Was ist PolyJet-3D-Druck? Der ultimative Leitfaden für 2025

In der Produktentwicklung klafft oft eine große Lücke zwischen Computerdesign und einem realen Objekt, das die gewünschte Vision wirklich widerspiegelt. Testmodelle zu erstellen, die nicht nur gut aussehen, sondern sich auch wie das Endprodukt anfühlen, ist immer eine Herausforderung. Hier kommt die PolyJet-Technologie ins Spiel. Sie ermöglicht die Herstellung erstaunlich realistischer Modelle mit verschiedenen Materialien und in Vollfarbe – schnell und präzise, ​​was Innovationen beschleunigt.

PolyJet ist ein industrielles 3D-Druckverfahren, das Objekte durch das Aufsprühen winziger Schichten flüssigen Kunststoffs auf eine Bauplattform und deren sofortige Aushärtung mit ultraviolettem (UV-)Licht erzeugt. Man kann es sich wie einen hochpräzisen 2D-Tintenstrahldrucker vorstellen, nur dass hier nicht Tinte auf Papier, sondern Schicht für Schicht dreidimensionale Objekte aufgebaut werden. Dieses Verfahren ermöglicht unglaubliche Detailgenauigkeit und die Verwendung verschiedenster Materialien. In diesem Leitfaden erfahren Sie genau, wie PolyJet funktioniert, welche speziellen Materialien zum Einsatz kommen, welche Vorteile und Grenzen es hat, wie es sich im Vergleich zu anderen Technologien schlägt und welche wichtigen Anwendungsgebiete es im Jahr 2025 haben wird.

Die Kerntechnologie

Um Polyjet-3D-Druck wirklich zu verstehen, müssen wir uns den Prozess genauer ansehen. Aus Anwendersicht ist der Workflow sehr reibungslos und computergesteuert. Eine CAD-Datei wird mit erstaunlicher Präzision in ein reales Bauteil umgewandelt. Die eigentliche Magie findet im Inneren der Maschine statt, wo mehrere Schlüsselkomponenten – Druckköpfe, flüssiges Kunststoffharz, UV-Lampen und die Bauplattform – perfekt zusammenarbeiten. Dabei werden zwei Materialarten gleichzeitig aufgesprüht: das Hauptmaterial, aus dem das Bauteil besteht, und ein separates, gelartiges Stützmaterial, das überstehende Konturen stabilisiert und später entfernt wird.

Der schrittweise Prozess

1. Softwarevorbereitung: Der Prozess beginnt mit Ihrer 3D-CAD-Datei. Sobald Sie die Datei in die Druckersoftware geladen haben, positionieren Sie das Modell auf der virtuellen Bauplattform, wählen die Materialien aus und legen deren Position fest. Die Software zerlegt das digitale Modell anschließend in extrem dünne horizontale Schichten, die oft nur wenige Bruchteile eines Millimeters dick sind.

2. Materialauftrag: Der Prozess beginnt, sobald sich der Druckkopf mit seinen Hunderten winziger Düsen über die Bauplattform bewegt. Ähnlich einem Tintenstrahldrucker sprüht er mikroskopisch kleine Tröpfchen flüssigen Kunststoffharzes präzise an die für die jeweilige Schicht benötigten Stellen. Benötigt das Bauteil mehrere Materialien oder Farben, tragen verschiedene Druckköpfe die entsprechenden Harze im selben Druckvorgang auf.

3. Sofortige Aushärtung: Direkt hinter den Druckköpfen befinden sich leistungsstarke UV-Lampen. Sobald das Licht die frisch aufgesprühte Harzschicht trifft, härtet und verfestigt sich diese sofort. Durch diese sofortige Aushärtung sind die Bauteile bereits während des schichtweisen Aufbaus vollständig massiv.

4. Schichtweiser Aufbau: Nach Fertigstellung einer Schicht senkt sich die Bauplattform um einen Bruchteil eines Millimeters – die Dicke einer Schicht. Der Druckkopf fährt dann erneut darüber und trägt die nächste Schicht auf die vorherige auf, die anschließend ausgehärtet wird. Dieser Zyklus wiederholt sich Hunderte oder Tausende Male, bis das gesamte Objekt fertiggestellt ist.

5. Stützmaterialentfernung: Nach dem Druckvorgang wird das Bauteil von der Bauplattform entfernt. Es ist mit dem wachsartigen, gelartigen Stützmaterial bedeckt. Dieses Stützmaterial lässt sich leicht entfernen, typischerweise mit einem Hochdruckwasserstrahl oder durch Auflösen in einer einfachen Reinigungslösung. Zum Vorschein kommt ein glattes, fertiges Bauteil.

Die magische Zutat

Die Flexibilität von PolyJet beruht auf den verwendeten Materialien. Die Technologie nutzt Photopolymere – flüssige Harze, die unter UV-Licht aushärten. Diese Eigenschaft macht sie ideal für den Sprüh- und Aushärtungsprozess. Die eigentliche Stärke liegt jedoch in der großen Vielfalt der verfügbaren Photopolymere und vor allem in der Möglichkeit, diese in einem einzigen Druckvorgang zu kombinieren.

Primäre Materialfamilien

• Starre, massive Werkstoffe: Diese Werkstoffe, oft Teil der Vero-Familie, sind die Arbeitspferde für die Herstellung von Prototypen, die sich wie Serienkunststoffe anfühlen und auch so aussehen. Sie bieten exzellente Detailgenauigkeit, Dimensionsstabilität und eine glatte Oberfläche. Besonders hervorzuheben ist die große Farbauswahl, darunter Cyan, Magenta, Gelb, Schwarz und Weiß, die sich zu Tausenden von Farbtönen mischen lassen.

• Transparente Materialien: Materialien wie VeroClear und RGD720 werden verwendet, um transparente Kunststoffe wie PMMA oder Glas nachzubilden. Sie eignen sich ideal für die Herstellung von Prototypen, bei denen die Sichtbarkeit interner Komponenten erforderlich ist, beispielsweise für die Fluidanalyse, Lichtleiter oder transparente Gehäuse für Unterhaltungselektronik. Diese Materialien können auch mit farbigen Materialien kombiniert werden, um getönte, durchsichtige Bauteile herzustellen.

• Gummiähnliche Werkstoffe: Die Agilus30-Produktfamilie und ähnliche Werkstoffe wurden entwickelt, um die Eigenschaften von Gummi nachzubilden. Sie sind in verschiedenen Härtegraden erhältlich, von weich und flexibel bis hin zu fest und reißfest. Dadurch eignen sie sich ideal für die Prototypenfertigung von Dichtungen, Filmscharnieren, Soft-Touch-Griffen und allen anderen Anwendungen, die flexible Eigenschaften erfordern.

Digitale Materialien

Das ist der entscheidende Unterschied bei PolyJet. Digitale Materialien sind keine vorgemischten Harze, die in den Drucker eingefüllt werden. Stattdessen handelt es sich um Verbundwerkstoffe, die direkt im Drucker erzeugt werden, indem zwei oder drei Basisharze in spezifischen Kombinationen und Mengen auf Tröpfchenebene aufgesprüht werden. Dadurch eröffnet sich ein enormes Spektrum an Möglichkeiten:

• Individuelle Härtewerte: Durch die Mischung eines starren und eines flexiblen Materials lassen sich Dutzende von Zwischenstufen der Flexibilität erzeugen, wodurch sich die Haptik eines Bauteils präzise einstellen lässt.
• Unterschiedliche Farbtöne: Durch die Kombination farbiger Harze lassen sich vollfarbige Modelle mit Farbverläufen und Texturen herstellen, die sich perfekt für hyperrealistische Farb-, Material- und Oberflächenprototypen eignen.
• Kopierverfahren für Umspritzung: In einem einzigen, kontinuierlichen Druckprozess kann ein einzelnes Teil mit starren Abschnitten und weichen, gummiartigen Bereichen gedruckt werden, wodurch ein umspritztes Produkt ohne Montage perfekt kopiert wird.

PolyJet's Edge

Designer und Ingenieure entscheiden sich für PolyJet, wenn es auf konkrete Projektergebnisse ankommt. Die Kernkompetenzen der Technologie tragen direkt dem Bedarf an Realismus, Komplexität und Geschwindigkeit im Produktentwicklungszyklus Rechnung.

Unübertroffener Realismus

Die Möglichkeit, in ultradünnen Schichten zu drucken – teilweise nur 16 Mikrometer dünn – führt zu einer unglaublich glatten Oberfläche, die spritzgegossenem Kunststoff sehr ähnelt. Dadurch reduziert sich der Bedarf an Schleifarbeiten oder anderer manueller Nachbearbeitung, sodass Teams die ästhetischen und ergonomischen Eigenschaften eines Bauteils direkt nach dem Drucken beurteilen können.

Mehrmaterialdruck

Dies ist wohl der größte Vorteil von PolyJet. Die Möglichkeit, ein einzelnes Bauteil mit gemischten Eigenschaften – also starren, flexiblen und transparenten Komponenten – herzustellen, ist bahnbrechend. Ein Prototyp mit allen Farben, Materialien und Oberflächen kann in einem einzigen Druckvorgang gefertigt werden. So erhalten die Beteiligten ein reales Modell, das dem geplanten Endprodukt in Aussehen und Haptik exakt entspricht.

Außergewöhnliche Genauigkeit

PolyJet-Drucker liefern hochauflösende Bauteile mit außergewöhnlicher Maßgenauigkeit, typischerweise innerhalb einer Toleranz von 0,1–0,3 mm, abhängig von Bauteilgeometrie und -größe. Diese Präzision ermöglicht die Herstellung komplexer Geometrien, feiner Texte und anspruchsvoller Innenstrukturen, die mit anderen Technologien nur schwer präzise wiederzugeben sind.

Geschwindigkeit für Prototypen

Obwohl PolyJet hinsichtlich des reinen Bauvolumens pro Stunde nicht immer das schnellste 3D-Druckverfahren ist, eignet es sich hervorragend für die Herstellung hochwertiger, mehrkomponentiger Modelle in einem einzigen, unbeaufsichtigten Druckvorgang. Die Möglichkeit, eine ansonsten mehrteilige und in mehreren Schritten zu fertigende Baugruppe in einem einzigen Druckauftrag zu vereinen, beschleunigt den Designverifizierungs- und Iterationszyklus erheblich.

Eine ausgewogene Sicht

Um eine fundierte Entscheidung treffen zu können, ist es wichtig zu verstehen, wo PolyJet seine Stärken hat und wo andere Technologien besser geeignet sein könnten. Keine Technologie ist für jede Anwendung perfekt, und bei PolyJet gibt es spezifische Aspekte zu beachten.

Mechanische Eigenschaften

Obwohl sie sich hervorragend für visuelle und haptische Prototypen eignen, sind Standard-PolyJet-Photopolymere im Allgemeinen spröder und weisen eine geringere Hitzebeständigkeit auf als Thermoplaste in Produktionsqualität wie ABS, PC oder Nylon. Sie sind typischerweise nicht für anspruchsvolle Funktionstests geeignet, die hohe Belastungen, Stöße oder Ermüdungserscheinungen beinhalten.

Betriebskosten

PolyJet ist eine Technologie für den industriellen Einsatz, was sich in den Kosten widerspiegelt. Die anfängliche Investition in die Ausrüstung ist beträchtlich, und die proprietären Photopolymerharze sind pro Kilogramm teurer als die Filamente, die beim FDM-Verfahren verwendet werden, oder die Pulver, die beim SLS-Verfahren zum Einsatz kommen. Dies führt in der Regel zu höheren Kosten pro Bauteil.

UV-Empfindlichkeit

Da es sich bei PolyJet um ein Fotopolymer handelt, können die hergestellten Teile empfindlich auf längere Einwirkung von Sonnenlicht oder anderen UV-Quellen reagieren. Mit der Zeit kann diese Einwirkung zu Farbveränderungen, erhöhter Sprödigkeit oder veränderten mechanischen Eigenschaften des Materials führen. Darüber hinaus erfordert der Arbeitsablauf einen Nachbearbeitungsschritt zum Entfernen des Stützmaterials, der zwar unkompliziert ist, aber den Gesamtprozess verlängert.

PolyJet im Vergleich zu anderen

Die Wahl der richtigen 3D-Drucktechnologie hängt ganz von den Hauptanforderungen Ihrer Anwendung ab. Geht es um Festigkeit, Oberflächengüte, Materialkomplexität oder Kosten? Die folgende Tabelle bietet einen praktischen Vergleich, der Ihnen bei dieser Entscheidung im Jahr 2025 helfen soll.

Vergleichstabelle

Besonderheit	PolyJet	SLA (Stereolithographie)	FDM (Fused Deposition Modeling)	SLS (Selektives Lasersintern)
Grundprinzip	Materialspritzen	Bottichhärtung	Materialschmelze	Pulverbettfusion
Oberflächenbeschaffenheit	Exzellent	Sehr gut	Mittelmäßig/Gut	Gut
Auflösung/Detail	Exzellent	Exzellent	Gut	Sehr gut
Materialvielfalt	Ausgezeichnet (Mehrschichtmaterial)	Gut (Harze)	Ausgezeichnet (Thermoplaste)	Gute (Polymere)
Mechanische Festigkeit	Messe (für Prototypen)	Mittelmäßig bis gut	Gut bis ausgezeichnet	Exzellent
Kosten pro Teil	Hoch	Mittel-Hoch	Niedrig	Mittel-Hoch
Am besten geeignet für	Hyperrealistische Prototypen, medizinische Modelle, Abformungen	Detaillierte Prototypen, Gussmuster	Kostengünstige Prototypen, funktionale Teile	Langlebige Funktionsteile, komplexe Geometrien

Wo PolyJet seine Stärken ausspielt

Der wahre Wert des Polyjet-3D-Drucks zeigt sich in Anwendungen, in denen Realismus und Materialkomplexität einen deutlichen Vorteil bieten. Im Jahr 2025 sind seine Anwendungsfälle fortschrittlicher und integrierter als je zuvor.

Fortgeschrittenes Prototyping

Dies ist nach wie vor die Hauptanwendung von PolyJet. Stellen Sie sich ein Team vor, das eine neue High-End-Kaffeemaschine entwickelt. Sie können ein einzelnes Modell drucken, das ein robustes, glänzend schwarzes Gehäuse, einen transparenten Wasserbehälter und weiche, gummiartige Tasten aufweist. Dieser Prototyp hinsichtlich Farbe, Material und Oberfläche ermöglicht es ihnen, Ästhetik, Ergonomie und Passgenauigkeit zu beurteilen, lange bevor sie in teure Produktionswerkzeuge investieren.

Medizin und Zahnmedizin

Die Medizinbranche setzt aufgrund der hohen Präzision und der vielfältigen Materialmöglichkeiten stark auf PolyJet. So kann beispielsweise ein Medizintechnikunternehmen im Jahr 2025, das ein neues chirurgisches Instrument entwickelt, mit PolyJet ein Modell drucken, das einen starren, farbigen Griff mit einem transparenten Bereich zur Darstellung der internen Mechanismen und einem weichen, gummiartigen Griff kombiniert. Dadurch erhalten Chirurgen direktes Feedback zu Ergonomie und Funktion. PolyJet wird auch häufig zur Erstellung patientenspezifischer anatomischer Modelle aus CT-Scans eingesetzt, wobei verschiedene Farben und Materialien Knochen-, Muskel- und Gefäßstrukturen für die Operationsplanung differenzieren können.

Vorrichtungen und Lehren

In der Fertigung sind Geschwindigkeit und individuelle Anpassung entscheidend. PolyJet wird zur schnellen Herstellung kundenspezifischer Vorrichtungen und Lehren für Montagelinien eingesetzt. Die Möglichkeit, weiche, kratzfeste Oberflächen oder ergonomische Griffe direkt in ein robustes Werkzeug zu integrieren, verbessert sowohl den Bedienkomfort als auch die Produktionsqualität.

Spritzgussformen für Kleinserien

Mithilfe fortschrittlicher, hochtemperaturbeständiger digitaler Materialien können Unternehmen Formen für Kleinserien im Spritzgussverfahren im 3D-Druckverfahren herstellen. Diese Anwendung ist ideal für die Fertigung von 10 bis 100 Teilen aus einem hochwertigen thermoplastischen Kunststoff. Sie verkürzt die Werkzeugerstellungszeit drastisch von Wochen auf Tage und ermöglicht so Pilotläufe und Markttests mit serienreifen Teilen zu einem Bruchteil der üblichen Kosten.

Die Zukunft von PolyJet

Die PolyJet-Technologie entwickelt sich rasant weiter. Mit Blick auf die Zeit nach 2025 prägen mehrere Schlüsseltrends ihre Zukunft und treiben sie von einem Prototyping-Werkzeug hin zu einer praktikablen Fertigungslösung. Marktanalysen prognostizieren ein starkes Wachstum für den Photopolymer-Spritzsektor. Der Marktwert dürfte bis 2030 dank Innovationen bei Materialien und Software deutlich steigen.

Materielle Durchbrüche

Forschung und Entwicklung konzentrieren sich intensiv auf die Erweiterung des Materialportfolios. Wir erwarten die Markteinführung langlebigerer, technischer Kunststoffe, die die Festigkeit und Langlebigkeit von Serienkunststoffen besser nachbilden. Fortschritte bei biokompatiblen Materialien für direkt anwendbare Medizinprodukte sowie nachhaltigere, recycelbare Photopolymere werden die Anwendungsmöglichkeiten zudem erweitern.

Software, KI und Automatisierung

Die Integration künstlicher Intelligenz optimiert den Arbeitsablauf. KI-Algorithmen werden entwickelt, um die Bauteilausrichtung automatisch zu optimieren, effiziente Stützstrukturen zu erzeugen und den Materialverbrauch zu minimieren. Auf Hardwareseite wird die verstärkte Automatisierung der Nachbearbeitung, beispielsweise durch berührungslose Systeme zum Entfernen von Stützstrukturen, den Prozess von der Datei bis zum fertigen Bauteil weiter beschleunigen.

Expansion in die Fertigung

Während die Prototypenfertigung weiterhin eine Kernkompetenz bleibt, findet PolyJet zunehmend Anwendung in der Fertigung von Endprodukten. In Branchen, in denen Individualisierung und ästhetische Qualität entscheidend sind – wie beispielsweise Konsumgüter, Audiologie und Luxusartikel – macht die Möglichkeit, Kleinserien hochkomplexer, aus mehreren Materialien gefertigter Teile herzustellen, PolyJet zu einer attraktiven Option für die Serienproduktion.

Ist PolyJet das Richtige für Sie?

PolyJet hat sich als unverzichtbares Werkzeug für professionelle Designer und Ingenieure etabliert. Drei Säulen prägen seine Identität: unübertroffener Realismus, die Fähigkeit zur Verarbeitung verschiedener Materialien und höchste Präzision. Wie keine andere Technologie schlägt es die Brücke zwischen digitalen Konzepten und der physischen Realität.

Bei der Entscheidung, ob es das Richtige für Ihr nächstes Projekt ist, sollten Sie diese einfachen Richtlinien berücksichtigen.

Wählen Sie PolyJet, wenn Ihre Priorität folgende ist:
* Höchstmöglicher Realismus und Oberflächengüte.
* Herstellung von Teilen mit mehreren Materialien, Farben oder Flexibilitätsgraden in einem einzigen Druckvorgang.
* Überprüfung des Aussehens, der Haptik und der Ergonomie des Endprodukts.

Ziehen Sie andere Technologien in Betracht, wenn Ihr Hauptbedarf darin besteht:
* Hohe mechanische Festigkeit und Haltbarkeit für Funktionstests.
* Die niedrigstmöglichen Kosten pro Teil.

In der schnelllebigen Welt der modernen Produktentwicklung ist die Fähigkeit, ein Design schnell und präzise zu validieren, ein entscheidender Wettbewerbsvorteil. PolyJet bietet genau das und festigt damit seine Rolle als Eckpfeiler des professionellen 3D-Druck-Ökosystems.