Материальная струйная печать (Material Jetting): Полное руководство по точности, цвету и инновациям

Материальная струйная печать выделяется среди технологий 3D-печати способностью производить высокоточные детали с гладкой поверхностью. С появления в конце 1990-х она стала решением №1 для полноцветных визуальных прототипов, форм для литья под давлением и моделей для отливки.

В этом руководстве мы глубоко погружаемся в процесс Material Jetting, его сильные и слабые стороны, а также новейшие применения и инновации, формирующие будущее этой технологии.

Как работает Material Jetting

Material Jetting — это струйный процесс, наносящий жидкий фотореактивный полимер на строительную платформу слой за слоем. Как и стереолитография (SLA), полимер твердеет под УФ-светом, но вместо одной ванны принтер использует несколько печатающих головок для точечного распыления капель на деталь.

Ключевые этапы:

• Полимер предварительно нагревается для оптимизации вязкости, затем печатающая головка перемещается над платформой, дозируя первый слой там, где нужно.
• Поддерживающие структуры печатаются одновременно, обеспечивая стабильность детали во время фабрикации.
• После каждого нанесения УФ-лампа твердит слой фото-полимеризацией.
• Как только слой затвердевает, строительная платформа опускается на высоту одного слоя, и цикл повторяется до завершения детали.
• По завершении поддержки удаляются, оставляя безупречную поверхность, готовую к постобработке.

Преимущества Material Jetting

• Непревзойденная точность — Точность капель позволяет слои толщиной 0.013 мм, давая деталям исключительную гладкость и способность улавливать мелкие детали.
• Полноцветная и мультиматериальная способность — Выделенные печатающие головки с множеством сопел могут наносить разные цвета или материалы в одной сборке, создавая детали, сочетающие жесткость, гибкость, непрозрачность и полупрозрачность.
• Чистое удаление поддержок — Поддержки растворяются чисто в ультразвуковой ванне, не оставляя остатков или следов на готовой детали.

Ограничения Material Jetting

• Механические свойства — Детали склонны быть слабее, чем при SLS или других методах, поэтому лучше подходят для визуальных или малонагруженных функциональных прототипов.
• Скорость печати — Точность каплевого нанесения означает, что процесс может быть медленнее других аддитивных методов.
• Диапазон материалов — Сейчас ограничен вязкими фото-полимерами и восками; исследования расширяют библиотеку к металлам, керамике и силиконам.

Материалы в Material Jetting

Сегодня доминируют фото-полимеры (жидкие) и литейный воск. Лидеры — Stratasys и 3D Systems — предлагают фото-отверждаемые пластики и композиты. «Цифровые материалы» Stratasys смешивают несколько фото-полимеров для гибридных свойств — хотя они остаются хрупкими, существуют специальные сорта для оснастки и литья по выплавляемым моделям.

Инновации расширяют палитру: NanoParticle Jetting от Xjet взвешивает металлические или керамические частицы в жидкости, удаляемой при спекании; ACEO® (Wacker Chemie AG) ввел печать силикона по требованию в 2016 году, позволяя 100% силикон и многоцветные детали с разной твердостью.

Частые применения

Material Jetting превосходит в прототипировании и оснастке. Дизайнеры используют мультиматериальность для высокоточных полноцветных визуальных прототипов. Например, Pre-Series Centre Audi использует технологию Stratasys для функциональных мультиматериальных макетов, ускоряющих валидацию дизайна.

В медицине полноцветные анатомические модели помогают в образовании, предоперационном планировании и обучении. Хирурги могут репетировать процедуры на реалистичных репликах, соответствующих анатомии пациента.

Малосерийная оснастка — формы для литья под давлением, модели для отливки, формы для литья по выплавляемым моделям — выигрывает от быстрого, экономичного производства и сложных геометрий, недостижимых традиционными методами.

Новые применения включают изготовление электронных устройств: DragonFly 2020 Pro от Nano Dimension печатает проводящие серебряные чернила для создания многослойных схем, прототипов PCB и антенн.

Принтеры Material Jetting

Объемы сборки варьируются от средних (380 × 250 × 200 мм) до крупных (1000 × 800 × 500 мм). Stratasys и 3D Systems остаются основными производителями.

ProJet MJP 5600 от 3D Systems использует проприетарную MultiJet Printing для создания многоцветных, мультиматериальных деталей для быстрого прототипирования и оснастки. С объемом сборки 518 × 381 × 300 мм, он идеален для средних компонентов.

J750 от Stratasys, новейший в технологии PolyJet, предлагает объем сборки 490 × 390 × 200 мм и может печатать шесть материалов одновременно, обеспечивая истинную многоцветность и мультиматериальность.

Итог

Material Jetting доставляет высокую размерную точность, полноцветные и мультиматериальные детали — делая его предпочтительным выбором для функциональных прототипов и оснастки. Непрерывные исследования фото-полимеров и других материалов намекают на будущие применения в серийном производстве, электронике и даже биопечати, где точность по требованию может трансформировать регенеративную медицину.