Rezension: Formlabs Fuse 1 & Fuse Sift

Die 3D-Druckindustrie bewertet den 3D-Drucker Formlabs Fuse 1 und das Nachbearbeitungssystem Fuse Sift.

Formlabs mit Sitz in Somerville, Massachusetts, ist zweifellos einer der größten Namen im professionellen SLA-3D-Druck. Nachdem das Unternehmen vor fast einem Jahrzehnt sein ursprüngliches Form 1-System auf den Markt gebracht hatte, hat es seitdem ein umfangreiches Portfolio an harzbasierten 3D-Druckern wie den Form 3+, Form 3B+, Form 3L und Form 3BL auf den Markt gebracht.

Erst letztes Jahr expandierte Formlabs jedoch mit der Einführung des Fuse 1, dem ersten selektiven Lasersinter-(SLS)-3D-Drucker des Unternehmens, in einen neuen Markt. Basierend auf über sieben Jahren Forschung und Entwicklung wurde der Fuse 1 als weltweit erstes SLS-Tischgerät in Industriequalität vermarktet, das hohe Leistung mit einer kompakten Stellfläche kombiniert.

Das System ist als zugängliches Angebot für Ingenieure, Designer und Hersteller gedacht, die sowohl funktionale Prototypen als auch Polymerproduktion für den Endverbrauch anstreben – und das alles zu einem Bruchteil der Kosten traditioneller SLS-Konkurrenzprodukte.

Als Ergänzung zum 3D-Drucker hat Formlabs auch den Fuse Sift auf den Markt gebracht, ein Nachbearbeitungssystem zur Verwendung mit dem Fuse 1. Wir haben die Büros des in Großbritannien ansässigen 3D-Drucker-Anbieters Solid Print3D besucht, um beide Geräte zu testen. Schauen Sie sich lieber ein Video an dieser Rezension? Klicken Sie hier für den Testbericht der 3D-Druckindustrie zum Formlabs Fuse 1.

Der Fuse 1 – SLS-3D-Druck verkleinert

Eines der auffälligsten Dinge am Fuse 1 ist sein kompakter Rahmen. Im Vergleich zu anderen SLS-3D-Druckern ist das System äußerst platzsparend und misst nur 645 x 685 x 1070 mm (1655 mm hoch mit Ständer). Außerdem ist es relativ leicht und wiegt 114 kg ohne Baukammer oder Pulver. Daher fühlt sich der Fuse 1 wahrscheinlich in fast jeder überfüllten Werkstatt zu Hause und ist tragbar genug, um ihn ohne großen Aufwand herumzurollen.

Die Maschine verfügt über ein Vollmetallgehäuse mit einer Tür an der Vorderseite, die den Zugang zum Baubereich ermöglicht. Die geschlossene Baukammer kann auf 200 °C erhitzt werden und verfügt sogar über einen austauschbaren Aktivkohle-HEPA-Filter für den sicheren Betrieb in Innenräumen. In diesem Fall ist eine beheizte Baukammer von entscheidender Bedeutung, um Probleme mit der Materialkontraktion zu vermeiden und sicherzustellen, dass sich die Teile beim Drucken nicht verziehen.

Formlabs hat den Fuse 1 mit einem Bauvolumen von 165 x 165 x 300 mm ausgestattet, was bedeutet, dass Benutzer 8,17 Liter Arbeitsraum zum Spielen haben. Der Pulvertank oder Trichter hat eine maximale Beladung von 8,5 kg, was ausreichend Pulverkapazität für das bereitgestellte Bauvolumen darstellt. Darüber hinaus ist die Baukammer modular aufgebaut und kann vollständig entfernt werden. Dies ermöglicht es Benutzern, die Baukammer zur Sift-Nachbearbeitungsstation zu übertragen, ohne das gedruckte Teil überhaupt zu sehen, was die Entfernung und das Recycling des Pulvers zum Kinderspiel macht. Mehr dazu später.

Als Energiequelle verfügt der Fuse 1 über eine 10-W-Ytterbiumfaser-Laserdiode mit einer Wellenlänge von 1065 nm, einer Strahldivergenz von 4,01 mrad und einer Punktgröße von 200 Mikrometern. Derzeit ist das System in der Lage, zwei verschiedene Polymermaterialien (Nylon 11 und Nylon 12) in 3D zu drucken, und Formlabs arbeitet intensiv daran, das Angebot an kompatiblen Pulvern zu erweitern.

Was das Steuerungssystem betrifft, so hat das Unternehmen einen eigenen Satz kundenspezifischer Galvanometer implementiert, die auf einem Polarkoordinatensystem arbeiten. Dabei bewegt sich der Laser auf der X- und Y-Achse, während sich das Bett auf der Z-Achse bewegt. Das System verwendet eine Walze, um nach dem Drucken jeder Schicht eine frische Pulverschicht auf das Pulverbett aufzutragen, im Gegensatz zur Verwendung einer statischen Klinge. Der Einsatz der Walze ermöglicht eine verbesserte Pulverpackung und eine gleichmäßigere Pulververteilung, was für die Erzielung hoher Teilequalitäten entscheidend ist.

Auf der Elektronikseite verfügt der Fuse 1 über einen 10,1-Zoll-Vollfarb-Touchscreen auf der Vorderseite (Auflösung 1280 x 800). Der Touchscreen beherbergt nicht nur alle Kernfunktionen des Druckers, einschließlich Druckerkalibrierung, Dateiverwaltung und Bauverwaltung, sondern dient auch als Live-Videoübertragung zur Überwachung des Inneren der Baukammer, während ein Teil gedruckt wird. Wir empfanden die Benutzeroberfläche als äußerst raffiniert und einfach zu navigieren mit minimaler Latenz – hier gibt es nichts zu kritisieren. Zu den Konnektivitätsoptionen gehören USB, WLAN und Ethernet. Sie können also frei entscheiden.

Der Fuse Sift – stressfreie Nachbearbeitung

In Verbindung mit dem Fuse 1 ist der Fuse Sift ein automatisiertes Nachbearbeitungssystem zum Entpulvern von 3D-gedruckten Polymerteilen. Es enthält alle notwendigen Werkzeuge zum Auspacken des Builds, zum Reinigen der Teile und zur Wiederverwendung von ungesintertem Pulver. Der von einer transparenten Acrylscheibe geschützte Arbeitsbereich ist gut durchdacht und alle einzelnen Stationen übersichtlich angeordnet. Wir werden uns jede dieser Stationen genauer ansehen und erklären, wie sie alle funktionieren.

Sobald der Benutzer die Baukammer des Fuse 1 in den Fuse Sift überführt, kommen das gedruckte Teil und der Berg aus nicht geschmolzenem Pulver (auch bekannt als Kuchen) mithilfe eines Aufzugs aus der linken Seite des Arbeitsbereichs heraus.

Anschließend wird das Teil in die Mitte des Arbeitsraums bewegt, wo sich das Sieb befindet – hier erfolgt die Pulverentfernung. Das Sieb besteht aus einem breiten Gitter aus kleinen Löchern, die ungenutztes Pulver durchlassen und größere Pulverklumpen auffangen, die erhitzt und miteinander verschmolzen wurden. Das durchfallende Pulver wird in einem Trichter direkt darunter gelagert, wo es bald mit frischem Pulver recycelt und wiederverwendet wird.

Um das Entfernen des Pulvers zu erleichtern, ist es praktisch, den im Lieferumfang enthaltenen Staubsauger zu verwenden. Das Pulver, das unweigerlich über den gesamten Arbeitsbereich verteilt wird, wird schnell entfernt. Reinigen Sie den Sift (und Fuse 1) daher unbedingt nach jedem Bauvorgang gründlich.

Sobald der größte Teil des Pulvers von den Teilen entfernt wurde, kann es sein, dass kleine Ecken und Winkel immer noch mit nicht geschmolzenem Pulver beladen sind. Um Abhilfe zu schaffen, ist der Fuse 1 auch mit einer Reihe kleinerer Handwerkzeuge ausgestattet, die bei der Bearbeitung komplizierterer Teilegeometrien, einschließlich Bürsten und nadelähnlicher Spitzen, helfen können.

Auf der rechten Seite des Arbeitsbereichs befindet sich schließlich der Frischpulvertank. Hier können Benutzer den Fuse Sift mit frischem Nylonpulver füllen, um es mit dem zuvor an der Siebstation zurückgewonnenen gebrauchten Pulver zu recyceln. Der Tank ist mit einer Gummidichtung ausgestattet, um zu verhindern, dass sich verbrauchtes Pulver vorzeitig mit dem frischen Pulver vermischt.

Um den Fuse 1 3D-Drucker anschließend wieder aufzufüllen, muss der Nutzer eine leere Pulverkartusche in die Kartuschenschublade des Fuse Sift füllen. Derzeit empfiehlt Formlabs eine Materialauffrischungsrate von 30 % – 50 % (das bedeutet die Verwendung von 30 % frischem PA12-Pulver und 50 % frischem PA11-Pulver). Der Sift ist mit einem Rotationssystem ausgestattet, mit dem gefüllte Kartuschen gemischt werden können, bis eine gleichmäßige Pulververteilung erreicht ist. Befestigen Sie einfach die gefüllte Kartusche am Rotationssystem und aktivieren Sie den Mechanismus für zehn Minuten über den Touchscreen. Nach dem Mischen kann die homogene Pulverkartusche zum Befüllen des Trichters des Fuse 1 verwendet werden. Ganz einfach.

Alles in allem hält der Fuse Sift, was er verspricht, und funktioniert hervorragend. Formlabs hat den Arbeitsablauf des Nachbearbeitungssystems sehr sorgfältig so gestaltet, dass er intuitiv ist und das Leben der Techniker überall so stressfrei wie möglich macht. Ähnlich wie beim Fuse 1 ist die Benutzeroberfläche des Sift fachmännisch auf Einfachheit und Eleganz ausgelegt, ohne dabei ihre Vollständigkeit zu verlieren. Das System als Ganzes ist sehr effizient und wir hatten viel Spaß damit.

Was Sie bei der Verwendung des Fuse 1 beachten sollten

Die Kombination aus Fuse 1 und Fuse Sift sorgt für einen sehr optimierten End-to-End-SLS-3D-Druck-Workflow, bei der Verwendung dieser Systeme sind jedoch einige Dinge zu beachten.

Zunächst ist es wichtig, den Standort von Fuse 1 und Fuse Sift in der Werkstatt sorgfältig zu prüfen. Die in SLS verwendeten Pulver sind extrem fein und anfällig für Verunreinigungen. Daher ist es wichtig, dass der Arbeitsbereich frei von potenziellen Verunreinigungen wie Staub oder Abfällen anderer Maschinen ist. Beispielsweise sollte keines der Systeme neben einer Sandstrahlmaschine aufgestellt werden, da der Sand das Nylon im Pulverbett sehr leicht verunreinigen könnte.

Aufgrund der Feinheit der Pulverpartikel wird außerdem empfohlen, stets angemessene PSA zu tragen, wenn Sie Pulver in der Luft ausgesetzt sind. Bei der Verwendung von Sift oder einem Media Blaster sollten Sie mindestens immer eine Maske dabei haben. Der Arbeitsbereich sollte außerdem gut belüftet sein, um eine insgesamt sichere Arbeitsumgebung im Innenbereich zu gewährleisten.

Sobald die richtigen Sicherheitsmaßnahmen getroffen wurden, ist es wichtig zu erkennen, dass es sich bei SLS um einen heißen Prozess handelt. Der Fuse 1 braucht etwa eine Stunde, um seine Baukammer aufzuheizen, bevor er den Laser tatsächlich einschaltet, obwohl dieser Aufheizvorgang vor dem Druck automatisch erfolgt. Sobald ein Bauvorgang abgeschlossen ist, müssen Sie ihn abkühlen lassen, bevor Sie die Baukammer zum Fuse Sift überführen.

Die Wartung des Druckers ist ein unvermeidlicher Bestandteil des 3D-Drucks. Die meisten Probleme, die beim Fuse 1 auftreten, sind auf zwei der Schlüsselkomponenten des Druckers zurückzuführen: den IR-Sensor und die optische Kassette. Der IR-Sensor misst die Temperatur des Pulvers, während die Kassette das Element ist, durch das die Infrarotwellen und der Laserstrahl das Pulverbett erreichen. Die Sauberkeit dieser beiden Komponenten zwischen den Druckvorgängen sollte oberste Priorität haben, da sonst mit falschen Temperaturmesswerten und einem abgelenkten Laserstrahl zu rechnen ist – ein Rezept für Druckfehler. Der Standardreinigungsprozess erfordert ein schnelles Abwischen mit Ethanol.

Wenn Sie schließlich auf ein Problem stoßen, das Sie nicht selbst lösen können, können Sie sich jederzeit direkt an Formlabs wenden, damit diese die Protokolldatei Ihres Computers einsehen können, um das Problem zu analysieren. Der Kundenservice des Unternehmens ist einer der besten, die wir je erlebt haben. Wir würden es vorziehen, wenn Formlabs dem Benutzer auch erlauben würde, selbst auf die Protokolldateien zuzugreifen, aber das ist letztendlich ein kleiner Kritikpunkt an einem hervorragenden Kundendienst.

PreForm-Schneidsoftware

Formlabs bietet eine eigene Slicing-Software zur Verwendung mit dem Fuse 1 – PreForm. Für diejenigen, die bereits Formlabs-Systeme verwendet haben: Dies ist die gleiche Slicing-Software, die die SLA-3D-Drucker des Unternehmens ergänzt.

Das Druckvorbereitungsprogramm ist einfach zu verwenden und verfügt über eine ausgefeilte, übersichtliche Benutzeroberfläche. Auf der linken Seite des Ansichtsfensters befinden sich die grundlegenden Übersetzungs-, Rotations- und Neuskalierungsfunktionen, die standardmäßig in allen 3D-Druck-Slicern enthalten sind, während auf der rechten Seite die Auftragsinformationen und die Liste der im Build enthaltenen Modelle angezeigt werden.

Eines der Hauptverkaufsargumente von PreForm ist, dass es nur über einen Satz vordefinierter Prozessparameter verfügt, die nicht geändert werden können. Während dies für fortgeschrittene Benutzer, die gerne an den Einstellungen herumbasteln, wie ein Albtraum klingen mag, bedeutet es, dass es keinen Raum für menschliches Versagen gibt. Die von Formlabs gewählten Parameter funktionieren außergewöhnlich gut und führen jedes Mal zu qualitativ hochwertigen Drucken, obwohl das System nur mit den firmeneigenen Nylonpulvern kompatibel ist.

Der Slicer bietet Ein-Klick-Drucken, eine intelligente Funktion, die die ausgewählten 3D-Modelle automatisch im Baubereich verschachtelt, um sowohl den Pulververbrauch als auch die Druckzeit zu minimieren. Darüber hinaus füllt der Drucker die Baukammer nur bis zum höchsten Punkt der verschachtelten Modelle, sodass kein überschüssiges Pulver erforderlich ist. Benutzer werden auch die Stapelfunktion als besonders nützlich empfinden – insbesondere auf einer SLS-Maschine – da sie dabei hilft, das Build-Volumen voll auszunutzen.

Darüber hinaus können Benutzer ihre Fuse 1-Drucker mit der Online-Dashboard-Plattform des Unternehmens verbinden, die nützliche Details zu vergangenen, in der Warteschlange stehenden und fehlgeschlagenen Builds, den Status der angeschlossenen Drucker und den Materialverbrauch in jedem Druckauftrag bietet. Dies hat sich als äußerst nützliches Tool zur Workflow-Übersicht erwiesen.

Was die Softwareleistung betrifft, gibt es überhaupt nicht viel zu bemängeln. Der PreForm-Slicer ist schnell, fehlerfrei und reaktionsschnell, genau wie wir ihn mögen.

Benchmarking des Fuse 1 3D-Druckers

Jetzt ist es Zeit für den Benchmarking-Teil des Tests, in dem wir uns an die Arbeit machen und die reine Druckleistung des Fuse 1 3D-Druckers bewerten.

Wir beginnen mit einem Kreisbahntest, der die Wiederholbarkeit des 3D-Druckers sowohl in der X- als auch in der Y-Achse bestimmen soll. Durch die Untersuchung der Normalverteilung der Durchmesser der konzentrischen Kreise (20 mm, 65 mm, 100 mm) können wir sagen, dass der Drucker eine ausreichende Wiederholgenauigkeit bietet, wenn der Mittelwert der Differenz unter 0,1 mm und die Standardabweichung unter 0,05 mm liegt. Unsere Messgeräte haben eine Genauigkeit von ±0,015 mm.

Der Fuse 1 zeigte hier eine hervorragende Wiederholgenauigkeit mit einem durchschnittlichen Versatz von 0,0331 mm für die X-Achse und 0,0285 mm für die Y-Achse, was einem Durchschnitt von 0,0308 mm für beide Achsen entspricht. Auch die durchschnittliche Standardabweichung betrug nur 0,0395 mm, was ein fantastisches Ergebnis ist. Zum Vergleich: Industrielle 3D-Drucksysteme weisen häufig Maßgenauigkeiten von bis zu 0,1 mm auf, was sie für die hochpräzise Fertigung in kritischen Branchen wie der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie qualifiziert.

Nachfolgend finden Sie die Glockenkurven für die besten und schlechtesten Kreise im Test – Kreis drei für die X-Achse und Kreis zwei für die X-Achse. Im besten Fall liegen 99,6 % der von diesem 3D-Drucker hergestellten 100-mm-Kreise zwischen 99,93 mm und 100,07 mm. Im schlimmsten Fall sind 99,6 % der von diesem 3D-Drucker gefertigten 65-mm-Kreise zwischen 64,74 mm und 65,21 mm groß.

Drucktests für Automobil-Prototypen

Als nächstes beauftragten wir den Fuse 1 mit dem 3D-Druck von drei verschiedenen Prototypenteilen, um zu sehen, wie sich das System in einer realen Automobilfertigungsumgebung schlagen würde: einen Miniaturmotorblock, einen Auspuffkrümmer und ein dekoratives Modell eines Autos. Alle Modelle in diesem Abschnitt sind statisch, das heißt, sie enthalten keine beweglichen Teile.

Der V6-Motorblock und der Abgaskrümmer sind typischerweise Teile, die ein Automobilhersteller in der Entwurfsphase eines neuen Modells als Prototypen anfertigt. In diesem Fall weisen beide Objekte interne Hohlräume und eine Fülle von Löchern auf, anhand derer wir beurteilen können, wie der Fuse 1 komplexe Geometrien ohne Stützstrukturen druckt. Zu unserer großen Freude konnte sich das System hier hervorragend behaupten und beide Teile wurden ohne Mängel gedruckt. Auch alle Löcher wurden erfolgreich mit maßgenauen Durchmessern und Abmessungen hergestellt.

Bei dem Modellauto handelt es sich hingegen um einen 1954 MG TF. Es wurde von Benjamin Keyser von Solid Print3D entworfen, gedruckt und bemalt. Auch hier waren wir von der Leistung des Fuse 1 sehr beeindruckt, da er zeigte, wie effektiv er bei der Erstellung hochdetaillierter Ausstellungsmodelle ist.

Drucktests für Endverbrauchsteile

Anschließend testen wir den Fuse 1 mit zwei weiteren statischen Drucktests auf Herz und Nieren, nur dass die Teile dieses Mal für Endanwendungen konzipiert sind. Das erste ist ein Leiterplattengehäuse und das andere ist eine kundenspezifische Strukturkomponente, die dazu dient, zwei Rohre miteinander zu verbinden.

Es überrascht nicht, dass der Fuse 1 erneut lieferte – sowohl das Elektronikgehäuse als auch die Verbindungskomponente wurden nahezu fehlerfrei gedruckt. Die Teile erwiesen sich direkt aus der Baukammer als einsatzbereit, mit minimalem Nachbearbeitungsaufwand und rundum hervorragender Oberflächengüte. Der optimierte Druckworkflow gepaart mit den zuverlässigen und verfeinerten Verarbeitungsparametern des PreForm-Slicers machen den Fuse 1 zu einem idealen System für funktionale Anwendungen in kleinen Auflagen.

Dynamische Drucktests

Schließlich haben wir uns an einer Reihe dynamischer Drucktests mit beweglichen Teilen versucht – einem funktionellen Aufhängungssystem, einem Puzzlewürfel und einem Planetengetriebesystem. Es ist hier erwähnenswert, dass jedes der Modelle vor Ort gedruckt wurde, was bedeutet, dass sie vollständig zusammengebaut hergestellt wurden, obwohl sie technisch gesehen aus mehreren einzelnen Komponenten bestanden. Durch dynamische Drucke wie diese können wir feststellen, wie eng die Toleranzen eines 3D-Druckers sind, da die Gesamtfließfähigkeit der Baugruppen sehr einfach beurteilt werden kann.

Das Federungssystem ist gelinde gesagt wunderbar gelungen. Um den vollen Bewegungsumfang zu erreichen, mussten wir um die Gelenke wackeln, um den gesamten losen Puder herauszubekommen, aber sobald wir den Mechanismus eingefahren hatten, funktionierte er wie vorgesehen mit den sanftesten Bewegungen.

Der 3D-gedruckte Puzzlewürfel war zweifellos eines der spektakulärsten Objekte, die wir mit dem Fuse 1 drucken konnten. Aufgrund der Kompliziertheit des Modells mussten wir es zerlegen, um das gesamte Pulver darin zu entfernen, aber als wir es laufen ließen, explodierte es Beim Zusammenbau mit einem Sandstrahlgerät ist alles genau so geworden, wie wir es uns vorgestellt hatten. Am beeindruckendsten ist, dass es dem Fuse 1 gelungen ist, jedes einzelne der winzigen Bauteile zu drucken, ohne versehentlich eines davon zu verschmelzen, trotz der extrem engen Abstände in den Fugen und Spalten. Der Erfolg des Puzzle-Würfels ist ein Beweis für die Präzision der Laser und Galvanometer des Systems.

Ebenso hat der Drucker mit dem Planetengetriebe hervorragende Arbeit geleistet. Jedes der Zahnräder war fehlerfrei, hatte saubere Oberflächen und passte gut in den Rest der Baugruppe. Alles in allem ein sehr starker Abschluss für den Fuse 1.

Das Urteil

Formlabs baute seine marktführende Position im SLA-Sektor aus und hat ein unglaubliches SLS-3D-Druck-Debüt hingelegt. Der Fuse 1 hält sein Versprechen eines zugänglichen und kostengünstigen SLS-Erlebnisses wahr und verbindet Druckqualität auf Industrieniveau mit einer praktischen, verkleinerten Stellfläche. Über einen einfachen Satz robuster Hardwarekomponenten hinaus bietet das System eine hochentwickelte Benutzeroberfläche, eine überschaubare Lernkurve und eines der besten Wiederholbarkeitsprofile, die wir je hier bei 3D Printing Industry getestet haben.

Dann gibt es noch den Fuse Sift. In Verbindung mit dem Fuse 1 macht die Nachbearbeitungsstation die Pulverentfernung und das Recycling so rational wie möglich, was zu einem gut konzipierten, vollständig durchgängigen SLS-3D-Druck-Workflow führt.

Was Einschränkungen und Mängel betrifft, dachten wir, dass die Option, 3D-Druckpulver von Drittanbietern zu nutzen, großartig gewesen wäre. Derzeit können Benutzer von Fuse 1 nur Nylonteile drucken, Formlabs arbeitet jedoch derzeit an der Erweiterung seines Pulverangebots. Wir würden auch argumentieren, dass die Option, mit den Slicing-Parametern herumzuspielen oder benutzerdefinierte Druckprofile zu importieren, zu bisher nicht dagewesenen Innovationen führen könnte.

Letztendlich sind Fuse 1 und Sift ein beeindruckendes Duo, und jegliche Kritik wird durch den schieren Wert, den diese Systeme bieten, in den Schatten gestellt. Das sorgfältig zusammengestellte Paket von Formlabs ist perfekt für alle, die einen zugänglichen, aber umfassenden Einstieg in den SLS-3D-Druck suchen.

Technische Spezifikationen

Kaufen Sie hier den Fuse 1 und den Fuse Sift. Der Fuse 1 kostet 18.499 US-Dollar, während das komplette Setup bei 31.845 US-Dollar beginnt.

Besonderer Dank geht an Solid Print3D für die Erlaubnis, ihre Einrichtungen zu besuchen und die für diese Überprüfung erforderlichen Tests durchzuführen.

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Das abgebildete Bild zeigt den 3D-Drucker Fuse 1. Foto von 3D Printing Industry.

Kubi Sertoglu hat einen Abschluss in Maschinenbau und verbindet eine Affinität zum Schreiben mit einem technischen Hintergrund, um die neuesten Nachrichten und Rezensionen zur additiven Fertigung zu liefern.