Formlabs Fuse Sift: Refreshrate im SLS-3D-Druck verstehen

Der Fuse Sift ist ein sicheres, effizientes System zur Pulverrückgewinnung für den Fuse 1.

Nach einem Druckvorgang mit dem Fuse 1 kann nicht gesintertes Restpulver recycelt und erneut verwendet werden. Der Prozess, mit dem das Pulver recycelt wird, richtet sich nach der empfohlenen Refreshrate und wird von der Fuse Sift Universal-Pulverrückgewinnungsstation übernommen.

Die Tabelle zeigt die Ergebnisse von verschiedenen Refreshraten für jedes Formlabs SLS-Material. Es wird zwar nicht empfohlen, ausschließlich Recyclingpulver zu verwenden (d. h. eine Refreshrate von 0 %), doch können die Kunden bei ihrer Refreshrate 10 bis 20 % von dem empfohlenen Verhältnis abweichen.

Was versteht man unter Refreshrate?

SLS-3D-Drucker sind in der Lage, Drucke mit einer Mischung aus frischem neuem Pulver und recyceltem Pulver aus früheren Drucken durchzuführen. Die empfohlene Refreshrate ist der Anteil der neuen Kartusche, der mit neuem, unbenutztem Pulver aufgefrischt wird. So besteht beispielsweise der erste Druck eines Nutzers ausschließlich aus völlig neuem Pulver und besitzt damit eine Refreshrate von 100 %. Ein Druck, der vollständig aus Recyclingpulver besteht, hätte wiederum eine Refreshrate von 0 %.

Das Recycling von Altpulver ist eine gute Möglichkeit, Abfall zu reduzieren und die Effizienz des Verfahrens zu steigern. Es stimmt zwar, dass die Kosten pro Teil umso niedriger sind, je niedriger die Refreshrate ist, allerdings kann die Verwendung von Recyclingpulver über zu viele Zyklen hinweg die Materialeigenschaften verschlechtern. Daher muss jeder Nutzer die Refreshrate für jede neue Kartusche unter Berücksichtigung mehrerer Faktoren festlegen.

Nach Ende eines Druckvorgangs auf dem Fuse 1 entnimmt der Nutzer die Pulverkartusche und setzt sie in die Fuse Sift ein, sodass sie den Pulverkuchen auf eine abgedeckte Arbeitsfläche abgibt. Das ungesinterte Pulver wird in einen Einfülltrichter gesiebt und wartet dort auf die Mischphase.

Auswahl der richtigen Refreshrate

Bei der Entscheidung, welche spezifische Refreshrate innerhalb des empfohlenen Bereichs verwendet werden sollte, sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen. Wie viel Pulver ungesintert bleibt, hängt von der Packungsdichte ab, d. h. davon, wie dicht die Teile in der Baukammer angeordnet sind. Ungesintertes Pulver wird in der Nachbearbeitung recycelt und kann in eine neue Kartusche gemischt werden.

Um möglichst wenig Abfall zu produzieren, sollten Packungsdichte und Refreshrate so genau wie möglich aufeinander abgestimmt sein. Wenn die in PreForm angegebene Druckdichte beispielsweise 30 % beträgt, würde eine Refreshrate von 30 % dazu führen, dass kein Recyclingmaterial verwendet wird. In diesem Fall wird das Pulver, das zu Teilen gesintert wurde, für den nächsten Druck durch neues, frisches Pulver ersetzt. Indem Sie sowohl die oben genannte Refreshrate als auch die Packungsdichte Ihrer Drucke berücksichtigen, können Sie das Pulver optimal ausnutzen und die Kosten pro Teil so niedrig wie möglich halten.

Die Refreshrate wirkt sich auch auf einige Details der Oberflächenqualität aus. Wenn das Pulver viele Male recycelt wird und für den Druckaufbau niedrigere Refreshraten programmiert wurden als empfohlen, kann es zu Oberflächenabweichungen der Teile kommen. Eine gleichmäßig glatte Oberfläche und feine Details werden mit einer höheren Refreshrate besser erreicht. Geht es darum, mechanisch einwandfreie Teile herzustellen, die kosmetisch nicht so perfekt sind, kann man mit mehreren Wiederverwendungszyklen bei einer etwas niedrigeren Refreshrate experimentieren, um mehr Pulver zu recyceln und die Kosten pro Teil zu senken.

Je nach Anwendungsfall

Durch diese anpassbare Refreshrate können die Nutzer in verschiedenen Branchen den Arbeitsablauf wählen, der für sie am besten geeignet ist. Ein Ingenieur, der Hunderte von kleinen Magnetabdeckungen als Teil eines regelmäßigen Produktionslaufs herstellt, hat eine hohe Packungsdichte und kann eine höhere Refreshrate (mehr neues Pulver als Recyclingpulver) wählen, weil er nicht viel ungesintertes Pulver aus früheren Durchläufen übrig hat, sodass bei der Befüllung einer neuen Kartusche kein Recyclingpulver verwendet werden kann.

In einem anderen Szenario muss ein Produktdesigner vielleicht nur ein großes Teil pro Woche drucken. Die Packungsdichte ist gering (es bleibt viel ungesintertes Pulver um das Teil herum übrig) und er braucht nur einen groben Prototyp. Bei der Wahl einer niedrigeren Refreshrate (mehr Recyclingpulver als neues Pulver) bleiben die benötigten Materialeigenschaften erhalten, das gesamte Recyclingpulver aus einem früheren Druck lässt sich wieder verwenden und eventuelle Oberflächenfehler lassen sich in der Nachbearbeitung beheben.

Empfohlene Refreshraten

Formlabs empfiehlt eine Mindest-Refreshrate für jedes SLS-Material, um immer eine hohe Druckqualität zu gewährleisten. Kunden können mit etwas niedrigeren Refreshraten experimentieren, um die Kosten pro Teil für ihren spezifischen Arbeitsablauf zu optimieren.

Bei jedem Schritt des Druck- und Nachbearbeitungsprozesses wird den Nutzern die Menge des gesinterten und ungesinterten Pulvers sowie die Packungsdichte angezeigt, so dass sie fundierte Entscheidungen bei der Auswahl einer für ihre Bedürfnisse geeigneten Refreshrate treffen können.

PreForm, Packdichte und Neuzuführungsrate

Die Bestimmung der richtigen Refreshrate für den Arbeitsablauf kann schwierig sein und sich im Laufe der Zeit je nach den Anforderungen der Projekte ändern. Formlabs hat Hilfsmittel für den Fuse Sift selbst sowie für PreForm und Dashboard entwickelt. Sobald eine Datei in Preform geladen wurde, zeigt die Software eine Übersicht des gesinterten und ungesinterten Pulvers sowie die geschätzte Packungsdichte für den Auftrag an. Die Packungsdichte wird aus dem Gewicht des verbrauchten Pulvers und der Gesamtmenge des für den Druck benötigten Pulvers berechnet, nicht aus den Volumenanteilen. Mit dieser Aufgliederung kann man die Packungsdichte ändern, mit dem Hinzufügen weiterer Teile zum Druckauftrag warten, die Kosten pro Teil bestimmen oder die Refreshrate ändern, um mehr oder weniger Recyclingpulver zu verwenden.

Formlabs ist bemüht, den Arbeitsablauf von Fuse 1 und Sift so effizient wie möglich zu gestalten, und hat einen aktualisierten Packalgorithmus veröffentlicht, der den Nutzern hilft, die höchstmögliche Packdichte für ihre Baukammern zu erreichen. Im internen Einsatz reduzierte der neue Packungsdichtenalgorithmus die durchschnittliche Vorbereitungszeit für Aufträge auf dem Fuse 1 um 73 % und ersparte der 3D-Druckerei Formlabs Berlin drei Stunden Arbeitszeit pro Tag.

Arbeitsablauf mit Fuse Sift

Bei vielen herkömmlichen SLS-Systemen müssen die Nutzer das Pulver vor dem Druck manuell wiegen und sortieren, um das gewünschte Verhältnis einzustellen. Eventuelle Effizienzgewinne durch das Pulverrecyclingverfahren werden durch diesen arbeitsintensiven und zeitaufwendigen Wiegevorgang wieder zunichte gemacht. Formlabs hat mit dem Fuse Sift, der Nachbearbeitungs- und Pulverrückgewinnungsstation für den Fuse 1, eine End-to-End-Lösung für den Arbeitsablauf geschaffen.

Nach Ende eines Druckvorgangs auf dem Fuse 1 entnimmt der Nutzer die Pulverkartusche und setzt sie in die Fuse Sift ein, sodass sie den Pulverkuchen auf eine abgedeckte Arbeitsfläche abgibt. Das ungesinterte Pulver wird in einen Einfülltrichter gesiebt und wartet dort auf die Mischphase. Der Nutzer stellt die gewünschte Refreshrate auf dem Touchscreen des Fuse Sift ein, der Anteil des neuen und Recyclingpulvers wird automatisch in die neue Pulverkartusche dosiert. Der Mischer an der Seite des Fuse Sift kann dann mit einer frisch dosierten Kartusche beladen werden, die automatisch gemischt wird, so dass sie für den Druck in den Fuse 1 übertragen werden kann.

Obwohl die Verwendung einer Mischung aus neuem und Recyclingpulver nicht nur bei dem Fuse 1 möglich ist, hat Formlabs den Prozess einfacher und effizienter gestaltet als bei jedem anderen SLS-Drucker. Bei jedem Schritt des Druck- und Nachbearbeitungsprozesses wird den Nutzern die Menge des gesinterten und ungesinterten Pulvers sowie die Packungsdichte angezeigt, so dass sie fundierte Entscheidungen bei der Auswahl einer für ihre Bedürfnisse geeigneten Refreshrate treffen können.

Formlabs empfiehlt für jedes Material bestimmte Refreshraten, erlaubt aber auch etwas niedrigere Refreshraten und hat Richtlinien zu deren angemessener Verwendung bereitgestellt. Mit diesen Richtlinien und den Automatikfunktionen des Fuse Sift sind Nutzer des Fuse 1 in der Lage, unter Produktionsbedingungen effizient und kostengünstig zu drucken.