Das Binder Jetting (auch 3D-Druck)^[1][2][3][4] ist ein generatives Fertigungsverfahren, bei dem pulverförmiges Ausgangsmaterial an ausgewählten Stellen mit einem Binder verklebt wird, um so Werkstücke zu erzeugen.

Das Verfahren ist in der VDI-Richtlinie 3405 genormt unter der Bezeichnung „3D-Drucken“ und geht auf Entwicklungen des Massachusetts Institute of Technology (MIT) zurück. Dort wurde in den frühen 1990er-Jahren eine Maschine gebaut, die auf einem Tintenstrahldrucker basiert und statt Tinte auf das Papier, den Binder auf das Pulver verschoss. Das MIT erhielt auch ein Patent auf das Verfahren. Die Bezeichnung „3D-Drucken“ wird jedoch auch häufig als generische Bezeichnung für alle generativen Fertigungsverfahren benutzt, insbesondere im Marketing und in öffentlichen Medien. In der Fachliteratur ist damit meist das in der VDI 3405 genormte Verfahren gemeint.

Mehrere Unternehmen kauften Lizenzen vom MIT und entwickelten eigene Drucker. Dazu zählen Exone, Zcorp (von 3D Systems gekauft) und Voxeljet.^[5]

Technologie

Beim 3D-Drucken werden wie bei allen generativen Fertigungsverfahren die Werkstücke schichtweise aufgebaut. Aus 3D-Daten (z. B. CAD-Daten) wird die zu erzeugende Geometrie jeder einzelnen Schicht berechnet. Beim 3D-Drucken wird auf einen höhenverstellbaren Tisch eine Pulver- oder Granulatschicht aufgebracht und mittels Binder an den Stellen verklebt, die zum Werkstück zählen. Dazu wird ähnlich wie bei einem gewöhnlichen Tintenstrahldrucker ein Druckkopf verwendet, der statt Tinte den Binder aufbringt. Anschließend wird der Tisch um eine Schichtdicke abgesenkt und eine neue Pulverschicht aufgebracht. Dies wird so lange wiederholt, bis das Werkstück vollständig entstanden ist, das dann komplett vom umgebenden Pulver verborgen ist. Danach wird das überständige Pulver zur Weiterverwendung zurückgeführt, das Werkstück aus dem Drucker geholt und von Pulverresten befreit.^[6]

Das Verfahrensprinzip ähnelt damit dem selektiven Laserschmelzen, bei dem ein Metallpulver durch einen Laser örtlich geschmolzen wird.^[7]

Vor- und Nachteile

Theoretisch sind alle Werkstoffe verwendbar, solange sie mit dem Binder verklebt werden können. Insbesondere lassen sich auch Lebensmittel oder temperaturempfindliche Stoffe wie Pharmazeutika verarbeiten. Außerdem ist es möglich, innerhalb eines einzelnen Werkstücks verschiedene Binder zu verwenden und so Bereiche mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften zu erzeugen. Als Binder lassen sich zahlreiche Stoffe verwenden, z. B. welche, die auf Wasser basieren, Kunstharz oder lebende Zellen. Grundsätzlich müssen die Pulver auch nicht in jeder Schicht identisch sein.

Zudem ist beim Binder Jetting, ähnlich wie beim Lasersintern, kein Stützmaterial nötig, da das Werkstück vom Pulver während des Produktionsvorgangs getragen wird.

Das 3D-Drucken liefert jedoch kein besonders festes Werkstück. Vor allem bei der Verwendung von Metallen als Werkstoffe müssen die Werkstücke nachträglich vom Binder befreit und gesintert werden, um eine ausreichende Festigkeit sicherzustellen. Dabei kommt es zu Schrumpfungen, sodass die Endgeometrie nur schwer vorab einzustellen ist, was aber mit genügend Erfahrung grundsätzlich beherrschbar ist.^[8]

1. ↑ Engelbert Westkämper, Hans-Jürgen Warnecke: Einführung in die Fertigungstechnik. 8. Auflage. Vieweg-Teubner, Wiesbaden 2010. ISBN 978-3834808356, S. 265.
2. ↑ Albert Herbert Fritz (Autor), Günter Schulze (Hrsg.): Fertigungstechnik.11. Auflage. Springer Vieweg, Wiesbaden 2015. ISBN 978-3662465547, S. 120.
3. ↑ Fritz Klocke: Fertigungsverfahren 5 - Gießen, Pulvermetallurgie, Additive Manufacturing, Springer, 2015, 4. Auflage, S. 131
4. ↑ Gibson, Rosen, Stucker: Additive Manufacturing, Springer, 2015, 2. Auflage, S. 205.
5. ↑ Gibson, Rosen, Stucker: Additive Manufacturing, Springer, 2015, 2. Auflage, S. 205.
6. ↑ Andreas Gebhart: Generative Fertigungsverfahren, Hanser, 2013, 4. Auflage, S. 73f.
7. ↑ Gibson, Rosen, Stucker: Additive Manufacturing, Springer, 2015, 2. Auflage, S. 205.
8. ↑ Andreas Gebhart: Generative Fertigungsverfahren, Hanser, 2013, 4. Auflage, S. 74f.