A evolução da tecnologia de impressão 3D da HP:do polímero ao metal AM

A HP está avançando a toda velocidade com sua estratégia de impressão 3D. Desde sua primeira incursão na Manufatura Aditiva (AM) em 2016, a empresa lançou vários sistemas de impressão 3D de polímero e, mais recentemente, introduziu a tecnologia Metal Jet.

Para acompanhar os avanços na impressão 3D da HP, exploramos a seguir a evolução de sua tecnologia e o que isso significa para o futuro da indústria de impressão 3D.

Mergulhando na impressão 3D

A impressão 3D tem muitas barreiras de entrada, do ponto de vista econômico, tecnológico e da força de trabalho. Por exemplo, muitas impressoras 3D industriais ainda estão atrás dos equipamentos tradicionais em termos de velocidade e eficiência. Depois, há também uma curva de aprendizado acentuada para dominar o AM. Mas a maior barreira para a adoção talvez esteja no investimento substancial necessário para colocar o AM no chão de fábrica.

A HP começou sua jornada AM para democratizar a impressão 3D, dando às empresas velocidades de construção radicalmente mais rápidas, peças funcionais de alta qualidade e economia revolucionária.

Essa jornada levou ao lançamento do Multi Jet Fusion em 2016.

HP Multi Jet Fusion (MJF) é uma tecnologia Powder Bed Fusion (PBF), o que significa que usa pó plástico para criar peças. O processo MJF começa espalhando uma fina camada de pó na mesa da impressora.

Um agente de fusão, projetado para absorver a energia infravermelha, é espalhado pela cama traçando os contornos da peça.

Esta etapa é seguida pela aplicação de luz infravermelha que aquece as áreas com o agente de fusão, fusão e pó de fusão nessas áreas. Camada por camada, o processo é repetido, construindo lentamente a peça. Com a sua tecnologia MJF, a HP introduziu uma nova referência na impressão 3D de polímero PBF. Por um lado, as máquinas MJF alcançam propriedades mecânicas mais consistentes, velocidade de processo mais rápida e maior precisão do que processos semelhantes como a sinterização seletiva a laser (SLS).

Ao comparar o custo das peças MJF e SLS, Xometria, um mercado de manufatura online, descobriu que produzir uma peça usando MJF custa 30 por cento menos para imprimir do que sua contraparte SLS. E essa diferença aumenta conforme o volume das peças aumenta, devido à capacidade da impressora HP MJF de imprimir várias peças simultaneamente.

A caminho da impressão 3D de polímero industrializado

Revolucionária em muitos aspectos, a tecnologia MJF da HP foi voltada para a prototipagem funcional e produção de volume desde o início.

O primeiro sistema Jet Fusion (JF) 3D 4200 da empresa, lançado no final de 2016, ganhou a reputação de uma das melhores máquinas de produção de baixo volume em sua classe de sistemas PBF.

Composto pela impressora, a estação de resfriamento e duas unidades construídas, o sistema JF 4200 visa agilizar ao máximo as etapas de impressão e pós-processamento.




As unidades de montagem intercambiáveis ​​são particularmente úteis, pois permitem um processo de impressão contínuo, podendo ser movidas da impressora diretamente para a estação de pós-processamento para resfriamento e limpeza assim que a impressão for concluída.

Graças ao foco na produção e na qualidade, o sistema foi bem recebido no mercado. Por exemplo, o relatório Digital Manufacturing Trends Q2 / 2018 da 3D Hubs, a plataforma global de manufatura como serviço, classificou o HP Jet Fusion 3D 4200 como número 2, de acordo com sua classificação de qualidade de impressora, e a máquina ficou em primeiro lugar em em termos de número de peças produzidas naquele ano.

Em termos de aplicações, as capacidades do sistema JF 4200 são variadas. Ele pode ser usado para qualquer coisa, desde protótipos funcionais a ferramentas, até a produção de peças de uso final em curto prazo.

Um exemplo notável do que é possível com o sistema JF 4200 é um anúncio no ano passado da parceria da HP com a SmileDirectClub, um fabricante de dispositivos de endireitamento de dentes transparentes, chamados de alinhadores transparentes.

Por meio dessa parceria, o SmileDirectClub instalou 49 sistemas de impressão 3D HP Jet Fusion para produzir mais de 50.000 moldes exclusivos por dia. Esses moldes são então usados ​​para lançar alinhadores transparentes.

Com sua tecnologia, a impressão 3D HP ajudou o SmileDirectClub a acelerar seu crescimento e atender à crescente demanda dos clientes.

Entrando na arena da impressão 3D em cores

Após o lançamento do sistema JF 4200, o próximo grande anúncio chegou ao mercado em 2018, com o lançamento da série de impressoras 3D coloridas Jet Fusion 300 / 500.

Preciso , a impressão 3D colorida a preços acessíveis é o objetivo final de muitos fabricantes, muitos dos quais passam incontáveis ​​horas tingindo suas impressões 3D depois eles deixaram a cama de impressão. A melhor solução - mas que tem sido cara e exclusiva para uma gama seleta de sistemas AM - é simplesmente imprimir objetos 3D em cores.

A nova série, desenvolvida pela HP, complementa sua gama existente de impressoras 3D industriais que atualmente imprimem apenas em cinza e oferecem uma opção acessível para desenvolvedores de produtos de pequeno ou médio porte.

Ao trazer a impressão 3D em cores para a mesa, a nova linha também é uma concorrência clara para máquinas existentes da Stratasys e 3D Systems.

O próximo nível:manufatura aditiva por volume

Em 2018, a HP teria alcançado a marca de 10 milhões de peças produzidas com sua tecnologia. Mas a empresa não queria parar apenas nisso. A HP queria ir mais longe e desbloquear o novo nível de manufatura em volume na impressão 3D.

O uso da impressão 3D na produção em série tem sido uma das principais tendências que moldaram a indústria nos últimos anos. À medida que as empresas encontram mais aplicações para a tecnologia na produção, elas demandam soluções que possam suportar o aumento dos volumes de produção.

Embora muitos jogadores no mercado tenham desenvolvido soluções voltadas para o aumento da taxa de transferência, sem dúvida nenhum foi tão rápido quanto a HP. 2019 foi outro ano marcante para a HP, com o lançamento da nova série 5200 voltada para a produção de suas impressoras 3D MJF.

Enquanto a série 500/300 de impressoras 3D objetiva a prototipagem funcional, e a série 4200 é voltada para a produção de pequeno volume, a série mais recente marcou um novo capítulo na história da impressão 3D na HP - volume fabricação, com precisão e repetibilidade, comparada à moldagem por injeção.

Entre as características mais notáveis ​​da Série 5200 está o poder atualizado das lâmpadas dentro das impressoras 3D 5200. Isso permite que o novo sistema fundir o pó em uma única passagem, ao contrário do modo de duas passagens nos sistemas anteriores. Como resultado, o sistema tem uma melhoria de 40 por cento na produtividade e abre possibilidades para a impressão 3D de materiais de alta temperatura.

Várias empresas já estão usando os sistemas Jet Fusion 5200 da HP para aplicações de produção. Um exemplo é o fabricante de turbinas eólicas, Vestas, que está usando a tecnologia e o material TPU para produzir componentes de proteção para as pás do moinho de vento. Além disso, o fabricante canadense de capacetes Kupol também está trabalhando com o sistema para imprimir capacetes em 3D mais seguros e confortáveis. A própria HP está alavancando sua tecnologia para produzir componentes para suas outras máquinas de impressão.

Claramente, os novos sistemas ampliam significativamente as operações de AM da HP e permitem que seus clientes explorem verdadeiramente a manufatura digital.

Roteiro de materiais de impressão 3D da HP

O roteiro de impressão 3D da HP gradualmente conduziu a empresa da prototipagem e produção de baixo volume à manufatura aditiva em série.

Embora o hardware desempenhe um grande papel neste progresso, seria difícil, se não impossível, tirar o máximo proveito do MJF sem o desenvolvimento contínuo de novos materiais.

Quando o MJF foi introduzido pela primeira vez em 2016, a tecnologia estava limitada a um material - Poliamida 12 (PA12), também conhecido como nylon. Gradualmente, a HP vem expandindo seu portfólio de materiais para incluir uma gama mais ampla de termoplásticos.

Por exemplo, a série 4200 pode imprimir em diferentes tipos de náilon hoje, incluindo as contas de vidro PA 11 e PA 12, um náilon com 40 por cento de contas de vidro, bem como um TPU flexível e macio material.

Embora a maioria desses materiais esteja disponível na última série 5200, um material, o polipropileno (PP), foi lançado recentemente especificamente para as impressoras 3D mais recentes.

Desenvolvido em parceria com a BASF, o PP é um termoplástico versátil, durável e quimicamente resistente, que possui as mesmas propriedades dos PPs comumente usados ​​em moldagem por injeção, incluindo resistência química, baixa absorção de umidade e longa duração. durabilidade do termo.

Graças a essas propriedades, o PP é particularmente adequado para clientes nos setores automotivo, de consumo, industrial e médico.

Alta reutilização de materiais HP

Uma coisa particularmente interessante sobre os materiais da HP é sua alta reutilização.

No polímero PBF, o pó que envolve a parte impressa é o mesmo material usado para imprimir uma peça, e tende a ser caro. Claro, isso não seria um problema se o pó pudesse ser 100 por cento reutilizado, o que atualmente é impossível.

Uma das razões é que, em processos de PBF, os polímeros ficam expostos a altas temperaturas por muito tempo períodos, sofrendo alterações químicas que tornam suas características de sinterização muito menos previsíveis. Atualmente, a única maneira de superar esse problema é misturar o pó "usado, mas não fundido" com o pó virgem, a fim de ser reutilizado.

No processo SLS, apenas cerca de 30 a 50 por cento do pó pode ser reciclado, enquanto com MJF até 80 por cento do pó pode ser reutilizado. Este alto nível de reutilização do pó é alcançado pela inovação de materiais.

Por exemplo, o HP 3D High Reusability PA 122 foi projetado para evitar o crescimento molecular enquanto o material é exposto à temperatura com o tempo. Esses materiais são conhecidos como materiais reativos de médio a baixo e podem ser reutilizados em até 80 por cento sem degradar o material e, conseqüentemente, sem afetar a qualidade das peças.

A HP planeja continuar expandindo a paleta de materiais ainda mais, oferecendo uma família mais ampla de termoplásticos, incluindo aqueles com propriedades retardantes de chama, elastômeros, poliamidas, plásticos de commodities e materiais de alto desempenho.

Crucial para este progresso será a HP Multi Jet Fusion Open Platform, que convida as empresas químicas a colaborar no desenvolvimento de materiais para acelerar a inovação de materiais.

A nova fronteira:impressão 3D em metal

Em sua presença relativamente curta no mercado de impressão 3D de polímero, a HP se estabeleceu como um disruptor ágil e ambicioso. Agora a empresa está avançando em direção à próxima fronteira - a impressão 3D de metal.

Introduzido em 2018, a próxima extensão de suas ofertas de aditivos é um sistema de impressão 3D Metal Jet, movido por tecnologia de binder jetting. No jato da pasta de metal, uma pasta líquida é aplicada seletivamente para juntar as partículas de pó, camada por camada.

O processo começa espalhando uma fina camada de pó, com as cabeças de impressão estrategicamente depositando gotículas de aglutinante na cama de pó. A placa de impressão então abaixa e outra camada de pó é espalhada.

No entanto, a vantagem única que a HP introduziu nessa tecnologia reside em sua tecnologia inovadora de cabeçote de impressão e tinta.

Embora a tecnologia de binder jetting seja inerentemente rápida, a HP aplicou seu conhecimento da tecnologia de cabeçote de impressão para torná-la ainda mais rápida. O sistema Metal Jet é equipado com 6 cabeçotes de impressão, com 5.280 bicos cada. Ter essas várias fileiras de bicos aumenta a produtividade e a confiabilidade da impressora. Além disso, ao alavancar sua experiência em tecnologia de tinta, a HP desenvolveu um agente de ligação inovador para tornar o processo de sinterização mais rápido e barato.

‘Com a moldagem por injeção de metal, você normalmente tem mais de 10% do peso do aglutinante que precisa ser queimado. No nosso caso, temos menos de 1%, o que é uma ordem de grandeza menor, tornando-o mais rápido, mais barato e muito mais simples de sinterizar ', afirma Tim Weber, chefe global de metais da HP, em entrevista à AMFG .

Esses avanços, combinados, resultam em uma impressora 3D de metal, que supostamente alcança economias e eficiências comparáveis ​​às tecnologias de produção convencionais.

A HP ainda não está vendendo a máquina. Em vez disso, a empresa lançou um serviço de produção de peças, procurando tornar a impressora 3D comercialmente disponível em 2021.

Considerando as alegações que a HP fez sobre o Metal Jet, essa tecnologia pode se tornar a chave para desbloquear um sistema sustentável proposta de valor para impressão 3D de metal em produção de alto volume.

Uma indústria que poderia se beneficiar particularmente com esta tecnologia é a automotiva. A Volkswagen colabora com a HP em sua tecnologia de impressão 3D de metal há dois anos, procurando integrar peças estruturais impressas em Metal Jet, como manoplas de câmbio e suportes de espelho, na próxima geração de seus veículos.

Impulsionando a manufatura digital

A HP pode não ser o jogador mais antigo na indústria de impressão 3D, mas prova ser o jogador decidido a se tornar o líder de mercado.

A prova disso não é apenas o ambicioso roteiro de impressão 3D da HP, mas também sua total confiança em sua tecnologia. Essa confiança, por exemplo, permite que a HP use a impressão 3D como parte de sua cadeia de suprimentos, produzindo peças para suas impressoras 3D.

A empresa tem apostado na impressão 3D como uma tecnologia de manufatura digital desde então primeiro testou as águas desta indústria. Agora a HP está aumentando seu impulso na impressão 3D e será emocionante ver onde isso levará a empresa e o setor.