FDM UND POLYJET 3D-DRUCK WÄHLEN SIE DIE RICHTIGE TECHNOLOGIE FÜR IHRE ANWENDUNG

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1 FDM UND POLYJET 3D-DRUCK WÄHLEN SIE DIE RICHTIGE TECHNOLOGIE FÜR IHRE ANWENDUNG Von Fred Fischer Bereich der additiven Fertigung bzw. des 3D-Drucks. Ihre Bandbreite - von kostengünstigen Desktop 3D-Druckern bis hin zu großen, investitionsintensiven Industrieanlagen - ermöglicht die Herstellung von präzisen, detailgetreuen Modellen sowie robusten, langlebigen Endprodukten. Auch wenn sich die Anwendungsbereiche und Vorzüge in einigen Punkten überschneiden, unterscheiden sich diese beiden Technologieplattformen grundlegend und zeichnen sich durch jeweils einzigartige Vorteile aus. Bei der Auswahl der richtigen Technologie für Ihren Anwendungsbereich sowie Ihre Anforderungen und Bedingungen ist es wichtig diese Unterschiede zu kennen. Whitepaper

2 DIE TECHNOLOGIEN FDM (Fused Deposition Modeling): Thermoplaste werden im Druckkopf erhitzt und treten unter hohem Druck in Form eines feinen, halbflüssigen Kunststoffstrangs aus. Mit diesem Extrusionsverfahren wird im temperierten Bauraum ein durchgehender Kunststoffstrang Schicht für Schicht aufgeschmolzen. So werden Bauteile aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt. PolyJet 3D-Druck: Ein linear geführtes Blocksystem mit mindestens zwei InkJetbasierten Druckköpfen und UV-Lampen durchläuft den Arbeitsbereich und bringt winzige Tropfen aus Photopolymeren auf, die unter UV-Licht aushärten. Dieser Vorgang wird Schicht für Schicht wiederholt, bis ein vollständiges 3D-Modell aufgebaut ist. Mithilfe dieser bewährten Technologien lassen sich Prototypen und Endprodukte für die unterschiedlichsten Branchen herstellen - von Schmuck und Architektur bis hin zur Luftfahrt und Unterhaltungselektronik. 3D-Drucksysteme mit diesen Technologien sind in einer Preisspanne von USD bis hin zu über USD erhältlich. FDM-Verfahren Es findet sich also für jeden Kunden und jede Anwendung eine passende Lösung. Viele Unternehmen arbeiten sowohl mit FDM- als auch mit PolyJet- Systemen, um von den Vorzügen beider Verfahren zu profitieren. PolyJet-Verfahren Wenn aus Budgetgründen jedoch nur ein System angeschafft werden kann, sollten Sie den Betrieb, die Bauteileigenschaften und die erhältlichen Materialen berücksichtigen. PolyJet-Bauteil Robustes FDM-Bauteil GEMEINSAMKEITEN UND UNTERSCHIEDE Die drei Kategorien zum Vergleich von der FDM- und PolyJet-Technologie beziehen sich auf drei häufige Entscheidungskriterien. In Bezug auf Anforderungen und Merkmale werden Standortbedingugen, Arbeitsabläufe und Druckdauer betrachtet. Bei den Bauteileigenschaften handelt es sich um die Druckqualität. Die erläuterten Materialoptionen legen die physischen Eigenschaften dar, die sich mit FDM- und PolyJet- Verfahren erzielen lassen. Anforderungen und Merkmale Druckgeschwindigkeit Die Druckgeschwindigkeit hat für viele Anwender höchste Priorität, obwohl sie als Indikator für die Leistung kaum geeignet ist. zu viele Faktoren spielen eine Rolle, um eine allgemeine Aussage zur Geschwindigkeit von additiven Verfahren, zu den auch FDM und PolyJet gehören, zu treffen. In einigen Fällen ist PolyJet schneller, in anderen nicht. Wie im Stratasys-Whitepaper The Speed Myth Perceptions vs. Reality beschrieben, darf die reine Druckdauer nie im Vordergrund stehen. Eine Bewertung sollte anhand der gesamten Bearbeitungszeit erfolgen. Auch ein System mit längerer Druckdauer kann im Gesamtprozess schneller sein. 2

3 Wenn Sie die Zeitspanne zwischen der Datenaufbereitung bis hin zum fertigen Modell betrachten, werden Sie feststellen, dass FDM und PolyJet im Durchschnitt ähnliche (und sehr wettbewerbsfähige) Gesamtzeiten aufweisen. Druckvorbereitung Nachbearbeitung Beim Entfernen des Stützmaterials und dem Reinigen der Bauteile gibt es keine Gemeinsamkeiten zwischen FDM und PolyJet. Bei PolyJet lässt sich das gelartige Stützmaterial mit einem Wasserstrahlgerät rasch manuell entfernen. Bei FDM wird lösliches Stützmaterial mit einem vollautomatischen, jedoch längeren Vorgang, in einem Behälter entfernt, oder festes Stützmaterial mit einfachen Werkzeugen abgebrochen. FDM Automatisches Entfernen des Stützmaterials Objet Studio ist benutzerfreundlich Beide Technologien bieten eine sehr einfache Datenverarbeitung: Mit nur wenigen Mausklicks lassen sich innerhalb von fünf Minuten druckfertige Dateien erstellen. Ein Unterschied: FDM 3D-Produktionssysteme verfügen über eine differenzierte Steuerung, mit der sich der Druckvorgang an die jeweiligen Anforderungen anpassen lässt. Sämtliche Parameter können konfiguriert werden. Mit beiden Verfahren kann der Druckauftrag innerhalb von 10 Minuten nach einem Daten-Upload begonnen werden. Beachten Sie bei der Auswahl der geeigneten Technologie die Anforderungen Ihres Unternehmens. Nehmen wir an, Sie haben nur wenige Mitarbeiter. In diesem Fall ist die vollautomatische Lösung die Beste. Oder kommt es auf schnelle Durchlaufzeiten an? Büroumgebung PolyJet: Entfernen des Stützmaterials Anders als bei vielen anderen additiven Verfahren sind für die beiden Technologien von Stratasys keine geschlossenen Labore und kein Atemschutz gemäß OSHA erforderlich. Weder kann Staub in die Luft gelangen, noch sind die Systeme feuchtigkeits- oder temperaturempfindlich. Außerdem erfordern beide Systemtypen nur minimale Anschlussarbeiten. Stratasys Systeme benötigen lediglich Strom und Wasserleitungen (zum Entfernen von Stützmaterial). Solange Sie genügend Platz haben, sind FDM und PolyJet- Systeme bürotauglich. Die einzigen Ausnahmen sind die größten Systeme, Fortus 900mc und Objet1000, die eine größere Fläche in Anspruch nehmen. Benutzerfreundliche Bedienung Mit der Insight-Software für FDM 3D-Drucker lassen sich sämtliche Druckparameter einstellen, wie z. B. die Dichte. Neben der einfachen Datenverarbeitung gibt es mehrere Faktoren, die zur Benutzerfreundlichkeit der FDM- und PolyJet- Systeme beitragen. 3

4 Materialwechsel: Entfernen Sie einfach eine Materialkartusche, und setzen Sie eine Neue in den 3D-Drucker ein. Druckauftrag einrichten: Setzen Sie eine Bauplattform ein (nur FDM), bringen Sie das System auf Betriebstemperatur, und klicken Sie auf Start. Das ist schon alles. Nach dem Druck: Öffnen Sie die Klappe/Haube, und entnehmen Sie die Bauteile bereits wenige Sekunden nach der Fertigstellung des Druckauftrags. Bauteileigenschaften Oberflächenbeschaffenheit Mit PolyJet erhalten Sie eine praktisch lackierfähige Oberfläche direkt aus dem 3D-Drucker. Mit etwas Nassschleifen und Polieren haben Sie eine glatte, glänzende Oberfläche, die sofort weiterverarbeitet werden kann. Beispielsweise ist eine galvanische Beschichtung ohne die kleinsten Unebenheiten in der Oberfläche möglich. Dies gilt nicht für FDM. Im Extrusionsverfahren können an den Seiten Schichtlinien und an der Ober- und Unterseite sogenannte Werkzeugpfade sichtbar werden. Diese lassen sich zwar entfernen, jedoch ist hierfür eine zusätzliche Nachbearbeitung erforderlich entweder in einer automatischen Nachbearbeitungsstation oder manuell. Genauigkeit Hinsichtlich der Formgenauigkeit zeigen die veröffentlichten Werte, dass vergleichbare FDM- und PolyJet-Systeme bei Bauteilen direkt nach dem Druck ähnliche Ergebnisse erzielen. FDM-Materialien sind jedoch langlebiger und belastbarer, ein entscheidender Faktor bei Endprodukten. Größe Hinweis: Zur Vereinfachung wurden die folgenden Angaben gerundet. Die genauen technischen Daten finden Sie in den Produktdatenblättern. PolyJet- und FDM-Systeme bieten Bauvolumen zwischen 127 x 127 x127 mm und 1000 x 800x 500 mm und weisen ähnliche Möglichkeiten für mittelgroße und große Modelle auf. Der einzige Unterschied findet sich bei kleineren 3D-Druckern. Der kleinste FDM Drucker hat einen Bauraum von 127 x 127 x127 mm und passt auf einen Schreibtisch. Der kleinste PolyJet 3D-Drucker hat einen Bauplattform von 240 x 200 x 150 mm und sollte idealerweise in der Nähe des Arbeitsplatzes aufgestellt werden. Hinsichtlich der Maximalgröße der Bauteile ist die Ausrichtung beim Druck zu berücksichtigen. Beispielsweise haben die beiden größten Systeme (FDM 900mc und Objet1000) Bauräume ähnlicher Größe. Die maximale Bauteilhöhe der Fortus 900mc liegt jedoch bei 914 mm. In der Objet1000 liegt die Maximalhöhe bei 500 mm. Für die Breite gilt das Gegenteil: Die Fortus 900mc bietet 610 mm und die Objet mm. Auflösung und Detailgenauigkeit Kennzeichnend für das PolyJet-Verfahren sind die hohe Auflösung und der hoher Detailgrad. Beim Drucken mit einer Auflösung von 600 x 600 dpi in Schichten zwischen 16 und 32 Mikron ermöglicht ein PolyJet 3D-Drucker winzige, präzise Details und sehr feine Texturen. Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Detailgenauigkeit liegt, ist PolyJet die beste Lösung. 4

5 Materialien Für viele Anwender besteht der Hauptunterschied zwischen FDM und PolyJet in den Materialien. Insgesamt gibt es mehr als 130 Materialoptionen, von echten Thermoplasten bis hin zu thermoplast-ähnlichem Kunststoff, von fest bis flexibel, von blickdicht bis transparent. PolyJet ermöglicht die originalgetreue Wiedergabe für zahlreiche Anforderungen. Dank der einzigartigen Fähigkeit, Digital Materials dynamisch herzustellen (zwei Materialien werden im Druckkopf gemischt), sind über 120 Materialkombinationen und eine Vielzahl an Farbtönen, Transparenz- und igkeitsstufen sowie Elastizitätssgraden möglich. Beispielsweise lassen sich flexible, gummiartige Bauteile mit Shore A-Härtegraden zwischen 27 und 95 drucken. Ein weiterer Faktor der für originalgetreue Produkte eine wesentliche Rolle spielt, ist der Multimaterial-Druck. Da in einem Bauteil bis zu 14 Materialien verarbeitet werden können, lassen sich Anwendungen wie flexibles Overmolding fester Strukturen in einem einzigen Druckvorgang durchführen. Wenn Sie eine große Materialvielfalt wünschen, ist PolyJet die beste Wahl. Die PolyJet-Technologie ermöglicht gummiartige und transparente Materialien Robuste thermoplastische FDM-Bauteile Sowohl FDM als auch PolyJet bieten biokompatible Materialien mit Kunststoffen gemäß USP Class VI bis ISO Diese können für Hörgeräte, in der Zahnmedizin, für chirurgische Schablonen und Haltevorrichtungen sowie für die Lebensmittelund Arzneimittelverpackung verwendet werden. Die additive Fertigung eignet sich für Konzept-, Design- und Fertigungskomponenten in der Produktentwicklung aller Branchen von medizinischen Geräten bis hin zu Industriegütern. Anwendungen haben stets sowohl übereinstimmende als auch einzigartige, individuelle Anforderungen. Diese anwendungsspezifischen Anforderungen entscheiden letztlich darüber, welche Technologie am besten für welchen Auftrag geeignet ist, FDM oder PolyJet 3D-Druck. Dank der Kombination aus FDM und PolyJet bietet Stratasys eine geeignete Lösung für ein großes Spektrum von Biokompatibles PolyJet- Material Industrieanwendungen. Für Anwender, die sowohl von FDM als auch von PolyJet profitieren können, wäre nach dem Beispiel anderer Unternehmen, der Einsatz beider Technologien die beste Lösung. Wenn Sie für Ihre Anwendungen jedoch funktionale und langlebige thermoplastische Kunststoffe benötigen, sollten Sie sich für FDM entscheiden. Die zehn verfügbaren Materialien reichen von gängigen Kunststoffen wie ABS bis hin zum leistungsstarken Ultem. Verfügbare Materialeigenschaften: antistatisch, FST-Prädikat, Beständigkeit gegenüber Chemikalien und Hitze. Mit FDM lassen sich auch lösliche Muster für anspruchsvolle Produktionsaufträge erstellen. 5

6 FDM und Polyjet che mis e h e, c sch i n cha me e r sse Be ften cha s n ige ee h c s rmi the d un ULTEM ENGINEERING PC PC-ISO PC-ABS ABS-M30i ABS-ESD7 SR-100 SR-30 Löslich HOCHLEISTUNG PPSF Be sse re m ech ani sch e, c hem isc he und the rmi sch ee ige nsc haf ten STANDARD ABS-M30 Digital ABS RGD525 ABSplus Durus ABSi Vero Hearing Aid VeroDent Tango Geeignet für medizinische Anwendungen; Biokompatibel und statisch ableitend Blickdicht Blickdicht Gummiartig MED610 Geeignet für medizinische Transparent Anwendungen; Biokompatibel Leistung Präzision FDM-Technologie PolyJet-Technologie FDM TECHNOLOGY Real thermoplastics POLYJET TECHNOLOGY Simulated plastics & elastomers Strong, stable & durable parts Thermoplastische Kunststoffe Smooth surface finish fine details Glatte Oberflächen und&feine Details Final product mechanical properties Final product look & feel Low total cost of ownership Multi-Material printing Robuste, stabile und langlebige Bauteile Mechanische Eigenschaften des Endprodukts VeroClear FullCure720 Optik und Haptik des Endprodukts Multimaterial-Druck Stratasys FDM- und PolyJet-Produktlinien bieten eine Auswahl an 130 Materialien. 6

7 PolyJet 3D-Druck FDM (Fused Deposition Modeling) Anforderungen und Merkmale Druckdauer Druckvorbereitung Nachbearbeitung Büroumgebung Benutzerfreundliche Bedienung Eigenschaften Detailgenauigkeit Genauigkeit Größe Materialien Elastisch Robust Transparent Leistungsstark Biokompatibel alphacam GmbH Erlenwiesen 16 D Schorndorf Tel. +49 (0) alphacam swiss GmbH Bahnhofstr. 5 CH-9443 Widnau Tel. +41 (0) info@alphacam.ch alphacam austria GmbH Handelskai 92, Gate1 / 2. OG / Top A A-1200 Wien Tel. +43 (0) info@alphacam.at Stratasys Inc. Alle Rechte vorbehalten. Stratasys, Fortus, Dimension, uprint und FDM sind eingetragene Marken und Fused Deposition Modeling und FDM Technology sind Marken der Stratasys Inc. in den USA und anderen Ländern. Alle anderen Marken sind das Eigentum der jeweiligen Inhaber. Technische Daten der Produkte können ohne Ankündigung geändert werden. Gedruckt in den USA. SSYS-WP-SSYS-InkjetComparison-07-13