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Praxistest: 3D-Kunststoffdrucker im Vergleich

| Autor: Simone Käfer

Ein Auftragsfertiger hat zwei unterschiedliche Verfahren für den 3D-Kunststoffdruck im Direktvergleich getestet. Schneidet Multi Jet oder SLS besser ab? Wen beides nicht überzeugt, der kann auch mit dem AKF-Verfahren einsteigen.

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Für den Direktvergleich der Verfahren Multi Jet gegen SLS druckte Kegelmann Technik Waschbeckensiebe für Verkehrsflugzeuge aus Kunststoff anstatt aus Metall.
Für den Direktvergleich der Verfahren Multi Jet gegen SLS druckte Kegelmann Technik Waschbeckensiebe für Verkehrsflugzeuge aus Kunststoff anstatt aus Metall.
(Bild: Kegelmann Technik)
  • Das Fast-Cooling-System von HP sorgt bei seinem Jet Fusion 3D 4200 für eine kurze Abkühlzeit.
  • Bei der SLS-Maschine S-Pro-140 von 3D Systems beträgt die Größe des Bauraums 550 mm × 550 mm × 460 mm.
  • Der Freeformer von Arburg verarbeitet Granulate aus dem Spritzguss und baut Objekte bis 230 mm × 130 mm × 250 mm.

Der Auftragsfertiger Kegelmann Technik wollte es wissen: Wer schneidet im direkten Vergleich besser ab, der S-Pro-140 von 3D Systems oder der Jet Fusion 3D 4200 von HP? Für den Praxistest wurde ein häufig und gleichzeitig oft unvorhersehbar benötigtes Ersatzteil aus Verkehrsflugzeugen ausgewählt, ein Waschbeckensieb aus Metall. Dieses wird heute entweder aufwendig gereinigt oder aber gleich ersetzt. Klaus Bräutigam, Technology Lead für additive Fertigungsverfahren bei der Lufthansa Technik in Frankfurt am Main, hatte die Idee, die technischen und betriebswirtschaftlichen Potenziale dieses Bauteils mit den Chancen des 3D-Kunststoffdrucks neu zu denken.

Im Direktvergleich von Kegelmann Technik lag der HP-Drucker vorne.
Im Direktvergleich von Kegelmann Technik lag der HP-Drucker vorne.
(Bild: HP)

Multi Jet: Genauer und schneller

Ein Blick auf die wichtigsten Werte zeigt, dass der Bauraum des HP-Druckers mit 380 mm × 284 mm × 380 mm kleiner ist als der Baurum der SLS-Maschine von 3D-Systems mit seinen 550 mm × 550 mm × 460 mm. Die Baugeschwindigkeit sollte laut Prospekt bei der HP-Maschine etwa 50 % höher sein. Bestechend ist der Wert von 1200 dpi für die Genauigkeit in der X/Y-Ebene. In Z-Richtung ist die Genauigkeit nur unwesentlich besser, erklärt Kegelmann. Interessant ist für den Auftragsfertiger das geschlossene Drucksystem mit einem automatisierten Pulver­management, das mit 80 % eine hohe Wiederverwendbarkeit des Pulvers erlaubt und somit weniger Abfall und damit auch Kostenvorteile verspricht. Das Fast-Cooling-System soll laut HP die Abkühldauer nach dem Baujob kurz halten.

Kegelmann Technik druckte 72 Waschbeckensiebe in einer Ebene, je ein Mal mit dem Multi Jet Fusion und mit dem S-Pro-140. Heraus kam, dass die HP-Maschine im direkten Vergleich mit der von 3D Systems etwa nur ein Drittel der Zeit für den Bau und das Abkühlen benötigte. Bei hoher Packungsdichte und einem doch recht filigranen Bauteil wie dem Wasch­becken­sieb zeigt sich also der Geschwindigkeitsvorteil eines zeilenweisen 3D-Drucks gegenüber dem Lasersintern. Auch die beinahe doppelt so hohen Material­kosten, können diesen Vorteil nur bedingt abschwächen, denn der Kostenvergleich pro Bauteil spricht mit fast 40 % für HP.

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Drei Fragen an den Tester

Stephan Kegelmann, Geschäftsführer von Kegelmann Technik, über den Vergleich zwischen HP und 3D Systems und was ihm an dem HP-System gefällt:

Stephan Kegelmann: „Für uns war Multi Jet Fusion ein wertvoller Baustein und eine Kombinationsmöglichkeit mehr.”
Stephan Kegelmann: „Für uns war Multi Jet Fusion ein wertvoller Baustein und eine Kombinationsmöglichkeit mehr.”
( Bild: Kegelmann Technik )

Herr Kegelmann, Sie drucken schon recht lange im Auftrag Ihrer Kunden. In der Zeit haben Sie sicher das eine oder andere System ausprobiert. Welche haben sich denn bewährt?

Im Laufe der letzten dreißig Jahre habe ich schon viele 3D-Druck-Techniken gesehen, in einige davon hatten wir auch investiert. Nur diejenigen, die den Kundennutzen im Fokus haben und nicht in die eigene Technologie verliebt waren, haben den „test of time” bestanden.

In Ihrem Direktvergleich hat HP den Sieg davon­getragen. Aber Sie heben hervor, dass es ein situationsbedingtes Ergebnis war, kein allgemeingültiges.

Ja. Ich möchte betonen, dass dies ein pragmatischer Vergleich ohne jeden wissenschaftlichen Anspruch auf Basis eines speziellen Einzelfalls ist. Zudem war dieses Projekt bewusst gewählt und insofern ideal für HP, als es genau den Vorteil der höheren Auflösung und der höheren Packungs­dichte nutzen konnte.

Sind Sie trotzdem von dem Multi Jet Fusion überzeugt?

Wir sind begeistert über das neue System des HP Multi Jet Fusion. Für uns ist es ein wertvoller Baustein und eine Kombinationsmöglichkeit mehr, für unsere Kunden das Optimum Additiver Fertigung in der Schnittmenge aus Design und Material­spezifikationen, der Supply Chain und vor allem der wirtschaftlichen Gesamtkostenbetrachtung zu finden.

Der S-Pro-140 von 3D Systems besticht bei dickwandigen und großen Bauteilen.
Der S-Pro-140 von 3D Systems besticht bei dickwandigen und großen Bauteilen.
(Bild: 3D Systems)

SLS-Verfahren für dickwandige Bauteile

HPs Multi Jet Fusion basiert wie das SLS-Verfahren auf PA-Pulver als Druckmaterial. Auch wird das Pulverbett wie bei SLS zu Anfang gleichmäßig aufgeheizt. Statt einen Lasers zu verwenden, wird jedoch mit einer Auflösung ein Schmelzmittel, HP nennt es Agent, an den Stellen in das Pulvermaterial eingespritzt, wo Pulverkörnchen miteinander verschmolzen werden sollen. Gleichzeitig wird, um die zu druckenden Konturen herum, genau da, wo der Schmelzprozess gestoppt werden soll, ein weiteres Agent gespritzt. Wärmelampen setzen den Schmelzprozess in Gang und die nächste Schicht kann gedruckt werden. Egal wie groß die Bauteilquerschnitte pro Schicht sind, der Druck einer Schicht dauert immer gleich lang. Ein Laser braucht für komplexe Bauteile länger, da er die Konturen bei jeder Schicht abfahren muss. Kegelmann kommt zu dem Ergebnis, dass es vor allem auf Wandstärken und den Detaillierungsgrad der Bauteile ankommt. Denn bei dickwandigen und großen Bauteilen bietet die SLS-Technik Vorteile.

Der Vorteil des Freeformers liegt ganz klar im Material: Er druckt mit Granulaten, die auch im Spritzguss verwendet werden.
Der Vorteil des Freeformers liegt ganz klar im Material: Er druckt mit Granulaten, die auch im Spritzguss verwendet werden.
(Bild: © Arburg)

3D-Druck mit Standard-Werkstoffen

Ein anderes bekanntes System ist der Freeformer von Arburg. Er bietet sich für Unternehmen an, die bereits spritzgießen. Denn im Gegensatz zu anderen Verfahren im 3D-Kunststoffdruck verarbeitet er Standardgranulate und benötigt keine speziell aufbereiteten Werkstoffe. Eine weitere Besonderheit ist, dass sich hier die Bauplatte bewegt, nicht wie bei den meisten additiven Verfahren die Düse beziehungsweise der Laser. Im Bauraum des Freeformers finden Bauteile bis 230 mm × 130 mm × 250 mm Platz und er heizt sich bis auf 100 °C auf. Arburg nennt sein Verfahren Kunststoff-Freiformen (AKF).

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Über den Autor

 Simone Käfer

Simone Käfer

Redakteurin für Additive Fertigung und Werkstoffe, Vogel Communications Group