Additive Fertigung nach Mimaki-Art
Vom Harz zum staunenswerten Volumenmodell
Fortschrittliche Unternehmen setzen zunehmend auf den 3D-Drucker, um Kundenwünsche zu befriedigen. Daher verlassen immer öfters additiv erzeugte Volumenmodelle die Werkhallen diesbezüglicher Unternehmen. In diesem Bereich hat das Unternehmen Mimaki ein interessantes Produktportfolio zu bieten. Darunter das Modell ›3DUJ-2207‹, das sogar in der Lage ist, Volumenmodelle mit mehr als zehn Millionen Farben zu erzeugen.
Der 3D-Drucker ist dabei, die Welt der Fertigung grundlegend zu verändern. Waren lange Zeit materialabtragende Maschinen das Mittel der Wahl, um komplizierte Strukturen aus einem Stück Metall oder Kunststoff herzustellen, so nehmen diese Position immer häufiger additiv arbeitende Maschinen – umgangssprachlich als 3D-Drucker bezeichnet – ein.
Mit dem Modell ›3DUJ-2207‹ hat Mimaki eine Maschine im Portfolio, die sogar in der Lage ist, Volumenmodelle mit mehr als zehn Millionen Farben in einem Bauraum von 203 x 203 x 76 Millimeter (X, Y, Z) zu erzeugen. Diese werden aus extrem feinen Schichten aufgebaut, die bis zu 28 Mikrometer dünn sein können. Beim Modell 3DUJ-553 sind es sogar nur 19 Mikrometer. Entsprechend präzise muss der Tisch in allen Achsen bewegt werden. Zudem muss der Druckkopf wohlüberlegt konstruiert sein, damit die feinen Harztröpfchen exakt dosiert am vorgesehenen Platz aufgetragen werden. Eine dem Druckkopf nachfolgende UV-LED härtet das Photopolymerharz sofort aus.
Für höchste Präzision verfügen die Druckköpfe, je nach Modell, zwischen zwei und vier Düsenreihen, die jeweils eine Breite von 35,6 Millimeter besitzen. Diese Düsen sorgen dafür, dass feinste Tröpfchen erzeugt werden, die es ermöglichen, fein aufgelöste Volumenmodelle additiv aufzubauen. Da Harz von Haus aus klebrig ist, was die extrem feinen Düsen verstopfen könnte, hat Mimaki eine wirkungsvolle Düsenreinigungsroutine in seine Maschinen implementiert, die dies verhindert.
Das besondere Highlight der Mimaki-Anlagen liegt in deren Technik, wie Volumenmodelle aufgebaut werden. Während beispielsweise der Bediener eines mit Filament arbeitenden 3D-Druckers selbst das Stützmaterial mit einplanen muss, ist dies bei Mimaki-Maschinen nicht nötig. Dazu muss man wissen, dass Stützmaterial überall dort notwendig ist, wo eine Unterlage für das aufzutragende Material gebildet werden muss. Dieses Stützmaterial muss nach der Fertigstellung des Teils teilweise manuell entfernt werden.
Bei Mimaki hat man dieses Problem mit einem wasserlöslichen Stützmaterial gelöst. Raffinierterweise berücksichtig die von Mimaki mit den Maschinen ausgelieferte Software ›3D Link‹ das Stützmaterial und fügt es automatisch überall dort ein, wo es nötig ist. Mittels einer wassergefüllten Reinigungsmaschine wird dieses, für das fertige Teil nicht mehr benötigte Material herausgewaschen, was den Druck von 3D-Volumenmodellen erlaubt, die fein abgestufte Strukturen aufweisen und – bei entsprechender Konstruktion – sogar über bewegliche Bestandteile verfügen.
Dieses Stützmaterial wird von der Mimaki-Maschine einem eigenen Behälter entnommen und dem Düsenkopf zugeführt. Insgesamt verfügen Maschinen von Mimaki über große, leicht auswechselbare Harzbehälter in den Farben, Yellow, Magenta, Cyan, Schwarz und Weiß. Zum Drucken durchsichtiger Bereiche – etwa Fenster, Visiere, Brillen oder Glasdächer – ist ein eigener Behälter mit farblosem Harz vorhanden, das diesen Effekt erzeugt. Insgesamt verfügt ein 3D-Drucker von Mimaki somit über acht Harz-Behälter, mit denen es möglich wird, überraschend realistische Volumenmodelle zu erzeugen, die über zehn Millionen Farben aufweisen.
Selbstverständlich können Mimaki-Maschinen auch Modelle drucken, die mit externen 3D-Softwareprogrammen erstellt wurden. Doch ist darauf zu achten, das richtige Ausgabeformat zu wählen, damit die Fähigkeiten von Mimaki-3D-Druckern optimal genutzt werden können:
STL: Von 3D-Systems Ende der 80er Jahre für generative Fertigungsverfahren entwickelt. Bei diesem Dateiformat wird die Oberfläche von 3D-Körpern über Dreiecksfacetten gebildet. Das STL-Format enthält nur Informationen über die Oberfläche. Über die innere Struktur, Farben und Texturen sind keine Informationen enthalten.
OBJ: Das OBJ-Format ist ein offenes, zum Speichern von dreidimensionalen geometrischen Formen geeignetes Dateiformat, das von Wavefront Technologies entwickelt wurde. Es ist im Klartext lesbar und enthält Informationen über Koordinaten und Textur. Sogar JPG-Bilder sowie Materialdateien können in dieses Format eingebunden werden.
PLY: Das Polygon File Format wird zur Speicherung dreidimensionaler Daten verwendet, wie sie beispielsweise 3D-Scanner erzeugen. Das Format ist im Klartext lesbar und beschreibt einzelne Objekte mittels einer Liste von Polygonen.
3MF: Das 3D-Fertigungsformat 3MF ist ein XML-basiertes, im Klartext lesbares Dateiformat, das für additive Fertigungsverfahren vom 3MF-Konsortium ab dem Jahr 2015 ersonnen wurde.
VRML: Die Beschreibungssprache Virtual Reality Modeling Language (VRML) wurde für 3D-Szenen entwickelt. Damit können nicht nur die Geometrie eines Volumenmodells gespeichert werden, sondern sind auch Beleuchtung und Animationen problemlos integrierbar. Zudem können Interaktionsmöglichkeiten umgesetzt werden. Darüber hinaus sind Geräuschquellen in dieses Format einbindbar.
Jedes dieser Dateiformate hat Vor- und Nachteile, wobei die Fähigkeiten der Mimaki-Drucker unter anderem bei Verwendung des OBJ-Formates optimal ausgenutzt werden. Damit ist es Mimaki-Maschinen sogar möglich, Oberflächenstrukturen in die zu druckenden Teile einzubringen, sodass sehr realistische, haptische Rückmeldungen beim Berühren der Modelle möglich werden. Aus diesem Grund sind Mimaki-3D-Drucker, wie etwa das Modell 3DUJ-2207, erste Wahl, wenn es darum geht, realistische Modelle beispielsweise von Häusern, Autos oder Werkzeugen zu präsentieren. Ein 3D-Drucker von Mimaki ist demnach für Werkzeugproduzenten, Maschinenbauer, Architekten oder Modellbauer ausgesprochen interessant, da diese dadurch in die Lage kommen, den eigenen Kunden ein sehr realistisches, erstes Muster eines beabsichtigten Projekts zu präsentieren.
Dabei werden Nutzer einer Mimaki-Maschine nie im Unklaren gelassen, was das auszudruckende Teil hinsichtlich des benötigten Photopolymerharzes an Kosten verursacht, da die Software ›3D Link‹ neben der Druckzeit diese Kosten in Euro und Cent berechnet. Ideal, um entsprechende Angebote abzugeben, die sich am realen Aufwand orientieren.
