Volumen variieren.

Je nach dem wie viel Tinte eingebracht wird, verändern sich Festigkeit und Elastizität der Gitterstruktur. (Hier: Material TPU) © Voxeljet

Je größer der Volumeneintrag ist, desto mehr Wärmeenergie der Infrarotlampe kann das bedruckte Material aufnehmen. Dadurch können in das dreidimensionale Bauteil, z.B. eine Schuhsohle, Schicht für Schicht mechanische Eigenschaften integriert werden. Zusammen mit der Methode des Ditherings – das ist die Simulation von tatsächlich nicht vorhandenen Zwischenstufen über Pixelanordnungen – lassen sich der Absorptionsgrad, die Energieeinkopplung und damit die effektive Temperatur des zu verfestigenden Partikelmaterials feiner justieren, was weiteren Einfluss auf die Materialeigenschaften hat.

Frei anpassbare Parameter über Open Source-Software

Voxeljet setzt auf Open Source-Software für die Steuerung seiner 3D-Drucks-Systeme. Mit der Software ProPrint können Kunden sämtliche Druckparameter für die eigenen Materialanforderungen frei anpassen. Das integrierte Datenanalysetool Vamos erlaubt beispielsweise eine freie Steuerung des Temperatureintrags, mit dem das bedruckte Pulver verschmelzen soll. Auch Schichtstärke, Tinteneintrag und genereller Prozessablauf sind frei einstellbar.

zusätzliche Links
Weiterführende Information
  • Erschienen am 13.12.2017

    Kombination aus 3D-Druck und Feinguss

    Entwicklung von Leichtbau-Flugzeugtüren

    Voxeljet ermöglicht dem französischen Luftfahrtzulieferer Sogeclair den schnellen und kostengünstigen Feinguss von Prototypen.   mehr

    Voxeljet AG

Unternehmensinformation

Voxeljet AG

Paul-Lenz-Straße 1a
DE 86316 Friedberg
Tel.: 0821 7483-0
Fax: 0821 7483-111

August 2020

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