Der 3D-Drucker VX1000 HSS setzt Maßstäbe in Sachen Geschwindigkeit, Wiederholgenauigkeit und Flexibilität.

Die 2020 erstmals vorgestellte VX1000 HSS-Plattform von voxeljet setzte neue Maßstäbe in der Polymer-AM und ermöglichte eine kontinuierliche, hochpräzise Produktion in großem Maßstab. Auch fünf Jahre später steht die Maschine noch immer an der Spitze der pulverbasierten Sintertechnologien, was ehrlich gesagt keine Überraschung ist.

Die VX1000 HSS basiert auf dem High Speed Sintering (HSS)-Verfahren von voxeljet, einer Inkjet-Pulverbettdrucktechnologie, bei der eine energieabsorbierende Tinte selektiv auf Schichten aus Polymerpulver aufgetragen und diese Schichten dann mit Infrarotstrahlung verschmolzen werden. Diese Technik hat gegenüber dem herkömmlichen selektiven Lasersintern (SLS) mehrere Vorteile, darunter deutlich schnellere Druckgeschwindigkeiten, da sie keinen Laser zum selektiven Sintern verwendet, sondern nach der Arbeit der Tintenstrahldruckköpfe die gesamte Pulverschicht auf einmal bestrahlt.

Geschwindigkeit und Umfang

Der VX1000 HSS bietet die HSS-Technologie von voxeljet im Großformat mit einem Bauraum von 1000 x 540 x 200 mm. Diese Größe, eine der größten ihrer Art auf dem Markt, ermöglicht es Anwendern, entweder große Mengen kleiner Polymerkomponenten herzustellen oder große Einzelteile zu fertigen. Da HSS einen Tintenstrahl-Druckkopf verwendet, hat die Packungsdichte keinen Einfluss auf die Druckzeiten pro Schicht – ein wichtiger Engpass für die Skalierbarkeit von SLS-Plattformen. Im Allgemeinen kann der 3D-Drucker Druckraten von bis zu 6.500 cm³/h erreichen.

Der Tintenstrahldruckkopf des Systems ist für diese Funktion von zentraler Bedeutung. Der Druckkopf des VX1000 HSS besteht aus einem bidirektionalen Druckkopf mit rund 8.000 Düsen auf einer Länge von einem Meter und kann Tinte schnell, gleichmäßig und mit hoher Wiederholgenauigkeit über die gesamte Breite des Bauraums auftragen. Der Druckkopf integriert piezoelektrische Module, die in einer kammartigen Struktur angeordnet sind. Diese Konfiguration ermöglicht es ihm, sich seitlich um einige Zentimeter zu verschieben, um den gesamten Bauraum im Rücklauf zu abdecken, was die Effizienz weiter steigert.

Wiederholbarkeit 

Neben Geschwindigkeit und großem Format ist die Wiederholgenauigkeit ein wichtiges Verkaufsargument des VX1000 HSS. voxeljet erklärt, dass das intelligente, selbstregulierende Temperaturmanagementsystem des Druckers eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung der Konsistenz spielt. „Das System ist so konzipiert, dass es eine gleichmäßige Wärmeverteilung im gesamten Bauraum gewährleistet“, erklärt das Unternehmen. „Es umfasst fünf unabhängige Heizzonen, darunter 54 Überkopfmodule in der Decke, beheizte Seitenwände und Boden innerhalb der Jobbox, Temperaturregelung im Recoater und eine gekühlte Sinterlampe, die Energie mit einer bestimmten Wellenlänge abgibt, um eine präzise Wärmezufuhr in die mit Tinte bedruckten Bereiche zu gewährleisten.“

Eine Reihe von Sensoren und Pyrometern, die in den 3D-Drucker eingebettet sind, überwachen die Temperatur genau und sammeln Daten, die für die zukünftige Prozessoptimierung analysiert werden können. Alle Daten werden in einer SQL-basierten Datenbank gespeichert, die den Benutzern eine vollständige Rückverfolgbarkeit der Druckaufträge ermöglicht.

Zusammenfassend sorgt dieses System für eine gleichmäßige Wärmeverteilung in der gesamten Baukammer und eine gleichmäßige Erwärmung der Teile, unabhängig davon, ob Benutzer eine Reihe kleiner Komponenten oder ein großes Teil drucken. Dieses Temperaturmanagementsystem hat auch andere Vorteile, wie z. B. die Maximierung der Pulverwiederverwendung durch die präzise gezielte Energie der Sinterlampe.

Wirtschaftliche Effizienz

voxeljet betont, dass Wirtschaftlichkeit ebenfalls ein zentrales Ziel bei der Entwicklung der 3D-Drucker-Hardware war. Zu diesem Zweck sorgt ein kontaktloses automatisches Reinigungssystem dafür, dass die Leistung und Lebensdauer des Druckkopfs maximiert werden, während die Infrarotlampe, die zum Bestrahlen der Pulverschichten verwendet wird, mit einem Wasserkühlsystem ausgestattet ist, das den Wartungsaufwand und die damit verbundenen Kosten minimiert. Das Unternehmen erklärt: „Die Kombination aus großem Bauvolumen, konstanten Schichtzeiten und reduziertem Wartungsaufwand wirkt sich direkt positiv auf die Stückkosten und die Systemverfügbarkeit aus.“

Der VX1000 HSS verfügt außerdem über ein integriertes Pulverrecyclingsystem, das das gesamte ungesinterte lose Pulver im Bauraum zurückgewinnt und eine nahezu vollständige Wiederverwendung des Materials ermöglicht. Genauer gesagt unterstützt der 3D-Drucker eine Recyclingquote von bis zu 80/20 (gebraucht zu neu), was den Materialabfall erheblich minimiert und die Materialkosten senkt.

Flexible Prozesssteuerung

In Anbetracht der unterschiedlichen Anforderungen verschiedener Anwender hat voxeljet die Möglichkeit geschaffen, die Druckparameter des Systems anzupassen, darunter Tintenauftrag, Temperaturprofile, Schichtdicke und Pulverrecyclingraten. Die Möglichkeit, die Druckeinstellungen anzupassen, gibt Anwendern ein hohes Maß an Kontrolle über die Eigenschaften der fertigen Teile (z. B. Bruchdehnung, Zugfestigkeit, Oberflächenrauheit). Insbesondere können Anwender diese Eigenschaften innerhalb eines einzelnen Teils steuern und unterschiedliche Eigenschaften in verschiedenen Teilbereichen integrieren, um die Leistung und – auf Effizienzebene – den Tintenverbrauch zu optimieren.

Einstellungsprofile können auch im System gespeichert werden, wodurch es einfach ist, die richtigen Einstellungen für einen bestimmten Druckauftrag zu implementieren und die Wiederholbarkeit sicherzustellen.

„Die Möglichkeit, verschiedene druckmodusabhängige Parameter zu konfigurieren, bietet zusätzliches Optimierungspotenzial“, so voxeljet. „Beispielsweise kann eine Erhöhung des Tintenauftrags die Festigkeit der Teile verbessern, was jedoch die Entformbarkeit beeinträchtigen kann – und umgekehrt. Diese einstellbaren Parameter erhöhen nicht nur die Flexibilität des Systems, sondern ermöglichen auch eine gezielte Prozessoptimierung, die auf spezifische Anwendungen zugeschnitten ist.“

Zu diesem Zweck bietet das voxeljet HSS-Netzwerk den Anwendern Zugang zu einem Netzwerk von Forschungs- und Materialpartnern mit dem Ziel, Wissen auszutauschen und die Zusammenarbeit zu fördern, um neue Materialien und Anwendungen zu validieren sowie die Prozesskette zu optimieren. Über dieses Netzwerk wurden bereits über 30 Materialien für den Einsatz auf der HSS-Plattform getestet, darunter PA 12, PP, TPU, PEBA und EVA.

VX1000 HSS, eine überzeugende Lösung

Letztendlich haben die Hardware und Software hinter dem VX1000 HSS ein System geschaffen, das sich ideal für die Serienfertigung eignet. Das System, das viele Probleme im Zusammenhang mit Standard-SLS-Prozessen überwindet, hat neue Maßstäbe in Bezug auf Produktionsgeschwindigkeit, Wiederholbarkeit, Anpassungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit gesetzt und eröffnet damit ein breites Anwendungsspektrum und eine Produktivität rund um die Uhr für die pulverbasierte Kunststoff-AM.