Potential für höhere Geschwindigkeiten, niedrigere Kosten und höhere Flexibilität ausschlaggebend für HP Jet Fusion 3D 4200. Ergebnisse des Praxistests mit Lufthansa Technik Ersatzteilen.
Die soeben bei Kegelmann Technik installierte SLS-Maschine Nr. 10 sollte eine HP Jet Fusion 3D 4200 sein – obwohl es genaugenommen ja gar kein SLS mit einem Laserstrahl ist, sondern eben HP Multi Jet Fusion. Wie bei einem Laserdrucker im Vergleich mit einem Inkjet-Drucker das Endergebnis ein bedrucktes Stück Papier ist, so sollte auch hier das 3D-Druck-Ergebnis das gleiche sein. Laut HP nur schneller und damit kostengünstiger.
„Im Laufe der letzten dreißig Jahre habe ich schon viele 3D-Druck-Technologien gesehen, in einige davon hatten auch wir investiert. Nur diejenigen, die den Kundennutzen im Fokus hatten und nicht in die eigene Technologie verliebt waren, haben allerdings den test of time bestanden. Bei HP haben wir dieses Vertrauen und investieren daher in diesen neuen Weg des 3D-Drucks“, analysiert Stephan Kegelmann, Geschäftsführer der Kegelmann Technik GmbH.
Ein Blick auf die wichtigsten Werte zeigt, dass der Bauraum (380 x 284 x 380 mm) um ca. 70% kleiner ist als der der großen 3D-Systems SLS-Maschinen bei Kegelmann Technik. Die Baugeschwindigkeit sollte laut Prospekt etwa 50% höher sein. Bestechend ist der Wert von 1200 dpi für die Genauigkeit in der xy‑Ebene – hier zeigt sich das enorme Inkjet-Knowhow von HP. In z‑Richtung ist die Genauigkeit allerdings nur unwesentlich besser. Interessant ist das geschlossene Drucksystem mit einem automatisierten Pulvermanagement, das mit 80% eine hohe Wiederverwendbarkeit des Pulvers erlaubt, das bedeutet weniger Abfall und damit auch Kostenvorteile. Das Fast Cooling System verspricht, die Abkühldauer nach dem 3D-Druck kurz zu halten.
„Wir wollten es genau wissen und die Maschine unabhängig von den Prospektangaben einfach auch mal praxisbezogen auf den Prüfstand stellen – und sind äußerst positiv erstaunt über die Ergebnisse“, stellt Stephan Kegelmann fest.
Für den Praxistest wurde ein weltweit häufig und gleichzeitig oft unvorhersehbar benötigtes Ersatzteil aus Verkehrsflugzeugen ausgewählt – ein Waschbeckensieb aus Metall. Dieses wird heute entweder aufwändig gereinigt oder aber gleich ersetzt.
Klaus Bräutigam, Technology Lead für additive Fertigungsverfahren bei der Lufthansa Technik in Frankfurt, hatte die Idee, die technischen und betriebswirtschaftlichen Potentiale dieses Bauteils mit den Chancen des industriellen 3D-Drucks neu zu denken.
„Die Zusammenarbeit mit Kegelmann Technik ermöglicht uns erst die Umsetzung des geometrisch und technisch optimierten Filters, da konventionelle Verfahren hier an ihre Grenzen stoßen. Darüber hinaus trägt das neue Fertigungsverfahren zu einer deutlichen Stückkostenreduzierung bei. Dass durch das Re-Design ca. 60% Gewicht gespart werden kann, ist zudem ein schöner Nebeneffekt“, so Klaus Bräutigam.
Lufthansa Technik Ersatzteil Waschbeckensieb (Foto Lufthansa Technik, Klaus Bräutigam)
Für den Praxistest wurden 72 Waschbeckensiebe in einer Ebene gedruckt, einmal mit HP Multi Jet Fusion, zum direkten Vergleich mit einer 3D-Systems Pro 140. Ergebnis ist, dass HP im direkten Vergleich mit 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 der Geschwindigkeitsvorteil eines „zeilenweisen“ 3D-Drucks gegenüber dem Lasersintern.
Wermutstropfen sind die nahezu doppelt so hohen Materialkosten, die die wirtschaftlichen Vorteile der Zeitersparnis leider wieder reduzieren. Dennoch geht der Kostenvergleich pro Bauteil mit nahezu 40% Vorteil für HP Multi Jet Fusion aus.
„Ich möchte jedoch 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“, stellt Stephan Kegelmann fest.
HP Multi Jet Fusion basiert wie SLS auf PA-Pulver als Druckmaterial. Auch wird das Pulverbett wie bei SLS zu Anfang gleichmäßig aufgeheizt. Statt eines Lasers wird jedoch mit einer Auflösung von 1200 dpi ein Schmelzmittel (Agent) dort in das Pulvermaterial eingespritzt, wo Pulverkörnchen selektiv miteinander verschmolzen werden sollen. Gleichzeitig wird um die zu druckenden Konturen herum, genau da, wo der Schmelzprozess gestoppt werden soll, ein weiterer 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.
Erkenntnis aus diesem Praxisvergleich ist, dass beide Systeme ihre Vor- und Nachteile haben. Es kommt vor allem auf Wandstärken bis 0,3 mm und Detaillierungsgrad der Bauteile an. Bei eher dickwandigen und großen Bauteilen hat die SLS-Lasersinter-Technologie systembedingt Vorteile.
„Wir sind begeistert über das neue System der 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“, resümiert Stephan Kegelmann.