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Der Druckkopfhersteller hat sich spätestens seit der Eröffnung des neuen 3D-Druckzentrum in Nottingham letztes Jahr ideal positioniert, um auch im additiven Herstellungsprozess erfolgreich zu sein. Von Sabine Slaughter
Druck, und hier ist 3D-Druck gemeint, der allgemein in der industriellen Produktion als additiver Fertigungsprozess bezeichnet wird, wird immer mehr zu einem Herstellungsprozess für einzelne Teile, aber auch für das gesamte Produkt. Die Vorteile liegen hier klar auf der Hand: Die digitale Technologie ermöglicht es die Kosten auf ein Minimum zu reduzieren, da sowohl nur die Materialien eingesetzt werden, die benötigt werden, als auch die Makulatur dementsprechend entfällt. Die Tintenstrahltechnologie eignet sich hervorragend dazu diese Ziele zu erreichen. Verschiedene Technologien werden zur additiven Fertigung eingesetzt. Xaar engagiert sich mit seinen Produkten sowohl auf den Hochgeschwindigkeits-Sinter-Prozess, wie auch im traditionellen Advanced Manufacturing.
Advanced Manufacturing
Letztere zeichnet sich dadurch aus, dass kleine, gleichmäßige Tropfen auf unterschiedliche Bedruckstoffe gespritzt werden können. Sie können natürlich auch übereinander platziert werden und somit Produkte erzeugen, die in der Höhe variieren und verschiedene Formen haben. Im Bereich der Nanoimprint-Lithografie beispielsweise werden funktionale Tinten aufgetragen. Genaue Steuerung der Druckköpfe sorgt dafür, dass diese ihre Tintentröpfche auch genau dort „ablegen“, wo sie platziert werden sollen.
Der Xaar 1003 AMx Druckkopf, unter anderem für diese Anwendungen konzipiert, sorgt für eine präzise Flüssigkeitsregelung. Die Wiederholbarkeit des Flüssigkeitsauftrags sowie die exakte Platzierung der Tropfen ist entscheidend für industrielle Anwendungen, insbesondere bei hoher Produktionsleistung. Minimaler Bedienereingriff und maximale Produktionsverfügbarkeit sind weitere Kennzeichen dieses Druckkopfs der mit vielen korrosiven und reaktiven Flüssigkeiten verwendet werden kann. Tropfengrößen zwischen ein bis 42 pl lassen sich ohne Schwierigkeiten spritzen, wobei beispielsweise 6 pl Tropfen sich für Beschichtungen, Details und Muster eignen. So lassen sich mit dem Xaar 1002 AMx-Druckkopf unter anderem Displays, Leiterkarten, Halbleiter oder auch Fotovoltaik-Module drucken.
Mit dem Xaar 1003 AMp hat das Unternehmen einen weiteren Druckkopf für diesen Bereich im Programm, der wiederholt Flüssigkeitsvolumen bei Tropfengrößen von 1-3 pl mit höchster Genauigkeit produzieren kann. Der piezoelektronische Drop-on-Demand-Druckkopf zeichnet sich durch sehr genaue Tropfenplatzierung, konstantes Tropfenvolumen und Spritzen bei hoher Frequenz aus, wobei variable Tropfengrößen aufgebracht werden können.
Hochgeschwindigkeits-Sintern (HSS)
Diese transformative 3D-Druck-Tintenstrahltechnologie von Xaar beinhaltet das Aufbringen einer dünnen Schicht Puders aus Polymeren. Anschließend platzieren Tintenstrahldruckköpfe eine Infrarot-absorbierende Flüssigkeit, mit dem benötigen Querschnittsmuster, direkt auf die Oberfläche des Puders, wo das sintern gewünscht wird. Danach wird die gesamte Fläche mit einer Ifrarot-Lampe ausgestrahlt, wobei die gedruckte Flüssigkeit die Energie absorbiert und dann das darunter befindliche Puder schmelzt und sintert (konsolidiert). Dieses wird Schicht für Schicht wiederholt, um das gewünschte Produkt zu erhalten. Im Gegensatz zu laser-basiertem Sintern ist diese Verfahrensweise bis zu zehn Mal schneller. Tintenstrahldruckköpfe, insbesondere, wenn sie in Gruppen angeordnet sind, können entgegen den punktbasierten 3D-Drucktechnologien, diese einzelnen Schichten in einem Single Pass-Durchgang je Schicht bearbeiten.
Bei der von Xaar entwickelten HSS-Technologie werden nur ungefähr fünf Prozent des herzustellenden Produkts durch den Druckkopf geleitet (die IR-absorbierende Flüssigkeit), während die restlichen 95 % aus dem Puder bestehen, welches gesintert wird. Von daher wird die Geschwindigkeit davon bestimmt, wie schnell das Puder aufgetragen werden kann.
Die HSS-Technologie eignet sich insbesondere für dehnbare Teile und Teile mit mechanischer Funktionalität. Standardmäßig wird PA12 als Material verwendet, wobei der HSS-Prozess eine dimensionale Toleranz von ± 200 Mikron erreichen kann und Auflösungen von weniger als 0.5 mm möglich sind. Es lassen sich verschieden farbige Flüssigkeiten auftragen, welches zu einem in situ HSS-Fertigungsprozess führt.
Da die Druckköpfe von Xaar auch hohe Temperaturen aushalten, lassen sich neben thermoplastischen Materialien, auch Polyurethane und andere Elastomere drucken. Das Unternehmen gibt an, im Vergleich mit Injection Moulding-Technologie, lassen sich Teile zwischen ein bis einer Million Einheiten kostengünstiger mit der HSS-Technologie produzieren.
Kooperationen erweitern die Anwendungsvielfalt
Letztes Jahr hat Xaar bekannt gegeben, dass es mit BASF an der Weiterentwicklung der Photopolymer-Jetting-Prozesse (PPJ) arbeiten will. Dieses Verfahren, auch Materialdeposition genannt, beinhaltet das Spritzen von Photopolymeren auf eine Bauplattform und Aushärtung mittels einer UV-Lampe. Auch hier wird schichtweise wiederholt, wobei Teile- und Stütz-Photopolymere verwendet werden. Xaar benutzt hierfür die industriellen Druckköpfe mit TF-Technologie-Tintenumlauf und der High-Laydown-Technologie in Kombination mit von BASF entwickelten Photopolymeren.
Der Xaar 2001+ kann so eine Auftragsrate von 20 l/Std bei 720 dpi erreichen. Flüssigkeiten mit hoher Viskosität und Partikeldichte lassen sich dank des energiesparenden Chevron-Piezoaktuators von Xaar und der TF-Technologie ebenso spritzen.
Neben additivem Druck kann der Xaar 2001+ auch in normalen Druckmaschinen eingesetzt werden. So wird er in der Version Xaar 2001+ U in der neuen Océ Labelstream 4000 für den Druck von Etiketten eingesetzt.
