Binder Jetting vs. Material Jetting:Principais diferenças em tecnologias de impressão 3D

O jato de encadernação e o jato de material são duas tecnologias de impressão 3D relacionadas que, superficialmente, apresentam semelhanças. Olhando mais de perto, as diferenças são muito maiores. O jateamento de ligante é um processo de leito de pó adaptável ao material. As fatias do modelo são coladas e fixadas à fatia abaixo, através do jateamento de uma ampla gama de compostos adesivos por métodos de jato de bolha ou jato de tinta, para imprimir/colar uma imagem da fatia.

O material jetting também usa a tecnologia bubble-jet, mas imprime fatias do modelo diretamente em uma mesa de construção. Geralmente usa resinas acrílicas modificadas ou epóxis. O jateamento de encadernação proporciona uma produção rápida e econômica de peças de resolução relativamente baixa em uma ampla variedade de materiais, enquanto o jateamento de material oferece resolução mais alta, adequada para protótipos e modelos de plástico detalhados. A seleção da tecnologia aplicável depende dos requisitos específicos do projeto, incluindo resolução, materiais e volume de produção.

Este artigo discutirá as diferenças entre jateamento de ligante e jateamento de material em termos de processos, vantagens e desvantagens, seleção de materiais, tipos e muito mais.

O que é Binder Jetting?

O jateamento de ligante é um processo de fabricação aditiva no qual um material em pó, normalmente metal, areia, gesso ou cerâmica, é depositado camada por camada. Um agente de ligação líquido, geralmente um polímero, é depositado seletivamente no leito de pó para aderir as partículas. Este processo cria cada fatia do modelo 3D solidificando o aglutinante após contato ou através de uma etapa de pós-cura. 

O aglutinante é aplicado usando cabeçotes tipo jato de tinta, como bicos piezoelétricos ou térmicos (jato de bolha). Uma vez depositado, o aglutinante faz com que as partículas dessa camada se liguem umas às outras e à camada previamente impressa. O pó solto permanece solto, servindo como estrutura de suporte natural durante a construção. Nas bordas da área impressa, a ação capilar faz com que o aglutinante vaze levemente para o pó circundante, o que pode reduzir a resolução e a definição das bordas, especialmente em aplicações de pó fino. Esta zona de sangramento é uma das principais limitações para obter recursos de alta resolução. 

Alguns sistemas de jato de aglutinante incorporam um estágio de impressão adicional para depositar pigmentos coloridos, permitindo a criação de protótipos detalhados e multicoloridos. Essas cores são incorporadas à peça e podem suportar etapas de pós-processamento, como infiltração, lixamento ou selagem.

Para saber mais, consulte nosso guia sobre Binder Jetting.

Uma ilustração de jateamento de fichário.

Quais são as vantagens e desvantagens da impressão 3D Binder Jetting?

O jateamento de Binder tem vantagens e desvantagens, muitas vezes tornando sua seleção para um projeto uma decisão clara. Os benefícios da abordagem são:

1. Tempos de construção mais rápidos do que muitos outros processos de impressão 3D, especialmente para peças grandes ou impressas em lote.
2. Econômico para produção em massa, pois as matérias-primas (pós e aglutinantes) são geralmente de baixo custo e o processo não requer estruturas de suporte além do leito de pó circundante.
3. Baixo desperdício de material e pós-processamento simples, com pó não utilizado facilmente recuperado e reutilizado.
4. Ampla compatibilidade de materiais, incluindo metais (por exemplo, aço inoxidável, bronze, alumínio), cerâmica, areia e gesso.
5. Capaz de produzir geometrias complexas e características internas que seriam difíceis ou impossíveis de fabricar usando métodos tradicionais.
6. Grandes volumes de construção são possíveis graças ao hardware relativamente simples e à configuração escalonável do leito de pó.

As desvantagens amplamente divulgadas do jateamento de ligante são:

1. As peças produzidas por jateamento de ligante normalmente apresentam uma textura de superfície granulada ou porosa, pois são formadas a partir de pó aglutinado. Embora os sistemas anteriores utilizassem pós com tamanhos de partícula em torno de 100 µm, os sistemas modernos reduziram esse tamanho para aproximadamente 10 µm. No entanto, a suavidade da superfície permanece inferior a outros métodos de impressão, como SLA ou jateamento de material.
2. As peças verdes são mecanicamente fracas e inadequadas para aplicações de suporte de carga. A sinterização pode melhorar a resistência, mas o processo introduz encolhimento e distorção, afetando a precisão dimensional. Mesmo com a sinterização, a precisão dimensional pode ser difícil de manter devido ao encolhimento e à distorção térmica.
3. As peças de jato de ligante geralmente apresentam porosidade interna significativa. Etapas adicionais, como infiltração de metal, prensagem isostática a quente (HIP) ou sinterização, são necessárias para atingir resistência ou densidade adequadas, o que aumenta custo e complexidade.
4. A resolução é moderada; O sangramento do fichário nas bordas da impressão reduz os detalhes em comparação com tecnologias de alta resolução, como SLA ou jato de material.
5. As propriedades dos materiais são geralmente inferiores àquelas obtidas com métodos como SLS, DMLS ou FDM com filamentos reforçados.
6. Existem preocupações de segurança ao trabalhar com pós finos. Poeira de metal e cerâmica apresenta riscos de inalação e contaminação, exigindo ventilação adequada e equipamento de proteção individual (EPI).

Quais são os exemplos de impressão 3D por Binder Jetting?

Uma das aplicações mais comuns para impressão a jato de ligante é a fabricação de adereços fotográficos, como embalagens de produtos e estatuetas, necessários para aplicações sem estresse. Cada vez mais, o jateamento de ligante é relatado como um meio prático para produzir rapidamente componentes metálicos de precisão relativamente baixa e acabamento superficial grosseiro. Embora tais peças tenham aplicação restrita, quando as propriedades são apropriadas, elas podem servir muito bem e com produção relativamente rápida e baixo custo.

Peça de jato de encadernação feita em aço inoxidável pela Xometry

O que é jato de material?

O material jetting é uma tecnologia de impressão 3D que usa métodos de impressão a jato de tinta ou jato de bolhas para fornecer fotopolímero líquido ou cera e materiais de suporte diretamente em uma plataforma de construção. O material impresso é parcial ou totalmente curado no processo de impressão antes que a mesa seja abaixada e a próxima fatia do modelo seja aplicada.

O processo de impressão geralmente aplica dois (ou mais) materiais relacionados na construção da camada. Os materiais de construção são normalmente polímeros curados por calor ou por luz UV que podem ser rígidos, semiflexíveis ou pseudoelastômeros. Algumas variantes do processo usam cera como material de construção, permitindo a produção direta de peças fundidas da mais alta qualidade, sem a necessidade de habilidade artesanal. O material de suporte é co-impresso por cabeçotes de impressão adicionais. Esse material de suporte será quimicamente solúvel ou uma versão solúvel em água do material de construção que se acopla totalmente ao modelo, mas pode ser removido posteriormente. Sistemas avançados podem permitir misturar ou alternar diferentes materiais de construção durante a impressão. Isso permite a gradação de propriedades, onde as características mecânicas de uma peça variam por região (por exemplo, de suave para rígida) e a troca de materiais, para alterar o comportamento funcional dentro da mesma geometria da peça.

Para saber mais, consulte nosso guia sobre Material Jetting.

Uma ilustração de jateamento de material.

Quais são as vantagens e desvantagens da impressão 3D por jato de material?

As vantagens do jateamento de material são:

1. Oferece uma resolução de impressão excepcional, a mais alta em equipamentos disponíveis comercialmente. É ideal para imprimir modelos complexos com detalhes finos e seções finas.
2. Algumas máquinas desta classe podem imprimir simultaneamente com dois materiais em proporções variáveis de 0 a 100%. Isso permite a criação de propriedades de materiais variáveis e personalizadas e, até certo ponto, algumas opções de variação de cores.
3. Oferece alta precisão dimensional e repetibilidade. Quando a calibração da máquina é completa e executada corretamente, as peças impressas correspondem perfeitamente aos designs digitais.
4. O tipo de máquina para esse processo é relativamente rápido em comparação com outras tecnologias de boa resolução, como a estereolitografia (SLA).
5. Os materiais fotopolímeros disponíveis incluem:rígidos (várias cores), flexíveis (semelhantes a borracha de 30 a 90 Shore A), transparentes (qualidade de lente/janela) e opções biocompatíveis. A família de materiais está em constante expansão e as propriedades dos materiais estão melhorando lentamente para se aproximarem das dos plásticos moldados.
6. Os materiais de suporte, co-impressos com a construção, são facilmente removíveis e mantêm a integridade de saliências e geometrias complexas, sem custos excessivos ou dificuldades de limpeza.
7. Ao contrário do SLA, o jateamento de material não requer pós-cura em câmaras UV, simplificando as etapas de pós-processamento. As resinas são curadas imediatamente após a impressão, à medida que poderosas lâmpadas UV passam sobre elas no mesmo processo.

Algumas desvantagens incluem:

1. Os materiais fotopolímeros usados são de custo alto a muito alto e geralmente são de fonte única.
2. É limitado a resinas de fotopolímeros proprietárias e não possui a ampla gama de opções disponíveis em algumas outras tecnologias.
3. Muitas vezes tem volumes de construção menores em comparação com algumas tecnologias de impressão 3D.
4. A remoção de certos suportes complexos pode ser um processo manual delicado e qualificado. Geralmente são necessárias etapas adicionais de pós-processamento para obter um acabamento cosmético.
5. A manutenção de equipamentos e o OPEX básico diário são tarefas qualificadas e exigem componentes de alto custo e de fonte única. Isso aumenta consideravelmente os custos por impressão, e a economia de custos nesse sentido pode ter consequências desastrosas.

Quais são os exemplos de impressão 3D por jato de material?

Alguns exemplos de peças impressas em 3D com jato de material são:

1. Modelos precisos para coroas, pontes e dentaduras dentárias, onde a precisão e a qualidade da superfície são essenciais.
2. Padrões de cera detalhados para fundição, especialmente para joias e pequenos componentes metálicos que exigem detalhes finos e superfícies lisas.
3. Protótipos de engenharia de componentes aeroespaciais são usados para testes de ajuste, forma e aerodinâmica antes da produção final.
4. Protótipos de produtos eletrônicos de consumo, incluindo gabinetes de dispositivos personalizados, gabinetes de componentes em miniatura e unidades de avaliação de projeto.
5. Dispositivos microfluídicos com canais internos complexos são usados em diagnósticos, ciências biológicas e pesquisas. Isso inclui peças complexas, como bicos microdispensadores e microválvulas do tipo Tesla, que são caros ou impraticáveis de produzir usando métodos tradicionais.

O que é melhor, impressão 3D com jato de pasta ou impressão 3D com jato de material?

A escolha entre jateamento de ligante e jateamento de material depende dos requisitos específicos da aplicação, como compatibilidade de material, resolução, custo e demandas de pós-processamento. O jateamento de material é geralmente preferido para tarefas de impressão de alta resolução onde a precisão, o acabamento superficial e os detalhes complexos são essenciais. É ideal para aplicações que envolvem polímeros rígidos ou semelhantes a borracha, peças transparentes ou componentes biocompatíveis. É também o método dominante para impressão direta de peças de cera usadas em fundição de alta precisão. Embora o jateamento de ligante tenha feito progressos em materiais flexíveis, essas peças normalmente carecem de resistência mecânica e precisão, tornando-as inadequadas para uso funcional ou estrutural.

O Binder Jetting, por outro lado, é atualmente o único método prático para impressão 3D de peças metálicas sem processos de fusão. É também a tecnologia ideal para a produção de moldes e machos de areia para aplicações de fundição, e a melhor opção para impressões coloridas em modelos visuais ou de apresentação. Embora o jateamento de material não possa imprimir metal, ele supera o jateamento de ligante em precisão de peças de polímero, flexibilidade de material e reprodução de características finas.

Diferença nos termos do processo

O Binder Jetting é uma tecnologia à base de pó. Ele deposita um agente aglutinante líquido em camadas de pó (por exemplo, metal, areia ou cerâmica). Após a impressão, o pó solto e não ligado é removido e a peça impressa pode passar por etapas de pós-processamento, como sinterização ou infiltração. O jato de material, por outro lado, usa cabeçotes de impressão tipo jato de tinta para depositar pequenas gotas de fotopolímero diretamente na plataforma de construção. Essas gotas são curadas por UV durante a impressão e o material de suporte é depositado simultaneamente usando bicos separados. Após a conclusão da impressão, os suportes são removidos com água ou lavagens químicas.

Diferença em termos de tipos

Existem várias classificações de impressão 3D de jateamento de ligante:jateamento de ligante de material único, jateamento de ligante multimaterial, jateamento de ligante colorido, jateamento de ligante de areia, jateamento de ligante de metal ou cerâmica, jateamento de ligante de polímero e jateamento de ligante híbrido.

No jateamento de ligante de material único, um único pó é usado e o agente ligante é depositado para criar as camadas do objeto e ligá-las à camada abaixo. O jateamento de ligantes multimateriais emprega vários materiais em pó, geralmente em camadas alternadas de metais, cerâmicas e polímeros. A seleção de agentes de ligação adequados para cada material em pó permite a impressão de peças multimateriais, compostas ou com graduação de propriedade. 

O jateamento de encadernação colorida inclui impressão 3D colorida. Geralmente combina materiais de construção de gesso e agentes de ligação imprimíveis com impressão a jato de tinta colorida em cada camada, para impressões coloridas. O jato de ligante de areia usa areia fina como material de construção para criar moldes de areia e núcleos para fundição de metal. O jateamento de ligante de metal ou cerâmica usa pó de metal ou cerâmica como material de construção. Após a impressão, a parte verde é sinterizada para encolher/fundir as partículas metálicas até a densidade total e queimar o agente de ligação. O jateamento de ligante de polímero é específico para a estratificação de pós de polímero, geralmente usando um agente de ligação de solvente que solda as partículas.

Em alguns casos, o dispositivo de jateamento de ligante pode operar em mais de um modo listado. Também pode ser integrado com outras tecnologias de impressão 3D para permitir a seletividade regional nos processos apropriados aplicados a uma construção. Isso é conhecido como jateamento de ligante híbrido.

Existem também diversas classificações de tecnologias de jateamento de materiais, diferenciadas por método e materiais. O jateamento de material polimérico é a forma mais comum e antiga de jateamento de material, depositando tintas poliméricas na forma líquida ou gel. Esses polímeros geralmente são curados por UV para impressão rápida e acabada com pós-processamento limitado. O jateamento multimaterial utiliza a deposição simultânea de vários materiais (geralmente dois), como tipos rígidos e elastômeros, para criar propriedades graduadas, cores graduadas e mudanças repentinas de material nas peças. 

O jateamento colorido é uma categoria especializada que fornece componentes coloridos e de alta resolução para a produção de estatuetas, maquetes arquitetônicas e obras de arte. O jateamento de materiais cerâmicos ou metálicos deposita materiais à base de cerâmica ou metálicos em uma suspensão de polímero, para criar peças cerâmicas complexas que podem ser sinterizadas para atingir a densidade cerâmica final. O jateamento de material microfluídico é usado para criar dispositivos microfluídicos com geometrias de canal precisas para aplicações em pesquisa, diagnóstico e dispositivos de lógica de fluidos. O jateamento de material de cera é usado em joias para confecção de padrões em fundição por cera perdida. Os padrões de cera são impressos diretamente como mestres de sacrifício para a produção de peças metálicas.

Diferença nos termos dos materiais usados

O jateamento de material é construído diretamente em modelos poliméricos de materiais rígidos, elastoméricos e de cera. O jateamento de ligante, por outro lado, geralmente utiliza agentes de ligação poliméricos para aderir a vários materiais em pó, desde metais até cerâmica e areia.

Diferença nos termos das inscrições

O jateamento de material é adequado para protótipos de avaliação funcional e de projeto que podem ser usados para avaliar montagens, testar o desempenho do mecanismo e, quando necessário, substituir peças moldadas. Protótipos de cera podem ser usados ​​diretamente para produzir peças fundidas, impressas com todas as peças do canal e do canal pré-fixadas e integradas em um único estágio.

Por outro lado, o jateamento de ligante fornece componentes de teste visual de precisão relativamente baixa e propriedades mecânicas pobres. Eles são adequados para avaliação visual de forma e estética e podem produzir diretamente exemplos de embalagens e protótipos com cores críticas para adereços fotográficos, etc.

Diferença em termos de características da máquina

As máquinas de jateamento de aglutinantes manuseiam pós, dispostos em camadas que são limpas e, em alguns casos, embaladas com rolo até a altura. Estas máquinas têm uma tarefa difícil de manuseamento de materiais neste aspecto do processo, o que as torna relativamente complexas e pode criar problemas de fiabilidade se os pós forem abrasivos e a higiene da máquina for deficiente. Além disso, o componente de jateamento da máquina que fornece o agente de ligação é um cabeçote de impressão único relativamente simples que requer pouca personalização para a tarefa e oferece simplicidade e confiabilidade.

O jateamento de material usa um sistema de jateamento de princípio semelhante para entregar os polímeros de construção diretamente à plataforma de construção. Esses cabeçotes são altamente personalizados, criando problemas significativos de configuração e manutenção que resultam em alto esforço contínuo em OPEX. As máquinas de jato de encadernação são confiáveis ​​e de baixa manutenção. As máquinas de jateamento de materiais são instrumentos delicados de precisão que exigem manutenção e configuração regulares e qualificadas, diárias, semanais e intrusivas.

Diferença nos termos do software CAD

As tecnologias de jato de material e de jato de ligante usam formatos de arquivo CAD 3D padrão, normalmente exportados como .STL arquivos, que são então fatiados usando software de fatiamento proprietário ou de terceiros para preparar os dados para impressão. Para jateamento de material, o .STL a resolução deve ser definida como fina e a altura da camada deve corresponder à capacidade da máquina de aproveitar totalmente sua alta precisão. A atenção cuidadosa ao mosaico e aos detalhes da superfície é essencial para manter a fidelidade de recursos complexos durante a impressão.

Para jato de encadernação, especialmente em impressão colorida, há uma diferença fundamental:o .STL formato de arquivo não oferece suporte inerente a dados de cores. Nesses casos, extensões de arquivo proprietárias adicionais (como .WRL, .3MF ou formatos com cores aumentadas) são usadas ou as informações de cores são incorporadas separadamente e combinadas com a geometria durante o fatiamento. Esta etapa é necessária para atribuir texturas precisas e mapeamento de cores a cada camada de impressão.

Diferença em termos de custo

As máquinas de jato de encadernação normalmente custam entre US$ 30 mil e US$ 200 mil, aumentando à medida que capacidade superior e volume de construção são necessários. As máquinas de jato de material, por outro lado, custam cerca de US$ 20 mil para uma máquina de tamanho desktop com resolução moderada e velocidade de construção limitada. Os preços sobem para US$ 750 mil para as máquinas mais avançadas e precisas, capazes de imprimir vários materiais. Estes exigem mão de obra operacional e de manutenção altamente qualificada, além de alguns equipamentos auxiliares limitados.

Diferença em termos de qualidade

Qualidade é um termo aberto à interpretação. Os diferenciais de qualidade entre as tecnologias podem ser mapeados de acordo com a função.

O jateamento de material oferece construções de maior resolução do que o jateamento de ligante. Se precisão e exatidão forem referências de qualidade, o diferencial pode ser um fator de 3 a 5 a favor do jateamento do material. Se a impressão em metal ou areia for necessária, o jateamento de material não servirá e o jateamento de ligante é a escolha clara de qualidade. Se a impressão colorida for necessária para o protótipo, o jateamento de material não poderá fornecer isso, enquanto alguns tipos de equipamento de jateamento de ligante podem. Se peças funcionais e qualidades de materiais forem necessárias para peças não metálicas, o jateamento de material oferece uma qualidade significativamente superior à do jateamento de ligante.

Diferença em termos de precisão

A precisão pode ser medida de várias maneiras. Antes de selecionar estes critérios, é fundamental considerar as reais necessidades do projeto.

Ambos os processos oferecem boa repetibilidade, portanto a consistência de múltiplas partes é adequada para os dois tipos. O jateamento de aglutinante oferece resolução mais baixa do que o jateamento de material, portanto a finura dos modelos é consideravelmente diferente. A natureza imprecisa do jateamento de ligante proporciona uma representação menos precisa de pequenas características do que pode ser obtida no jateamento de material.

Diferença nos termos do fabricante

Com custos operacionais e de capital mais baixos, bem como um custo de configuração e despesas gerais consideravelmente mais baixos, o jato de ligante é adequado para uso interno. No entanto, existe uma forte tendência para centralizar os serviços nas gráficas contratadas, pois poucas empresas têm o volume de necessidades que justifica o investimento em setup interno.

Surpreendentemente, o jateamento de materiais é normalmente a escolha interna para empresas maiores com procura suficiente para justificar o investimento e os custos operacionais. No entanto, poucas empresas conseguem demonstrar o ROI sobre este custo, pelo que existe a mesma tendência para prestadores de serviços centralizados que possam suportar uma vasta gama de capacidades e atrair procura suficiente para justificar o investimento contínuo.

Perguntas frequentes sobre jateamento de encadernação e jateamento de materiais

Uma impressora 3D de jato de material é rápida?

Não. A espessura da camada de construção ou a resolução do eixo Z das máquinas de jateamento de ligante é geralmente maior do que a dos equipamentos de jateamento de material, tornando os tempos gerais de impressão mais curtos para o jateamento de ligante. Além disso, a limpeza pós-impressão do jato de ligante é mínima, aumentando o diferencial geral de velocidade do processo.

Uma impressora 3D de jato de material pode imprimir metais?

Não, o jateamento de material não oferece processo direto de impressão em metal.

A impressora 3D Binder Jetting requer suporte?

O Binder Jetting é construído dentro de uma massa de pó de volume de máquina estável e completo, portanto, nenhuma estrutura de suporte separada é necessária para esse tipo de impressão, reduzindo o pós-trabalho necessário para trabalhos de impressão.

Resumo

Este artigo apresentou jateamento de ligante versus jateamento de material, explicou cada um deles e discutiu suas principais diferenças. Para saber mais sobre jateamento de ligante e jateamento de material, entre em contato com um representante da Xometry.

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Dean McClements

Dean McClements é graduado em Engenharia Mecânica com mais de duas décadas de experiência na indústria de manufatura. Sua jornada profissional inclui funções significativas em empresas líderes como Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace e Hyster-Yale, onde desenvolveu um profundo conhecimento de processos e inovações de engenharia.

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