Um guia abrangente para impressão 3D por jato de material

O Material Jetting se destaca entre outras tecnologias de impressão 3D por sua capacidade de produzir peças de alta precisão com acabamento de superfície liso. Desde o seu surgimento no final dos anos 1990, o Material Jetting é uma tecnologia de impressão 3D ideal para a produção de protótipos visuais em cores, moldes de injeção e padrões de fundição.

O tutorial de hoje dará uma olhada mais de perto no Material Jetting processo, as vantagens e limitações da tecnologia, bem como as aplicações e desenvolvimentos mais recentes em jateamento de materiais.

Como funciona o jato de material?

O jato de material é um processo de impressão a jato de tinta pelo qual as cabeças de impressão são usadas para depositar um material fotorreativo líquido em uma plataforma de construção camada sobre camada. Da mesma forma que a Estereolitografia (SLA), o Material Jetting usa uma luz ultravioleta para solidificar o material. Os métodos de deposição de material variam de impressora para impressora e podem envolver uma abordagem de jato contínuo ou Drop-on-Demand (DOD). Observe que a técnica DOD é normalmente usada para depositar materiais líquidos viscosos.

Uma análise passo a passo do processo:

• Uma vez que a resina líquida é pré-aquecida para melhor viscosidade, a cabeça de impressão começa a se mover acima da plataforma de construção, depositando a primeira camada de material quando necessário.



• As estruturas de suporte são impressas simultaneamente com a peça para garantir sua estabilidade durante a impressão.



• O material depositado é então exposto à luz ultravioleta, curando (solidificando) a camada de material em um processo conhecido como fotopolimerização.



• Depois que a primeira camada solidificou, a plataforma de construção é abaixada em uma altura de camada e o processo é repetido até que a peça seja concluída.



• As estruturas de suporte agora podem ser removidas da peça, prontas para o pós-processamento.

As vantagens do jato de material

• Precisão: Material Jetting possui um dos mais altos níveis de precisão entre as tecnologias de impressão 3D. Graças à deposição precisa das minúsculas gotas de material, as camadas podem ser impressas com espessura de até 0,013 mm, permitindo peças com um acabamento de superfície muito liso e permitindo que peças com características pequenas, mas altamente precisas, sejam produzidas.



• Peças coloridas e multimateriais: O jato de material pode ser usado para impressão colorida em cores e, mais notavelmente, multimaterial 3D, já que a cabeça de impressão usada no processo de impressão normalmente incorpora vários bicos injetores. Esses bicos podem depositar diferentes materiais e / ou diferentes cores em um único processo de impressão. Os objetos criados através do processo de impressão por jato de material podem, portanto, possuir uma gama de propriedades do material, como rigidez, flexibilidade, opacidade e translucidez.



• Estruturas de suporte: Embora o jateamento de material exija estruturas de suporte, elas podem ser facilmente dissolvidas em um banho ultrassônico. Quando dissolvidos corretamente, os suportes não deixam marcas na superfície após a remoção.

As limitações do jato de material

• Propriedades mecânicas fracas: Objetos produzidos com Material Jetting são normalmente mais fracos, especialmente quando comparados a outras técnicas de impressão 3D como SLS. Isso torna as peças com jato de material geralmente inadequadas para aplicações funcionais - com o jato de material normalmente usado para produzir peças para as quais a aparência é mais importante do que a função.



• Processo de impressão lento: O jato de material é um tanto limitado pela velocidade do processo de impressão. Como pequenas gotas de material são depositadas sobre uma pequena parte da área de construção por vez, o processo leva mais tempo para criar uma peça.



• Limitações materiais: Para o jato de material, normalmente apenas materiais viscosos podem ser impressos com sucesso. No entanto, o número de materiais viscosos que podem ser usados ​​no processo de impressão é atualmente bastante limitado. Veja abaixo mais informações sobre os materiais usados ​​no jateamento de materiais.

Materiais usados ​​em jateamento de material

Hoje, os dois materiais mais comumente usados ​​para Material Jetting são fotopolímeros (na forma líquida) e cera de fundição.

Stratasys e 3D Systems são dois dos mais reconhecidos especialistas em Material Jetting no mercado , oferecendo uma variedade de plásticos e compostos fotocuráveis. A Stratasys, por exemplo, desenvolveu recentemente seus chamados “materiais digitais”, usados ​​em sua tecnologia proprietária PolyJet.

Esses materiais combinam dois ou mais fotopolímeros, resultando em um material com propriedades híbridas (por exemplo, combinação rigidez com flexibilidade). Embora os objetos produzidos com esses materiais sejam fracos e frágeis, também existem materiais otimizados para aplicações específicas, como ferramentas e fundição de investimento.

Muitas pesquisas estão sendo conduzidas para expandir a gama de materiais que podem ser usados ​​com jateamento de materiais e metais, cerâmicas e silicones já começaram a entrar no mercado.

A empresa israelense Xjet, por exemplo, desenvolveu sua tecnologia de NanoParticle Jetting para metais e cerâmicas. Com esta tecnologia, partículas de cerâmica ou metal são suspensas em uma formulação líquida, que é então removida durante a etapa de sinterização.

Outro marco em materiais para jateamento de materiais foi alcançado com a impressão 3D de silicone, desenvolvida pela ACEO ®, uma divisão da gigante química alemã Wacker Chemie AG. Revelada pela primeira vez em 2016, a tecnologia ACEO® usa uma técnica "drop-on-demand" para criar peças 100% silicone e multimateriais com cores e durezas diferentes.

Aplicativos comuns

Os benefícios oferecidos pelo Material Jetting tornam-no uma tecnologia ideal para prototipagem e ferramental. Por exemplo, os designers podem tirar proveito dos recursos multimateriais do Material Jetting para produzir protótipos visuais coloridos e altamente precisos.

Um bom exemplo disso é o Audi Pre-Series Center:usando Stratasys Com a tecnologia de jateamento de material, o fabricante de automóveis foi capaz de criar protótipos multimateriais totalmente funcionais para acelerar seu processo de verificação de projeto.

A indústria médica está usando cada vez mais o jateamento de material para a produção de materiais anatômicos realistas modelos para fins educacionais e planejamento e treinamento pré-cirúrgico.

O jateamento de material pode ser usado em universidades médicas e hospitais para imprimir modelos anatômicos em cores que parecem partes reais do corpo. Esses modelos não apenas ajudam os estudantes de medicina a ter uma melhor experiência de aprendizado, mas também permitem que os cirurgiões planejem e se preparem para uma cirurgia de forma mais eficiente do que com uma imagem 2D.

Além disso, o jateamento de material é bom -apropriado para a produção de baixo volume de moldes e padrões de fundição. Graças a esta tecnologia de impressão 3D, ferramentas para moldagem por injeção e fundição de investimento podem ser produzidas de forma muito mais rápida e barata, ao mesmo tempo que alcançam níveis mais altos de complexidade impossíveis com a fabricação de ferramentas tradicionais.

O jato de material também pode ser útil para impressão 3D dispositivos eletrônicos. Por exemplo, a impressora DragonFly 2020 Pro 3D da Nano Dimension deposita tintas prateadas condutoras para criar circuitos eletrônicos multicamadas, protótipos de PCB e antenas.

Impressoras 3D de jateamento de material

As impressoras 3D de jateamento de material têm uma gama diversificada de volumes de construção de tamanhos médios (380 x 250 x 200 mm) a grandes (1000 x 800 x 500 mm), que podem ser personalizados para necessidades específicas sem comprometer a precisão de Peças impressas em 3D. Stratasys e 3D Systems são atualmente os principais fabricantes de impressoras 3D Material Jetting.




Por exemplo, a impressora 3D ProJet MJP 5600 da 3D Systems usa a tecnologia proprietária de impressão MultiJet para criar peças coloridas de vários materiais para prototipagem e fabricação rápida de ferramentas. O sistema é compatível com os materiais VisiJet® de propriedade da empresa. O volume de impressão da máquina é de 518 x 381 x 300 mm, ideal para componentes de tamanho médio.

A impressora 3D J750 é o mais recente desenvolvimento em sistemas de jateamento de materiais da Stratasys. O J750 depende da tecnologia proprietária da PolyJet. A máquina possui um volume de construção de 490 x 390 x 200 mm e também oferece impressão 3D multicor e multimaterial com os 6 materiais diferentes simultaneamente.

Resumindo

Material Jetting é uma tecnologia ideal para a criação de protótipos funcionais e ferramentas, uma vez que fornece peças coloridas e multimateriais com alta precisão dimensional.

No entanto, com fotopolímero e outros materiais em andamento Em pesquisas futuras, o Material Jetting também tem potencial para trazer soluções inovadoras para a produção de peças finais, particularmente no domínio da eletrônica impressa em 3D.

Graças à sua tecnologia drop-on-demand, o Material Jetting também mostra promessa para a bioimpressão, com a capacidade de revolucionar a medicina regenerativa e a engenharia de tecidos.