Что такое многоструйный синтез (MJF)? Разъяснено Хабами

Сегодня у дизайнеров и инженеров есть много вариантов, когда речь идет о многих доступных технологиях и материалах 3D-печати. В этой статье мы расскажем об Multi Jet Fusion (MJF). , запатентованная технология 3D-печати HP как жизнеспособное решение для многих сложных и промышленных приложений. Мы узнаем, как это работает, в чем его преимущества и подходит ли эта технология для ваших деталей.

Если вам интересно узнать больше о технологии 3D-печати, доступной через Hubs, перейдите на нашу страницу услуг 3D-печати. .

Что такое 3D-печать Multi Jet Fusion (MJF)?

Multi Jet Fusion (MJF) — это процесс 3D-печати, который позволяет быстро производить точные и детализированные сложные детали из порошковых термопластов.

Услуги 3D-печати MJF позволяют постоянно и быстро изготавливать детали с высокой прочностью на растяжение, мелким разрешением элементов и четко определенными механическими свойствами. быстро стали популярным решением для аддитивного производства (AM) для промышленного применения. Он обычно используется для изготовления функциональных прототипов и деталей для конечного использования, деталей, требующих стабильных изотропных механических свойств, а также органических и сложных геометрических форм.

Для быстрого и подробного ознакомления посмотрите наше видео о MJF.

Как разрабатывался MJF?

Впервые представленный на рынке в 2016 году, MJF был разработан компанией HP Additive на основе опыта компании в области технологий струйной печати и точной механики. Однако развитие MJF можно проследить на несколько десятилетий раньше.

В 1990-х годах аддитивное производство (АП) начало переход от использования исключительно для исследований и разработок. Реальные, промышленные применения в производстве были в поле зрения. Однако скорость быстро стала ключевым препятствием в этом переходе. По сравнению, например, с литьем под давлением или штамповкой металлов, большинству 3D-принтеров требовалось много времени для изготовления деталей.

Один из подходов, который использовали первые пользователи технологии 3D-печати для ускорения производства, заключался в использовании «ферм» или массивов из нескольких машин. Идея заключалась в том, чтобы печатать в больших количествах с дополнительной мощностью станка. HP выбрала более интегрированный подход, ориентированный на автоматизацию.

В своем глобальном центре аддитивного производства в Барселоне компания HP разработала систему, которая слой за слоем создает детали в большом слое порошкового материала с дополнительным оборудованием для беспрепятственной последующей обработки. Похоже на Селективное лазерное спекание (SLS) и другие конструкции для плавки в порошковом слое, эта система превратилась в текущую технологию MJF.

Как работает Multi Jet Fusion?

Используя струйную матрицу, MJF наносит плавящие и детализирующие агенты на слой порошкового материала, а затем сплавляет их в сплошной слой. Принтер распределяет больше порошка поверх кровати, и процесс повторяется слой за слоем.

Вот пошаговое описание того, как MJF создает детали:

• Подвижная сборочная единица помещается в принтер

• Каретка устройства для повторного нанесения покрытия перемещается по рабочей области, нанося тонкий слой порошкового материала

• Каретка для печати и закрепления перемещается по рабочей области, предварительно нагревая порошок до определенной температуры, чтобы обеспечить консистенцию материала 

• Набор струйных сопел наносит агенты на слой порошка в областях, соответствующих геометрии и свойствам детали 

• После завершения каждого слоя сборочная единица убирается, чтобы освободить место для следующего слоя материала, который нужно уложить

• Этот процесс повторяется до тех пор, пока сборка не будет завершена

Когда процесс печати завершается, сборочная единица содержит напечатанную деталь и нерасплавленный порошок. Вы используете отдельную станцию ​​обработки, прикрепленную к подвижной сборочной единице, для охлаждения и распаковки детали, а также для извлечения излишков порошка для последующего использования. Бисероструйная обработка помогает удалить остатки порошка и позволяет перейти к более косметическим этапам.

Какие материалы использует MJF?

В общем, вы можете разделить материалы, используемые для MJF, на жесткие пластмассы и гибкие пластмассы. К жестким пластикам относятся нейлон PA11, нейлон PA12 и полипропилен, а к гибким пластикам относится Estane 3D TPU M95A. Система HP ориентирована в основном на полиамидные материалы, разработанные HP и ее партнерами.

Вот список материалов, доступных для 3D-печати MJF. на платформе Hubs.

Материал	Описание
HP PA 12 (нейлон 12)	Нейлон 12 — прочный термопласт с отличными физическими свойствами и химической стойкостью, идеально подходящий для создания функциональных прототипов и конечных применений.
Стеклонаполненный HP PA 12	Стеклонаполненный нейлон армирован стеклянными шариками и создает детали с более высокой жесткостью и термостойкостью, чем стандартный нейлон.

Как работает постобработка MJF?

Подобно другим производственным процессам, требуется дополнительная обработка, прежде чем деталь будет готова для прототипирования или конечного применения. Однако постобработка с MJF относительно легкая по сравнению с другими технологиями AM.

Когда вы заканчиваете задание на печать, у вас остается сборочная единица, заполненная трехмерным слоем нерасплавленного порошка, а деталь находится внутри.

Вот основные этапы постобработки MJF:

• Охлаждение: Это происходит внутри сборочной единицы, хотя HP предлагает модульные блоки для естественного охлаждения, поэтому сборочную единицу можно использовать для новой печати, не дожидаясь, пока порошок и деталь остынут.

• Извлечение нерасплавленного порошка: Как только блок сборки остынет, переместите его на станцию ​​обработки и соберите нерасплавленный порошок в контейнер для последующего использования.

• Дробеструйная обработка: Удалите остатки порошка с помощью дробеструйной, воздушной или водной струйной очистки. Вы можете сделать это вручную или автоматически, используя барабан, ультразвуковой очиститель или виброотделочную машину.

После удаления всего остаточного порошкового материала вам, возможно, придется пройти дополнительную обработку. Это зависит от части. Например, рассмотрим постобработку, необходимую для процессов литья. Возможно, вам потребуется выполнить дополнительную обработку таких элементов, как сопрягаемые поверхности, отверстия, допуски, превышающие возможности MJF, и внутреннюю резьбу. Кроме того, для выполнения конкретных технических требований может потребоваться ручная шлифовка детали.

Каковы преимущества MJF?

Если вы хотите создавать функциональные прототипы и относительно небольшие производственные партии деталей для конечного использования, то MJF должен стать вашим идеальным решением. MJF отлично подходит для создания гораздо более прочных деталей, чем SLS. Детали, изготовленные из MJF, имеют максимальную прочность на растяжение XY и Z 48 МПа/6960 фунтов на кв. дюйм по методу ASTM D638.

Кроме того, MJF действительно хорошо обеспечивает механические свойства во всех направлениях геометрии вашей детали. Поэтому, если вы создаете детали сложной, многогранной конструкции, которые также имеют более мелкие элементы, которые должны быть прочными, MJF — наиболее подходящий вариант.

MJF производит функциональные детали для конечного использования, не требуя большого объема постобработки. По сравнению с другими технологиями AM, она быстрее и предлагает более надежную автоматизацию, что означает гораздо более короткие сроки и высококачественные поверхности с минимальным вмешательством человека.

Чтобы добиться своей скорости, MJF последовательно сканирует поверхность детали, которую он печатает, при каждом проходе, даже если вы используете его для печати нескольких деталей одновременно. Это обеспечивает более высокую скорость сборки по сравнению с другими технологиями, даже с большим количеством деталей.

Почему MJF идеально подходит для производства деталей для конечного использования?

MJF отличается от других процессов аддитивного производства, поскольку он предназначен для производства больших объемов деталей с большой сложностью, детализацией и структурной целостностью. MJF — это популярное решение для изготовления точных и прочных корпусов электронных компонентов, механических узлов, корпусов, приспособлений и приспособлений.

В современных машинах MJF сборочная единица представляет собой передвижную тележку, прикрепленную к включенной в комплект станции обработки. Когда деталь готова, все, что вам нужно сделать, это переместить порошковую платформу на станцию ​​обработки, чтобы удалить весь лишний порошок. Постобработку можно выполнять массово, в зависимости от технических требований к детали, и чаще всего ручная обработка не требуется. Это делает его подходящим для крупносерийного производства функциональных деталей.

Сама система порошкового слоя устраняет необходимость в опорах, а детали эффективно размещаются в зоне сборки. После того, как деталь будет готова, вы также можете снова использовать неиспользованный порошок для будущих тиражей печати.

3D-печать MJF и SLS:в чем разница?

Хотя селективное лазерное спекание (SLS) очень похоже на MJF, эти две технологии имеют несколько ключевых отличий. Принтеры SLS также наносят порошковый материал в область сборки слой за слоем, однако машина сплавляет материалы путем спекания частиц порошка вместе и с нижележащим слоем детали с помощью лазера.

Вы можете модулировать мощность лазера, чтобы изменить свойства материала детали, хотя параметры этой функции ограничены. HP предлагает широкий выбор химических агентов, что дает больше возможностей для изменения свойств каждого вокселя детали.

MJF и литье под давлением:что лучше для вашего применения?

MJF — это не только мощный двигатель по сравнению с другими технологиями AM, но и жизнеспособная альтернатива литью под давлением. При литье под давлением вы должны заплатить за саму пресс-форму и провести много анализов DFM перед изготовлением детали. Это также ограничивает геометрию детали, а время выполнения заказа значительно больше, учитывая время, необходимое для изготовления пресс-формы и других этапов обработки.

В отличие от этого, MJF обеспечивает более широкую свободу проектирования при значительном сокращении времени выполнения заказа. Вы также можете быстро вносить изменения в дизайн с помощью MJF, так как вам не нужно полагаться на пресс-форму. Если вы собираетесь запустить производственный цикл с литьем под давлением, обязательно рассмотрите MJF, особенно если вы надеетесь создавать большие объемы мелких и средних боковых деталей со сложной геометрией.

В целом MJF предпочтительнее для создания прототипов, а также для малых и средних серий производства. Вы можете напечатать прототипы за несколько дней, и любая деталь, напечатанная методом MJF, будет иметь механические свойства того же калибра, что и литье под давлением.

Какие примеры Multi Jet Fusion в действии?

Один впечатляющий пример использования MJF исходит от CNC Würfel, специалиста по производству и автоматизации процессов для автомобильной промышленности и медицинских технологий, среди других секторов. В 2017 году CNC Würfel заменила фрезерные и токарные станки на 3D-печать многих их компонентов. Это резко сократило время производства и позволило больше времени тратить на тестирование прототипов.

Это оказалось особенно эффективным при производстве адаптера захвата компании, детали, используемой на конвейерных лентах, для которой требуется несколько сложных деталей и систем захвата. Традиционные процессы приводили к восьми-десяти неделям времени выполнения заказа и требовали обширных человеческих знаний и вмешательства, которое иногда приводило к повреждению детали.

Чтобы избежать многих сложностей, связанных с изготовлением адаптера захвата, CNC Würfel вместо этого решила напечатать его на 3D-принтере с использованием MJF. Это сразу же оказалось выгодным, особенно потому, что сократило время производства с двух месяцев до чуть менее недели. Использование MJF также сэкономило компании огромную сумму денег. Снижение затрат на печать детали составило 95% по сравнению с традиционным производством. Дополнительным преимуществом стало то, что напечатанная деталь стала на 84 % легче, но при этом достаточно прочной, чтобы справляться со своими задачами.

Еще одним важным вариантом использования MJF является 3D-камера HP Z, разработанная для упрощения захвата и визуализации документов и других объектов в режиме реального времени. До изобретения MJF компания HP собирала камеру из трех отдельных деталей, полученных литьем под давлением, что требовало нескольких недель для создания прототипов и затрат на каждую часть.

Переход на MJF для производства камеры ускорил производство, поскольку новая технология позволила HP печатать одну сборку, а не три части. Согласно HP, этот поворот также снизил цену за деталь с 2,42 до 0,36 доллара и сократил продолжительность прототипирования с недель до дней. Кроме того, свобода дизайна, предоставляемая MJF, дала HP возможность оптимизировать ориентацию камеры, что повысило качество конечного продукта.

MJF:полезные советы и рекомендации

Вот несколько практических рекомендаций по максимально эффективному использованию технологии MJF.

• Укрепляйте тонкостенные или большие плоские поверхности с помощью ребер или косынок и, по возможности, окружайте отверстия выступающими выступами.

• Имейте в виду, что выпуклый текст и косметические элементы размером менее 0,5 мм могут не выдержать вторичную постобработку. Подробности см. в анализе DFM в предложении вашей детали.

• Стенки вашей детали должны иметь толщину от 2,5 до 12,7 мм. Превышение или понижение этого значения может повлиять на допуски вашей детали.

• Обязательно четко идентифицируйте косметические поверхности, чтобы производитель избегал таких особенностей, как ступеньки на наклонных углах детали.

Часто задаваемые вопросы

Каковы преимущества MJF?

MJF позволяет производить большое количество уникальных деталей, не полагаясь на массивы из нескольких принтеров. Он также может заменить дорогостоящие работы по литью или формовке, а современные системы HP включают в себя присоединенную станцию ​​массовой постобработки, что сводит к минимуму ручную отделку.

Каковы недостатки MJF?

MJF обходится дороже, чем модульные технологии печати, такие как FDM, хотя качество выше и лучше подходит для промышленного использования.

Являются ли 3D-печатные детали MJF водостойкими?

PA 12 Nylon — один из немногих водостойких материалов для 3D-печати. Стенки детали MJF должны иметь толщину 1 мм, чтобы быть водонепроницаемыми, а толщина стенок более 4 мм делает детали водонепроницаемыми. Детали MJF также химически устойчивы к жирам, щелочам, маслам и алифатическим углеводородам.

Какова размерная точность MJF?

Точность размеров MJF составляет ± 0,3 % с нижним пределом ± 0,3 мм (0,012 дюйма).

Каков максимальный размер сборки MJF?

При использовании концентраторов максимальный размер сборки деталей MJF составляет 380 x 285 x 380 мм (14,9 x 11,2 x 14,9 дюйма).

Какие наименьшие детали может распечатать MJF?

Минимальный размер элемента, который может напечатать MJF, составляет 0,5 мм (0,02 дюйма). Слои печати MJF имеют толщину 80 микрон (0,0003 дюйма), что означает, что он может воспроизводить очень мелкие детали поверхности.