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Erklärung der Neuzuführungsrate im SLS-3D-Druck

Mit dem SLS-3D-Drucker Fuse 1 (selektives Lasersintern) fertigen Sie Teile in Industriequalität und erhalten mehr Kontrolle über Ihre Fertigungsprozesse. 

Dabei ist die Neuzuführungsrate ein Faktor, der Kosten senkt, Abfall reduziert und die Effizienz verbessert. Nach einem Druck mit dem Fuse 1 wird ungesintertes Restpulver recycelt und erneut verwendet. Das schützt die Umwelt und reduziert die Materialkosten. Das Recycling des Pulvers richtet sich nach der empfohlenen Neuzuführungsrate und wird von der Pulverrückgewinnungsstation Fuse Sift übernommen.  

In diesem Artikel erklären wir, was diese Neuzuführungsrate bedeutet, wie sie sich auf Ihren Druckprozess mit dem Formlabs Fuse 1 auswirkt und wie der Fuse Sift und PreForm die Wiederverwertung des Pulvers einfacher machen als jemals zuvor. 

Was versteht man unter der Neuzuführungsrate?

Fuse 1 and Fuse Sift SLS 3D printer and post-processing, powder reclamation and nylon recovery unit

SLS-3D-Drucker sind in der Lage, Drucke mit einer Mischung aus frischem neuem Pulver und recyceltem Pulver aus früheren Drucken durchzuführen. Die empfohlene Neuzuführungsrate ist der Anteil der neuen Kartusche, für den unbenutztes Pulver „neu zugeführt“ wird. So besteht beispielsweise der erste Druck jedes Nutzers ausschließlich aus neuem Pulver und besitzt damit eine Neuzuführungsrate von 100 %. Ein Druck, der vollständig aus wiederverwertetem Pulver bestünde, hätte wiederum eine Neuzuführungsrate von 0 %. 

Das Recycling genutzten Pulvers 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 geringer die Neuzuführungsrate ist, allerdings kann die Verwendung von Recyclingpulver über zu viele Zyklen hinweg die Materialeigenschaften beeinträchtigen. Daher muss man die Neuzuführungsrate für jede neue Kartusche unter Berücksichtigung mehrerer Faktoren festlegen.

Bestimmung der richtigen Neuzuführungsrate

Bei der Entscheidung, welche spezifische Neuzuführungsrate innerhalb des empfohlenen Bereichs verwendet werden sollte, sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen. 

Wie viel Pulver ungesintert bleibt, hängt von der Packdichte ab, d. h. davon, wie dicht die Teile in der Konstruktionskammer angeordnet sind. Ungesintertes Pulver wird in der Nachbearbeitung recycelt und kann in eine neue Kartusche gemischt werden. 

Um möglichst wenig Abfall zu produzieren, sollten Packdichte und Neuzuführungsrate so genau wie möglich aufeinander abgestimmt sein. Wenn die in PreForm angegebene Packdichte beispielsweise 30 % beträgt, würde eine Neuzuführungsrate von 30 % dazu führen, dass kein Überschussmaterial 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 Neuzuführungsrate als auch die Packdichte Ihrer Drucke berücksichtigen, nutzen Sie das Pulver optimal und halten die Kosten pro Teil so niedrig wie möglich. 

Konstruktionskammer mit Nylon 12 Powder

Packdichte: 30 %

Neuzuführungsrate: 30 %

Vorteile

  • Neuzuführung derselben Menge (neues) Pulver, die beim Druck genutzt/gesintert wird
  • Höchste Kosteneffizienz
  • Kein Abfall

Nachteile

  • Keine wesentlichen Nachteile, dies ist die höchste Qualitätseinstellung für PA 12

Packdichte: 15 %

Neuzuführungsrate: 30 %

Vorteile

  • Schnellere Herstellung

Nachteile

  • Pulvernutzung nicht optimiert, mehr Abfall und höhere Kosten pro Teil

Packdichte: 15 %

Neuzuführungsrate: 20 %

Vorteile

  • Geringer Abfall

Nachteile

  • Risiko von Oberflächendefekten nach mehreren Druckvorgängen

Die Neuzuführungsrate wirkt sich auch auf einige ästhetische Details aus. Wenn das Pulver oft recycelt wird und Drucke mit niedrigeren Neuzuführungsraten als empfohlen ablaufen, kann es zu Abweichungen auf der Oberfläche der Teile kommen. Eine gleichmäßig glatte Oberfläche und feine Details bedürfen einer höheren Neuzuführungsrate. 

Bei Teilen, die eine hohe Ästhetik, feine Details oder perfekt glatte Oberflächen benötigen, sollten Sie nicht von der empfohlenen Neuzuführungsrate abweichen. 

Geht es darum, mechanisch einwandfreie Teile herzustellen, deren Ästhetik nicht perfekt sein muss, so könnte man mit mehreren Wiederverwendungszyklen bei einer etwas niedrigeren Neuzuführungsrate experimentieren, um mehr Pulver zu recyceln und die Kosten pro Teil zu senken. 

Je nach Anwendungsfall

Durch anpassbare Neuzuführungsraten wählen die Nutzer*innen verschiedenster Branchen den für sie passendsten Arbeitsablauf. Ingenieurteams, die Hunderte von kleinen Magnetabdeckungen als Teil einer normalen Produktion herstellen, nutzen eine hohe Packdichte und können eine höhere Neuzuführungsrate (mehr neues Pulver als Recyclingpulver) wählen. Weil aus früheren Durchläufen nicht viel ungesintertes Pulver übrig bleibt, steht zur Befüllung einer neuen Kartusche kaum wiederverwertetes Pulver zur Verfügung. 

In einem anderen Szenario muss vielleicht nur ein großes Teil pro Woche gedruckt werden. Die Packdichte ist gering (es bleibt viel ungesintertes Pulver um das Teil herum übrig) und ein grober Prototyp genügt. Bei der Wahl einer niedrigeren Neuzuführungsrate (mehr Recyclingpulver als neues Pulver) bleiben die benötigten Materialeigenschaften erhalten, das gesamte Recyclingpulver aus einem früheren Druck lässt sich wiederverwenden. Eventuelle Oberflächenfehler lassen sich in der Nachbearbeitung beheben.

Geringe Mengen, unregelmäßiger Druckbedarf (z. B. Prototypenfertigung), durchgehend geringe PackdichteExperimente mit geringeren Neuzuführungsraten sind möglich.
Mittelgroße Mengen (Prototypen und Produktion), variable PackdichteDie Neuzuführungsraten können nach Bedarf verringert werden, sollten aber nach Möglichkeit immer den Empfehlungen entsprechen.
Große Mengen (Produktion), durchgehend hohe PackdichteDie empfohlene Neuzuführungsrate sollte eingehalten werden.

PreForm, Packdichte und Neuzuführungsrate

Die Bestimmung der richtigen Neuzuführungsrate für Ihren Arbeitsablauf kann schwierig sein und sich im Laufe der Zeit je nach den Anforderungen Ihrer Projekte ändern. Formlabs hat Hilfsmittel für den Fuse Sift selbst sowie für PreForm und Dashboard entwickelt.

Sobald Sie eine Datei in PreForm geladen haben, zeigt die Software eine Übersicht des gesinterten und ungesinterten Pulvers an sowie die geschätzte Packdichte für Ihren Auftrag. Die Packdichte wird aus dem Gewicht des verbrauchten Pulvers und der Gesamtmenge des für den Druck benötigten Pulvers berechnet, nicht aus den Volumenanteilen. Anhand dieser Aufgliederung können Sie die Packdichte ändern, mit dem Hinzufügen weiterer Teile zum Druckauftrag warten, die Kosten pro Teil bestimmen oder die Neuzuführungsrate ändern, um mehr oder weniger Recyclingpulver zu verwenden. 

Formlabs ist bemüht, den Arbeitsablauf von Fuse 1 und Fuse Sift so effizient wie möglich zu gestalten. Wir haben einen aktualisierten Packalgorithmus veröffentlicht, der die höchstmögliche Packdichte in den Konstruktionskammern fördert. Im internen Einsatz reduzierte der neue Packalgorithmus die durchschnittliche Vorbereitungszeit für Aufträge auf dem Fuse 1 um 73 % und ersparte der Druckerfarm bei Formlabs in Berlin drei Stunden Arbeitszeit pro Tag.

Arbeitsablauf mit dem Fuse Sift

Bei vielen SLS-Systemen muss das Pulver vor dem Druck manuell gewogen und zugeführt werden, um das gewünschte Verhältnis zu erreichen. Eventuelle Effizienzgewinne durch das Pulverrecycling werden durch diesen arbeitsintensiven und zeitaufwändigen Wiegevorgang wieder zunichte gemacht. Formlabs hat mit dem Fuse Sift, der Nachbearbeitungs- und Pulverrückgewinnungsstation des Fuse 1, eine Komplettlösung für den Arbeitsablauf geschaffen.

The Fuse Sift's interactive touch screen enables custom refresh rate, automated powder mixing, powder reclamation, and recycling.
The Fuse Sift's automated powder recycling, reclamation, mixing, and storage container to automate your workflow
Mixing refreshed powder with recycled powder is made easy by the Fuse Sift

Nach Ende eines Druckvorgangs mit dem Fuse 1 wird die Konstruktionskammer entnommen und im Fuse Sift platziert, sodass der Pulverkuchen auf die Arbeitsfläche unter der Haube ausgeworfen werden kann. Das ungesinterte Pulver wird in einen Einfülltrichter gesiebt und wartet dort auf die Mischphase. Die gewünschte Neuzuführungsrate lässt sich auf dem Touchscreen des Fuse Sift einstellen, der Anteil des neuen und wiederverwerteten Pulvers 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. Danach wird sie für den Druck in den Fuse 1 übertragen.

Choose a refresh rate

Obwohl die Verwendung einer Mischung aus neuem und wiederverwertetem Pulver nicht nur beim 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 die Menge des gesinterten und ungesinterten Pulvers sowie die Packdichte angezeigt, sodass Sie fundierte Entscheidungen bei der Auswahl einer für Ihre Bedürfnisse geeigneten Neuzuführungsrate treffen. 

Formlabs empfiehlt für jedes Material bestimmte Neuzuführungsraten, erlaubt aber auch etwas niedrigere Neuzuführungsraten und hat Richtlinien zu deren angemessener Verwendung bereitgestellt. Mit diesen Richtlinien und den automatischen Funktionen des Fuse Sift drucken Sie mit dem Fuse 1 unter Produktionsbedingungen effizient und kostengünstig.