Multi Jet Fusion (MJF) Desmistificado: Impressão 3D de Ponta da HP para Peças Industriais Complexas

Hoje, designers e engenheiros têm muitas opções quando se trata das diversas tecnologias e materiais de impressão 3D disponíveis. Neste artigo, destacamos a Multi Jet Fusion (MJF), tecnologia proprietária de impressão 3D da HP, como uma solução viável para muitas aplicações complexas e industriais. Entramos em como funciona, seus benefícios e se é a tecnologia certa para suas peças.

Se você tem interesse em aprender mais sobre a tecnologia de impressão 3D disponível através da Hubs, acesse nossa página de serviço de impressão 3D.

O que é Impressão 3D Multi Jet Fusion (MJF)?

Multi Jet Fusion (MJF) é um processo de impressão 3D que produz rapidamente peças complexas, precisas e finamente detalhadas com termoplásticos em pó.

Como pode entregar consistentemente e rapidamente peças com alta resistência à tração, resolução de detalhes finos e propriedades mecânicas bem definidas, os serviços de impressão 3D MJF tornaram-se rapidamente a solução de manufatura aditiva (AM) preferida para aplicações industriais. É comumente usada para fabricar protótipos funcionais e peças de uso final, peças que precisam de propriedades mecânicas isotrópicas consistentes, e geometrias orgânicas e complexas.

Para uma referência rápida e detalhada, assista nosso vídeo sobre MJF.

Como o MJF Foi Desenvolvido?

Introduzido ao mercado em 2016, o MJF foi desenvolvido pela HP Additive, baseando-se na expertise da empresa em tecnologia de impressão a jato de tinta e mecânica de precisão. O desenvolvimento do MJF pode ser rastreado até várias décadas antes, porém.

Nos anos 1990, a manufatura aditiva (AM) começava sua transição de ser usada apenas para pesquisa e desenvolvimento. Aplicações industriais reais na manufatura estavam à vista. No entanto, a velocidade rapidamente se tornou um obstáculo chave nessa transição. Comparado à injeção ou estampagem de metal, por exemplo, a maioria das impressoras 3D levava muito tempo para produzir peças.

Uma abordagem que os primeiros adotantes da tecnologia de impressão 3D tomaram para acelerar a produção foi usar "fazendas" ou arrays de múltiplas máquinas. A ideia era imprimir em maiores quantidades com o poder de usinagem extra. A HP optou por uma abordagem mais integrada e focada em automação.

Em seu hub global de AM em Barcelona, a HP desenvolveu um sistema que construía peças camada por camada em um grande leito de material em pó, com maquinário adicional anexado para pós-processamento contínuo. Semelhante à Sinterização a Laser Seletiva (SLS) e outros designs de fusão de leito de pó, este sistema evoluiu para a tecnologia MJF atual.

Como Funciona a Multi Jet Fusion?

Usando um array de jato de tinta, o MJF funciona depositando agentes de fusão e detalhamento em um leito de material em pó, depois fundindo-os em uma camada sólida. A impressora distribui mais pó sobre o leito, e o processo se repete camada por camada.

Aqui está um passo a passo de como o MJF constrói peças:

• A unidade de construção móvel é colocada na impressora;
• O carro recoater de material move-se pela área de construção, depositando uma fina camada do material em pó;
• O carro de impressão e fusão move-se pela área de construção, pré-aquecendo o pó a uma temperatura específica para proporcionar consistência do material;
• Um array de bicos de jato de tinta deposita agentes de fusão sobre o leito de pó em áreas que correspondem à geometria e propriedades da peça;
• Após cada camada ser finalizada, a unidade de construção retrai para criar espaço para a próxima camada de material ser depositada;
• Este processo repete até a construção ser completada.

Quando o processo de impressão termina, a unidade de construção contém a peça impressa e pó não fundido. Você usa uma estação de processamento separada, anexada à unidade de construção móvel, para resfriar e desempacotar a peça, e recuperar o excesso de pó para uso posterior. Jateamento de esferas ajuda a remover qualquer pó restante e permite passar para etapas mais cosméticas.

Quais Materiais o MJF Usa?

Em geral, você pode dividir os materiais usados para MJF em plásticos rígidos e flexíveis. Plásticos rígidos incluem Nylon PA11, Nylon PA12 e PP, enquanto plásticos flexíveis incluem Estane 3D TPU M95A. O sistema da HP foca principalmente em materiais de poliamida, desenvolvidos pela HP e seus parceiros.

Aqui está uma lista dos materiais de impressão 3D MJF disponíveis na plataforma Hubs.

Material	Descrição
HP PA 12 (Nylon 12)	Nylon 12 é um termoplástico robusto com excelentes propriedades físicas e resistência química, ideal para protótipos funcionais e aplicações de uso final.
HP PA 12 com carga de vidro	Nylon com carga de vidro é reforçado com esferas de vidro e cria peças com maior rigidez e estabilidade térmica que o nylon padrão.

Como Funciona o Pós-Processamento do MJF?

Semelhante a outros processos de fabricação, processamento adicional é necessário antes que uma peça esteja pronta para prototipagem ou aplicações de uso final. No entanto, o pós-processamento com MJF é relativamente leve comparado a outras tecnologias AM.

Quando você termina um trabalho de impressão, fica com uma unidade de construção cheia de um leito tridimensional de pó não fundido, com a peça enterrada dentro.

Estes são os principais passos no pós-processamento MJF:

• Resfriamento: Ocorre dentro da unidade de construção, embora a HP ofereça módulos para resfriamento natural, para que a unidade de construção possa ser usada para uma nova impressão sem esperar o pó e a peça esfriarem.
• Recuperação de pó não fundido: Uma vez que a unidade de construção esfriou, mova-a para a estação de processamento e aspire o pó não fundido para um recipiente para uso posterior.
• Jateamento de esferas: Remova qualquer pó restante com jateamento de esferas, ar ou água. Pode ser feito manual ou automaticamente, usando tambor, limpador ultrassônico ou máquina de acabamento vibratório.

Após remover todo material residual de pó, você pode ter que passar por mais pós-processamento. Isso depende da peça. Por exemplo, considere o pós-processamento necessário para processos de fundição. Você pode precisar fazer mais usinagem para características como superfícies de acoplamento, furos, tolerâncias que excedem as capacidades do MJF e roscas internas. Além disso, atender a requisitos técnicos específicos pode exigir lixar a peça manualmente.

Quais São as Vantagens do MJF?

Se você busca criar protótipos funcionais e produções relativamente pequenas de peças de uso final, o MJF deve ser sua solução principal. O MJF é excelente para construir peças muito mais fortes que o SLS pode produzir. Peças construídas com MJF têm resistências à tração de máximo XY e Z 48 MPa/6.960 psi pelo método ASTM D638.

Além disso, o MJF é muito bom em produzir propriedades mecânicas em todas as direções da geometria da sua peça. Então, se você está fazendo peças com designs complexos e multifacetados que também vêm com características menores que precisam ser robustas, o MJF é a opção mais viável.

O MJF produz peças funcionais para uso final sem muito pós-produção necessário. Comparado a outras tecnologias AM, é mais rápido e oferece automação mais robusta, significando prazos de entrega muito mais curtos e superfícies de alta qualidade com mínima intervenção humana.

Para atingir sua velocidade, o MJF escaneia consistentemente a superfície da peça que está imprimindo a cada passagem, mesmo se você estiver usando para imprimir múltiplas peças de uma vez. Isso proporciona velocidades de construção mais rápidas em comparação a outras tecnologias, mesmo com maiores quantidades de peças.

Por Que o MJF é Ideal para Fabricação de Peças de Uso Final?

O MJF se distingue de outros processos de manufatura aditiva por ser projetado para produzir volumes maiores de peças com grande complexidade, detalhe e integridade estrutural. O MJF é uma solução popular para fabricação de carcaças precisas e duráveis de componentes eletrônicos, conjuntos mecânicos, invólucros e dispositivos de fixação e montagem (jigs and fixtures).

Nas máquinas MJF atuais, a unidade de construção é um carrinho rolante anexado a uma estação de processamento incluída. Uma vez que a peça está completa, tudo o que você precisa fazer é mover o leito de pó para a estação de processamento para remover todo o excesso de pó. O pós-processamento pode ser feito em lote, dependendo dos requisitos técnicos da peça, e na maioria das vezes há necessidade mínima de acabamento manual. Isso o torna adequado para produções de volume mais alto de peças funcionais.

O sistema de leito de pó em si elimina a necessidade de suportes, com peças sendo aninhadas eficientemente na área de construção. Após a peça ser completada, você também pode reutilizar o pó não utilizado para futuras execuções de impressão.

MJF vs SLS Impressão 3D: Qual a Diferença?

Embora a sinterização a laser seletiva (SLS) seja bastante semelhante ao MJF, as duas tecnologias têm algumas diferenças chave. Impressoras SLS também depositam material em pó em uma área de construção camada por camada, porém a máquina funde materiais sinterizando partículas de pó juntas e à camada subjacente da peça com um laser.

Você pode modular a potência do laser para alterar as propriedades do material da peça, embora os parâmetros deste recurso sejam limitados. A HP tem uma ampla seleção de agentes químicos, proporcionando mais oportunidades para alterar as propriedades de cada voxel da peça.

MJF vs. Injeção de Moldagem: Qual é Melhor para Sua Aplicação?

O MJF não é apenas uma potência comparada a outras tecnologias AM – também é uma alternativa viável à injeção de moldagem. Com injeção de moldagem, você paga pelo molde em si e realiza muita análise de DFM antes de produzir a peça. Também é restritiva em termos de geometria da peça e o prazo de entrega é significativamente maior, considerando o tempo para produzir o molde e outras etapas de processamento.

Por outro lado, o MJF permite maior liberdade de design, com prazos de entrega drasticamente reduzidos. Você também pode fazer alterações de design rapidamente com MJF, pois não depende do molde. Se você está prestes a fazer uma produção com injeção de moldagem, definitivamente considere MJF, especialmente se espera criar altos volumes de peças pequenas a médias com geometrias complexas.

Em geral, MJF é preferível para criar protótipos e para produções pequenas e médias. Você pode imprimir protótipos em poucos dias, e qualquer peça impressa em MJF terá propriedades mecânicas do mesmo calibre que a injeção de moldagem.

Exemplos de Multi Jet Fusion em Ação

Um caso de uso impressionante para MJF vem da CNC Würfel, especialista em manufatura e automação de processos para a indústria automotiva e tecnologia médica, entre outros setores. Em 2017, a CNC Würfel substituiu máquinas de fresamento e tornos por impressão 3D para muitos de seus componentes. Isso reduziu drasticamente os tempos de produção e permitiu mais tempo gasto em testes de protótipos.

Isso provou ser particularmente eficaz na produção do adaptador de garras da empresa, uma peça usada em esteiras transportadoras que requer várias peças complexas e sistemas de fixação. Processos tradicionais resultavam em oito a dez semanas de prazo, e exigiam extenso conhecimento e intervenção humana que às vezes danificavam a peça.

Para eliminar muitas das complexidades da fabricação do adaptador de garras, a CNC Würfel optou por imprimi-lo em 3D usando MJF. Isso imediatamente provou ser benéfico, especialmente porque reduziu os tempos de produção de dois meses para facilmente menos de uma semana. Usar MJF também economizou à empresa uma enorme quantidade de dinheiro. A redução de custo para imprimir a peça acabou sendo 95% comparada à manufatura tradicional. Como benefício adicional, a peça impressa era 84% mais leve, ainda assim durável o suficiente para suas tarefas.

Outro forte caso de uso para MJF é a Câmera 3D Z da HP, desenvolvida para simplificar a captura e visualização em tempo real de documentos e outros objetos. Antes da invenção do MJF, a HP construía a câmera a partir de três peças separadas de injeção de moldagem, o que levava semanas de prototipagem e incorria em custos para cada peça.

Mudar para MJF para produzir a câmera acelerou a produção, pois a nova tecnologia permitiu à HP imprimir um único conjunto em vez de três peças. Segundo a HP, este pivô também reduziu o preço por peça de $2,42 para $0,36, e transformou a duração da prototipagem de semanas para dias. Além disso, a liberdade de design que vem com MJF deu à HP a oportunidade de otimizar a orientação da câmera, o que elevou a qualidade do produto final.

MJF: Dicas e Truques Práticos

Aqui estão algumas práticas recomendadas para obter o máximo da tecnologia MJF.

• Reforce paredes finas ou superfícies grandes e planas com nervuras ou gussets, e circunde furos com bosses elevados quando possível.

• Esteja ciente de que textos em relevo e características cosméticas menores que 0,5 mm podem não sobreviver ao pós-processamento secundário. Verifique a análise DFM em sua cotação para esses detalhes.

• As paredes da sua peça devem ter entre 2,5 e 12,7 mm de espessura. Ir acima ou abaixo disso pode afetar as tolerâncias da sua peça.

• Certifique-se de identificar claramente superfícies cosméticas para que o fabricante evite características como degraus em ângulos oblíquos da peça.

Perguntas Frequentes

Quais são os benefícios do MJF?

O MJF permite produzir grandes quantidades de peças únicas sem depender de arrays de múltiplas impressoras. Também pode substituir trabalhos caros de fundição ou moldagem, e os sistemas atuais da HP incluem uma estação de pós-processamento em lote anexada, que minimiza o acabamento manual.

Quais são as desvantagens do MJF?

O MJF é mais caro que tecnologias de impressão modulares como FDM, embora a qualidade seja maior e mais consistente para usos industriais.

Peças impressas em 3D MJF são resistentes à água?

PA 12 Nylon é um dos únicos materiais de impressão 3D resistentes à água. Paredes de uma peça MJF devem ter 1 mm de espessura para serem resistentes à água, enquanto espessuras acima de 4 mm tornam as peças estanques. Peças MJF também são quimicamente resistentes a graxas, álcalis, óleos e hidrocarbonetos alifáticos.

Qual a precisão dimensional do MJF?

A precisão dimensional do MJF é ± 0,3% com limite inferior de ± 0,3 mm (0,012 pol).

Qual o tamanho máximo de construção do MJF?

Com a Hubs, o tamanho máximo de construção de peças MJF é 380 x 285 x 380 mm (14,9 x 11,2 x 14,9 pol).

Quais são as menores características que o MJF pode imprimir?

O tamanho mínimo de característica que o MJF pode imprimir é 0,5 mm (0,02 pol). As camadas de impressão do MJF têm 80 mícrons (0,0003 pol) de espessura, o que significa que pode produzir detalhes de superfície muito finos.