BIBUS HP Multijet Fusion 3D: HP Jet Fusion 3D, hautnah

Zum Unternehmen

Seit 1989 ist Bibus Austria Partner der österreichischen Industrie Das Unternehmen aus St. Andrä – Wördern (Niederösterreich) beschäftigt 28 Mitarbeiter. Seit 2004 beschäftigt man sich mit 3D-Druck und seit 2006 bereits mit industrieller Additiver Fertigung. Als Lösungspartner bietet Bibus Integrationsdienstleistungen verschiedener Systemanbieter an. Seit dem ersten Quartal 2017 ergänzt die HP-Vertriebspartnerschaft die bisherigen Lösungskonzepte im Bereich Lasersintern, Stereolithographie, Polyjet und FDM. Ergänzt wird das Spektrum um begleitende Softwarelösungen und Schulungen rund um die Additive Fertigung.

Im Oktober 2014 wurde die HP Jet Fusion 3D Printing Solution der Weltöffentlichkeit vorgestellt. Bis zur formnext 2016 hat es jedoch gedauert, bis die Systeme auch hautnah in Europa erlebt werden konnten. Zahlreiche Beta-Tests bei namhaften Industrieunternehmen sollten dazu beitragen, die Technologie auf Herz und Nieren zu prüfen. Als renommiertes Unternehmen aus dem IT-Umfeld wollte man seitens HP kein Risiko eingehen und nur mit einer ausreichend getesteten und von der Industrie für tauglich empfundenen Technologie in den Markt eintreten.

Im März diesen Jahres war es schließlich soweit. Die erste offizielle Vorführmaschine Europas wurde bei der Bibus Austria im niederösterreichischen St. Andrä – Wördern in Betrieb genommen. „Wir sind mittlerweilen schon viele Jahre im Umfeld der Additiven Fertigung unterwegs und waren sicher einer der ersten österreichischen Anbieter von Systemen für die Additive Fertigung. So haben wir uns ein recht konkretes Bild von den Anforderungen der Industrie machen können. Es war uns ein Anliegen, auch mit dieser Technologie eigene Erfahrungen zu machen. Wir wollen immer erst verstehen, welche Möglichkeiten eine Technologie bietet, bevor wir diese unseren Kunden präsentieren, darum haben auch sehr zeitnah zusätzliche personelle Ressourcen aufgebaut, um die Maschine zu betreuen und unseren Kunden kompetent präsentieren zu können“, erzählt Bibus Austria-Geschäftsführer Bernd Tröster nicht ohne Stolz.

Über eine APP kann ein Service-Request abgesetzt werden. HP sichert eine Response-Zeit unter 20 Minuten zu.

Das Verfahren

Ziel von HP war es die Vorteile des Kunststoff-Lasersinterns mit der Kompetenz aus dem Druckgeschäft zu kombinieren und so eine Technologie auf den Markt zu bringen, die es Unternehmen erlaubt kostengünstig und schnell Kunststoffteile in Industrietauglicher Qualität Herzustellen; genau, belastbar, reproduzierbar.

Der Ansatz klingt gleichermaßen simpel wie genial. Man bringt auf ein Pulverbett, wie man es von den SLS-Verfahren her kennt, eine Flüssigkeit auf, die unter moderater Wärmeeinwirkung zu einem Verschmelzen der Pulverpartikel führt. Diese, von HP Fusing Agent genannte, Flüssigkeit wird mit einer Infrarotquelle erwärmt, was zum erwünschten Verschmelzen führt. Damit dieser Fusing Agent nicht in das umgebende Pulver sickert, wird in den Randbereichen ein sogenannter Detailing Agent aufgebracht. Dieser wieder verdampft unter dem Einfluss der Infrarotquelle vollständig. Zurück bleibt eine scharf umrissene Bauteilschicht. Wie jedes additive Verfahren wird das Bauteil schichtweise Aufgebaut. Die geringe Energieeinwirkung und die sichere Einbettung in das Pulverbett macht die Anbringung von Supportstrukturen überflüssig.

Auch Komponenten mit feinsten Konturen sind dank der hohen Auflösung von 1.200 dpi herstellbar. (Bild: HP, Design: Invent Medical)

Tempomacher

Schnell sollte die Technologie werden, das war eines der obersten Ziele. Wusste man bei HP doch schon recht genau, dass die Industrie das Produktivitätsthema ganz oben auf die Wunschliste stellen würde. So haben sich die HP-Techniker zunutze gemacht, was die Logistiker zum Gesetz erhoben haben: Ladezeiten minimieren und Leerwege vermeiden. So wurde das System in eine Printer Unit und eine Processing Unit aufgeteilt. Die Printer Unit wird derzeit in zwei Größenvarianten angeboten, dem HP Jet Fusion 3D 4200 Printer und dem kleineren Bruder dem HP Jet Fusion 3D 3200 Printer, die sich lediglich in der Bauraumgröße und geringen Differenzen in der Schichtdicke unterscheiden.

Die Processing unit dient dem Abkühlen, auspacken und Wiederbeladen der Built-box, dem Bauraummodul des Systems. Die Processing Unit kann zusätzlich um ein Fast Cooling-System ergänzt werden.

Die Geschwindigkeit wird einerseits dadurch erreicht, dass die wesentlichen Rüstvorgänge außerhalb des eigentlichen Printers erbracht werden, wodurch nur eine minimale Vorbereitungszeit der Built-box und eine primäre Abkühlphase im Printer erfolgen müssen. Der eigentliche Bauprozess besticht durch Effizienz. Drei Druckköpfe bilden eine Phalanx, welche die gesamte Baubreite überdeckt und sowohl den Fusing Agent, als auch den Detailing Agent verdrucken.

Bei jedem Durchgang der Druckeinheit wird sofort über eine Infrarotquelle der Verschmelzungsprozess bewirkt.

Daniel Kopp
Produktmanager Additive Fertigung bei der Bibus Austria Ges. m. b. H.

„Der Fusing Agent sorgt dafür dass das Material an den definierten Stellen aufschmilzt und nicht verklebt. Außerdem wird zusätzlich eine Farbkomponente eingebracht, was in Zukunft weitere Anwendungsfelder eröffnet.“

Neuartiges Baukonzept

Der Recoater fördert das Pulver von einem Behälter unter der Bauplattform nach oben und verteilt es über einen Rollenbeschichter über die Plattform. Das sorgt für eine homogene Materialverteilung und eine fein abstimmbare Schichtdicke. Der Recoater bewegt sich im rechten Winkel zu der Druckachse und hat eine Parkposition außerhalb des Druckbereiches, wodurch er in beide Richtungen auftragen kann. Beim Drucken wird auf dem Hinweg der Fusing Agent aufgebracht und auf dem Rückweg der Detailing Agent. Schon während dem Druckvorgang sorgen Infrarotstrahler für das Verschmelzen an den vorbehandelten Bereichen. Somit werden Leerwege vermieden, was sich auf die Gesamtperformanz positiv auswirkt. Da der Bauraum auf eine Basistemperatur aufgeheizt wird, die knapp unter der Arbeitstemperatur des Fusing Agents liegt, kann auch der Wärmeeintrag für das Verschmelzen sehr schnell erfolgen.

Da immer die gesamte Baubreite gleichzeitig bedruckt wird ist die Gesamtbauzeit lediglich von der Bauhöhe in Z-Richtung abhängig. Diese kann je nach Packdichte im Bauraum auch begrenzt werden, um somit den Baujob nicht unnötig zu verlängern.

„Ein Baujob über die gesamte Bauhöhe der Built-box benötigt inklusive der Vorlaufzeit und dem primären Abkühlen gerade einmal zehn Stunden. Einen Geschwindigkeitsvergleich mit SLS-Anlagen kann man nur schwer ziehen, weil man eigentlich immer den Gesamtzeitaufwand zugrunde legen müsste und dafür unterscheiden sich die Verfahren einfach zu sehr. Was den reinen Baujob anbelangt kann man aber schon von einer signifikanten Geschwindigkeitssteigerung sprechen. Man muss sich aber immer vor Augen halten, dass beim SLS-Verfahren ein Laserstrahl die Bauteilschichten abscannen muss. Da ist die Packdichte der Bauteile in der Maschine ein bestimmender Faktor. Bei der HP-Maschine dauert der Baujob immer gleich lang, egal wie viele Bauteile in der Jobbox liegen“, weiß Daniel Kopp, Produktmanager Additive Fertigung bei Bibus. Dass die Systeme derzeit lediglich mit einem schwarzen Fusing Agent arbeiten können sieht man bei Bibus nicht als Hemmnis, sich mit der Technologie zu befassen. „Bei einem Industriebauteil ist das Thema Farbe nicht wirklich ein KO-Kriterium. Konventionell gefertigte Bauteile bieten das ja auch nicht. Höchstens für funktionale Farbgebung, wie Farbcodierungen, oder farbliche Verschleißmarker könnte das Thema interessant werden. Wann mit der Multi Jet Fusion-Technologie vollfarbige Bauteile möglich werden, bleibt abzuwarten, steht aber sicher nicht im Anwendungsfokus“, meint Kopp.

Drei Druckköpfe decken die Gesamte Arbeitsbreite des Bauraumes ab, dadurch genügt ein Druckdurchgang pro Bauschicht.

Bernd Christian Tröster
Geschäftsführer der Bibus Austria Ges. m. b. H.

„HP hat es mit der Multi Jet Fusion-Technologie geschafft, die Baugeschwindigkeit in einen wirtschaftlich interessanten Bereich zu entwickeln und das bei vertretbaren Investitionsgrößen.“

Materialeffizienz im Vordergrund

Im Gegensatz zum SLS-Verfahren wird bei der Multi Jet Fusion-Technologie das Restpulver nicht beeinträchtigt und kann vollständig wiederverwendet werden. „Das Auspacken in der Processing Unit geht denkbar einfach. Das Restpulver wird in einen Zwischenbehälter transportiert. Beim Neubefüllen der Built-box wird das in den Teilen verbaute Material durch frisches Pulver ersetzt, mit dem Restpulver gleichmäßig vermischt und wieder dem Prozess zugeführt. Eine Frischpulverrate von 20 % wird vom Hersteller als Prozessstabilisierend angegeben. Diese Rate wird aber bei einer wirtschaftlichen Bauraumausnutzung ohnehin in der Regel leicht überschritten. Das einzige Verlustmaterial das entsteht, sind die geringen Restmengen, die beim Reinigen des Bauteils durch Glaskugelstrahlen oder Gleitschleifen entfernt wird. Dabei handelt es sich um denkbar geringe Mengen“, präzisiert der Produktmanager.

Bislang arbeitet das System mit PA 12 Pulver, das von HP bezogen werden kann. Dieses ist feiner als das Pulver, das im SLS-Prozess zur Anwendung kommt, was sich vorteilhaft auf die Teilequalität auswirkt. HP will mit dem Multi Jet Fusion Open Platform Programm Unternehmen dazu einladen, speziell im Bereich der Materialdefinition neue Konzepte und Materialsysteme einzubringen. Ziel ist es eine hohe Bandbreite an industrietauglichen Materialien für die Technologie aufzubereiten. Eine enge Zusammenarbeit mit renommierten Materiallieferanten soll dazu beitragen, diese Entwicklungen rasch voranzutreiben. „Es sind eigentlich alle großen Materialhersteller in die Entwicklungskooperation einbezogen. Das gibt unseren Kunden die Sicherheit auf konstant hohe Industriequalität zugreifen zu können. Das ist für uns als Lösungspartner natürlich ein wichtiger Aspekt“, erklärt Tröster und ergänzt: „Unsere Kunden wünschen sich natürlich, möglichst offene Bezugsmöglichkeiten für ihre Rohstoffe. Da ist das Open Platform Program von HP unserer Meinung nach das einzig richtige Konzept.

Service groß geschrieben

Dass das Servicekonzept, das HP zusammen mit den Maschinen anbietet, überzeugend ist, demonstrieren die AM-Experten von Bibus Austria durch einen Live-Service-Call. Zusammen mit der „Next Business Day – Servicegarantie“ versorgt HP seine Kunden mit einer APP für Mobiltelefone und Tablets, mithilfe derer man unter Angabe der Seriennummer über eine “Red-Button“-Funktion einen Service-Token auslösen kann. HP sichert einen Rückruf der Service-Hotline innerhalb von 20 Minuten zu. Im Test erfolgte der Rückruf bereits nach weniger als vier Minuten. „Das bestehende, weltweite Servicenetz auf das HP natürlich auch im Bereich der Additiven Fertigung zurückgreifen kann ist eine gewachsene Organisation mit klaren Abläufen. Hier werden die Lösungen genutzt die man bei HP auch für die großen Produktionsdruckmaschinen für die Printmedien bereitgestellt hat. Das ist schon beeindruckend, wenn man das Servicecenter einmal live gesehen hat“, weiß Tröster.

Für den Support vor Ort wurde ein zweistufiges Servicekonzept installiert. Die Mitarbeiter der Vertriebspartner werden gut geschult und auf den Serviceeinsatz im HP-Schulungszentrum in Barcelona vorbereitet. Dort werden die Maschinen von den neuen Servicetechnikern zerlegt, begutachtet und wieder zusammengebaut.“ Nach der Schulung kennt man wirklich jeden Winkel in der Maschine“, erzählt Stephan Köck, der mit einem weiteren Kollegen die Schulung besucht hat und somit der erste zertifizierte HP Multi Jet Fusion Techniker Österreichs ist. „Dabei konnte ich mir auch einen Eindruck über die solide Bauweise der Maschinen verschaffen. Da wurde wirklich auf alles geachtet. Nicht nur robustes Design, auch hinsichtlich Zugänglichkeit und Servicierbarkeit hat sich HP viel einfallen lassen“, ergänzt er.

„Im Falle eines Ersatzteilbedarfs, der über die Internetverbindung der Maschinen oft schon im Vorfeld ermittelt werden kann, werden diese von HP direkt an den Endanwender geschickt, wo diese dann vom Servicetechniker des jeweiligen HP Partners eingebaut werden. Damit wird wertvolle Zeit gespart und die Maschine ist sehr schnell wieder Einsatzbereit. Das durchdachte Servicekonzept in Verbindung mit einer ausgereiften Technologie stellt dem Anwender eine Fertigungslösung zur Verfügung, mit der die gesamte Bandbreite vom schnellen Prototypen bis zur Serienfertigung von Funktionsbauteilen schnell, sicher und reproduzierbar abgebildet werden kann“, bringt es Daniel Kopp abschließend auf den Punkt.