MJF vs der FDM Technologie: Welche Unterschiede?

Seit ihren Anfängen in den 1980er Jahren hat sich die additive Drucktechnik oder der 3D-Druck zu verschiedenen Technologien entwickelt. Heute vergleichen wir in diesem Artikel die zwei derzeit beliebtesten und vielseitigsten 3D-Druckmethoden: den sehr beliebten FDM-Drahtdruck und die Multi Jet Fusion-Technologie, die 2016 von HP eingeführt wurde und den wichtigsten Durchbruch in der additiven Technologie der letzten Jahre darstellt.

1. 3D-Druck mit FDM-Technologie

1.1. Was ist ein 3d-FDM-Drucker?

Ein FFF- oder FDM-Nadeldrucker (die Akronyme für Fused Filament Fabrication und Fused Deposition Modeling) ist ein 3D-Drucker, der zunehmend in der frühen Konzeptentwicklung und beim Prototyping eingesetzt wird.

Das Material (geschmolzener Kunststoff) wird von einem Drei-Achsen-System in einzelnen Schichten aufgetragen und mehrere Schichten verschmelzen zu einem 3D-Modell.

Die niedrigen Kosten (FDM-Drucker gibt es auf Amazon schon ab knapp über 100 €) und die relativ einfache Bedienung machen diese Technologie zur beliebtesten unter den Herstellern.

Bei der FDM-Technologie wird ein Filament a) aus Kunststoffmaterial durch einen beheizten, beweglichen Kopf geführt, b) der es schmilzt und extrudiert, indem er es Schicht für Schicht in der gewünschten Form aufträgt. c) Eine bewegliche Plattform (e) fährt nach dem Aufbringen der einzelnen Schichten nach unten. Bei dieser Art von 3D-Drucktechnologie sind zusätzliche vertikale Stützstrukturen erforderlich, d) um hervorstehende Teile zu stützen. Source: Wikipedia by Paolo Cignoni

1.2. Wie ein 3D-Drucker funktioniert?

Die 3D-Datei des zu druckenden Modells wird von einer Slicing-Software verarbeitet (die am häufigsten verwendeten und einfach zu bedienenden sind Cura, Simplify3D e PrusaSlicer)die es in Schichten der gewünschten Dicke schneidet und eine G-Code-Datei erzeugt: Diese beschreibt dem Drucker die Bewegungen der Achsen, die für die Herstellung des Teils selbst erforderlich sind.

Also schmilzt der FDM-Drucker das feste Kunststofffilament und extrudiert es Schicht für Schicht aus einer Düse, wodurch das 3D-Objekt auf der Baufläche entsteht.

Die Schichten sind im Allgemeinen zwischen 0,1 mm und 0,5 mm dick, können aber auch außerhalb dieser Werte liegen, je nach Verwendungszweck des zu erstellenden Objekts. 

Druckverfahren: 1 - Druck-Extruder, 2 - Hinterlegte Material , 3 - Bauplan.
Source: Wikipedia by Paolo Cignoni

1.3.Welche sind die meist verwendete Materialien für die FDM-Drucker? 

Die zwei am häufigsten verwendeten Materialien beim FDM-Druck sind ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) und PLA (Polymilchsäure). Beide sind Beide sind preiswert und in einer Vielzahl von Farben verfügbar.

• PLA: es bietet eine der besten Oberflächenqualitäten im FDM-Druck; es ist eines der am einfachsten zu bedruckenden Materialien und auch biologisch, aber es ist nicht beständig gegen Stöße und Temperaturen über 60°.
• ABS: es bietet gute Festigkeits- und Wärmeeigenschaften, aber es muss gut belüftet werden, weil es beim Drucken starke Gerüche abgibt. Es erfordert eine beheizte Bauplattform, um Verformungen zu vermeiden.

Der FDM-Druck bietet eine große Auswahl an Materialien. Source filament to print

FAKT: Professionelle FDM-Drucker mit Preisen ab 25.000 €, beheizten Kammern, Düsen, die bei über 500° drucken, und angemessenen mechanischen Eigenschaften können leistungsstarke technische Funktionsteile herstellen. Die bekanntesten sind Peek, Carbon Peek, Ultem und andere Materialien, die für den Einsatz in der Industrie und als Metallersatz geeignet sind.

1.4. Wofür werden FDM-Drucker typischerweise eingesetzt?

Im Allgemeinen verwenden Designer und Ingenieure FDM-Drucker in den frühen Stadien der Konzepterkundung und des embryonalen Prototyping.

• Anfängliche Erforschung des Konzepts: Der FDM-Druck ermöglicht es den Anwendern, auf einfache Weise mehrere Konzepte zu drucken, um die Form und die Passform des tatsächlichen Teils zu prüfen, bevor detaillierte Merkmale verfolgt werden.
• Embryonale Prototyping-Phase: Der FDM-Druck ist ein guter Kompromiss für Tests oder für Prototypen, die echten Produktionsteilen ähneln. Im Allgemeinen werden dünne Schichten von 0,1/0,2 mm verwendet. Diese Option ist ideal, um ein Feedback zu Empfindung und Leistung zu sammeln.
• Massenproduktion: Obwohl im Internet Bilder von Druckereien mit Dutzenden oder gar Hunderten von FDM-Druckern zu sehen sind, scheint dies eine Nischenlösung zu sein, weil die geringe mechanische Vielseitigkeit der entry Materialien, die Langsamkeit der Produktion (durchschnittlich 10 cm3/h pro Maschine im Vergleich zu etwa 300 cm3/h bei der MJF-Technologie), die Notwendigkeit von Stützen und die Tatsache, dass die Teile nicht voll sind, die Anwendungsmöglichkeiten einschränken.

Fakt: es gibt Druckbetriebe mit über 500 FDM-Druckern!

Printing farm FDM: Das Bild zeigt die Druckfirma von Prusa mit über 300 FDM-Druckern

1.5. Was sind die Vor- und Nachteile von FDM-Druckern?

• Vorteile: Der wichtigste Vorteil von FDM-Druckern ist, dass die Anschaffungs- und Betriebskosten niedrig sind. Da sie sich auf dem Verbrauchermarkt großer Beliebtheit erfreuen, gibt es FDM-Drucker im unteren Preissegment bereits ab 100 €. FDM-Drucker sind einfach zu benutzen und bieten kurze Durchlaufzeiten vom Konzept bis zum Prototyp.
• Nachteile: FDM-Drucker bieten nicht die hohe Qualität, die Maßhaltigkeit und den zuverlässigen Betrieb wie andere 3D-Drucker. Die Zuverlässigkeit kann ein Problem sein, da häufig Teile ausgetauscht werden und Düsen verstopfen. Schließlich ist FDM nicht die beste Wahl für den Druck von Teilen, die "nahezu perfekt" sein müssen.

2. 3D-Druck mit MJF-Technologie

2.1. Was ein 3D-MJF-Drucker ist und wie das funktioniert?

Multi Jet Fusion ist ein additives Fertigungsverfahren, das von Hewlett-Packard (HP) erfunden und entwickelt und 2016 auf den Markt gebracht wurde. 
Die fertigen Teile haben eine hochwertige Oberflächenbeschaffenheit, eine ausgezeichnete Auflösung und gleichmäßigere mechanische Eigenschaften als Verfahren wie selektives Lasersintern oder FDM.

Bei der Multi Jet Fusion wird eine Tintenstrahl-Düse verwendet, um selektiv Schmelzmittel und Details auf ein Bett aus Nylonpulver oder einem anderen Material aufzutragen, die dann durch Heizelemente zu einer festen Schicht verschmolzen werden. Nach jeder Schicht wird das Pulver auf das Bett gestreut und der Vorgang wird wiederholt, bis das Teil fertig ist. 

Am Ende des Druckvorgangs wird der Build Box aus dem Drucker entfernt. Ein Operator entnimmt die Teile vorsichtig aus dem Baukasten und entfernt das Restpulver mit verschiedenen Kugelstrahlanlagen.

Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie hier: Was ist 3D-Druck?

Multi Jet Fusion-Prozessdiagramm (MJF):(a) Schritte 1-5 des Gießprozesses; (b) 3D-Konstruktionseinheit; (c) Bearbeitungsstation. Source: research gate

2.2. Welche Materialien können mit MJF-Druckern verwendet werden?

MJF-Drucker bieten eine begrenzte Auswahl an Materialien, sind aber mechanisch gesehen sehr vielseitig. Derzeit sind fünf Materialien verfügbar. Diese Materialien sind PA11, PA12, PA12GB, TPU und Polypropylen. Für eine detaillierte Analyse, lesen Sie bitte: HP Multi Jet Fusion(MJF): Druckmaterialien und Eingenschaften

2.3. Wofür sind MJF-Drucker gedacht?

Diese Technologie ist in der Lage, 100% solide, funktionelle Teile mit komplizierten und detaillierten Designs zu niedrigen Kosten und ohne jegliche Unterstützung herzustellen und bietet eine breite Auswahl an Lösungen. Hier beschreiben wir die wichtigsten Lösungen:

• Rapid Prototyping: Obwohl Prototypen mit jeder 3D-Drucktechnologie erstellt werden können, ist MJF in der Lage, robuste Prototypen mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften herzustellen, um Funktion und Form zu testen.
• Produktion von Serien: Die Skalierbarkeit dieser Technologie wird zu einem echten Konkurrenten, wenn es darum geht, die Produktion von Kleinserien von anderen Produktionsverfahren, insbesondere dem Spritzguss, abzulösen (sehen Sie den Artikel   Spritzgiessen vs. MJF 3D-Druck-Technologie. Welche ist das Beste?).
  Dies gilt für komplexe Teile: Mit der MJF-Technologie sind keine teuren Formen erforderlich, und außerdem gibt es keine Designbeschränkungen, die normalerweise mit spritzgegossenen Teilen verbunden sind.

Einer von 12 HP Multi Jet Fusion Druckern, die von Weerg installiert wurden. Sofortiges Angebot anfordern.

Schlussfolgerung

Eine Frage, die man sich bei der Suche nach der besten Technologie stellen sollte, ist: die beste für was?

Die Einführung der MJF-Technologie bedeutete eine Entwicklung in Bezug auf die Einfachheit der Herstellung, die Qualität der funktionellen Industrieteile und die Fähigkeit, mit dem Spritzgießen zu konkurrieren.

Es ist wichtig zu wissen, dass FDM-Drucker, obwohl sie nur eine begrenzte Anzahl von professionellen Anwendungen haben, visuell akzeptable Teile und eine bemerkenswerte Auswahl an Materialien liefern können. Die Investition beginnt bei etwa 150 € im Vergleich zu den 500.000€, die für den Kauf eines MJF erforderlich sind.