Jateamento de materiais é uma técnica de manufatura aditiva de impressão 3D usada para fabricar componentes tridimensionais camada por camada. O Jateamento de Materiais (MJ) permite a fabricação de componentes com geometria altamente precisa e acabamentos superficiais suaves. Essa técnica avançada de manufatura tem chamado a atenção de engenheiros devido às suas propriedades notáveis. O MJ é atualmente utilizado em diversos setores, incluindo automotivo, aeroespacial e médico, tanto para protótipos quanto para fins de fabricação.
Conteúdo
O que é impressão 3D por jato de material?
No processo de impressão 3D por jato de material, o material é injetado sobre uma plataforma construída utilizando uma cabeça de jato de tinta com movimento controlado, assim como na impressão 2D. Este material fotossensível é então endurecido por meio de radiação UV para obter um componente preciso com uma tolerância típica de ± 0.3 mm. Diversos materiais podem ser usados para fabricar os componentes, como ceras, polímeros, cerâmicas ou até mesmo metais.
Como funciona o jateamento de materiais?
Preparação de Material
A primeira etapa do processo de jateamento de material é a preparação da matéria-prima, onde a resina fotopolimérica é aquecida a 30–60 °C para reduzir a viscosidade. Isso garantirá o fluxo ideal da resina durante o jateamento.
Deposição de gotículas
O material é então carregado na cabeça de impressão, que então se move pela plataforma de impressão. A cabeça de jato de tinta libera centenas de pequenas gotas de resina em locais específicos, de acordo com a geometria do corte do modelo. Os mecanismos de injeção utilizados são:
- O jato piezoelétrico é aplicado em materiais não voláteis.
Cura de Camada
Assim que a gota atinge a plataforma, a cura final da camada formada é realizada por aquecimento ou por radiação UV. Assim que as gotas pousam na bandeja, elas curam instantaneamente sob os LEDs UV integrados..
Suavização de superfície
Em alguns sistemas à base de cera, um cortador de mosca pode passar sobre a camada impressa para garantir uma superfície plana e uniforme antes da aplicação da próxima camada.
Movimento de plataforma
À medida que a cura da primeira camada é concluída, a placa se move uma camada para baixo, abrindo espaço para a próxima camada ser depositada.
Impressão camada por camada
Agora, as etapas anteriores, como o jato do material e sua solidificação, são repetidas até que todo o componente seja fabricado de acordo com um modelo fatiado em 3D.
Impressão multimaterial
Várias cabeças de impressão podem ser alinhadas lado a lado para depositar diferentes materiais simultaneamente. Isso permite a impressão multimaterial, colorida e com estrutura de suporte em uma única passagem.
Remoção de suporte
A estrutura de suporte é utilizada no processo de impressão 3D por jato de material, geralmente composta de material solúvel. Essa estrutura de suporte é removida no pós-processamento por imersão em um banho ultrassônico ou por água pressurizada.
Máquina de Jateamento de Material
O método da máquina de jato de material combina microbicos precisos, cura UV e temperatura controlada para depositar e solidificar com precisão materiais líquidos camada por camada.
Cabeça de impressão com micro bicos
O sistema de jato de material consiste em uma cabeça de impressão com um conjunto de bicos ultrafinos. Esses bicos ejetam pequenas gotas do material de forma controlada sobre a plataforma construída.
Reservatório de materiais
O reservatório de material deste sistema também é conhecido como cartucho. Trata-se de um recipiente que contém o material líquido. Esses reservatórios são reabastecidos manualmente ou vêm como cartuchos lacrados para garantir o manuseio seguro.
Sistema de cura UV
Esta é a fonte de radiação UV localizada perto da cabeça de impressão. Ela fornece radiação UV com a intensidade necessária para curar o material líquido e transformá-lo em uma camada sólida.
Câmara de construção aquecida
No caso do NJP, onde cerâmicas e metais são utilizados para jateamento, existe uma câmara aquecida. Esta câmara é usada para manter a temperatura ideal para evaporação e coalescência.
Tipos de jateamento de materiais de manufatura aditiva
Tecnologia PolyJet
PolJet é um dos tipos mais comuns de jato de material para manufatura aditiva, no qual uma fina camada de fotopolímero é espalhada sobre uma bandeja de impressão e curada por meio de radiação UV. O sistema utiliza uma ampla gama de bicos para depositar o material com precisão e rapidez na superfície de impressão. Ele pode ser usado para imprimir vários materiais e cores simultaneamente, resultando em protótipos visuais de alta resolução e peças sobremoldadas.
Particularidades
- O PolyJet oferece resolução muito alta, com espessura de camada de apenas 14–16 mícrons.
- Produz peças com acabamento refinado e detalhes finos.
- Ele suporta impressão multimaterial e multicolorida em uma única construção.
- Permite a produção de paredes finas e geometrias complexas.
Jato de nanopartículas (NPJ)
NPJ é um processo de impressão 3D por jato de tinta que utiliza suspensão de metal ou cerâmica para a fabricação de componentes ou modelos. Neste processo, os materiais são fornecidos à cabeça do jato de tinta por meio de um cartucho selado. Em vez de radiação UV, uma fonte de calor é usada para solidificar a camada de partículas do material. Os componentes obtidos são então sinterizados para formar a peça final.
Característica
- O NPJ oferece resolução de recursos e suavidade de superfície excepcionais devido ao tamanho fino das nanopartículas.
- As peças impressas têm alta densidade e resistência do material.
- O processo é relativamente limpo e seguro devido aos cartuchos selados e à ausência de pólvora solta.
Entrega sob demanda (DOD)
A DOD não funciona depositando um fluxo contínuo de fotopolímero, mas o deposita gota a gota quando necessário. Funciona com duas cabeças de impressão, uma para o material de construção e outra para o material de suporte. É adequada para impressão de moldes de cera e fundição de precisão.
Particularidades
- O DOD oferece precisão e acabamento de superfície excepcionais, com espessura de camada de até 6 mícrons e resoluções XY de cerca de 22 mícrons.
- Ele pode produzir modelos de cera extremamente suaves e precisos, ideais para fundição por cera perdida.
- Materiais usados no jateamento de materiais
Material usado na fabricação de aditivos Jateamento de materiais
Ao contrário dos métodos de fusão em leito de pó, como sinterização direta a laser de metal (DMLS), que utiliza pós metálicos como aço inoxidável e titânio, o Jateamento de Materiais utiliza fotopolímeros e ceras. Isso limita a resistência, mas permite detalhes finos, impressão colorida e construções multimateriais.
Fotopolímeros
Fotopolímeros são os materiais mais comumente utilizados entre os materiais de jateamento de materiais. São resinas líquidas que curam rapidamente quando expostas à luz ultravioleta. Podem simular uma ampla gama de propriedades, desde plásticos rígidos a materiais flexíveis semelhantes à borracha, passando por opções transparentes ou biocompatíveis.
Metais e Cerâmica
No Jateamento de Nanopartículas (NPJ), metais e cerâmicas são utilizados na forma de nanopartículas suspensas em um transportador líquido. Materiais comuns incluem aço inoxidável, titânio, zircônia e alumina.
Ceras e Resinas Especiais
Os sistemas Drop-on-Demand (DOD) utilizam principalmente materiais de cera para produzir moldes de fundição de alta precisão. Essas ceras derretem facilmente e queimam de forma limpa, o que as torna ideais para fundição de precisão em joalheria e odontologia.
Vantagens do jato de material
Resolução e precisão de impressão
O jato de material por impressão 3D proporciona alta resolução, com precisão de 13 a 16 micrômetros (0.013 a 0.016 mm), resultando em detalhamento preciso do modelo. Além disso, os componentes ou modelos obtidos com a MJ são detalhados e dimensionalmente consistentes.
Revestimento de superfície
Os componentes obtidos através do MJ têm uma aparência polida, tornando-os ideais para protótipos visuais e funcionais.
Impressão multimaterial
O método de injeção de material permite impressão simultânea com vários materiais em um trabalho.
Isso permite misturar materiais com diferentes propriedades mecânicas, como:
Zonas rígidas e flexíveis em uma parte.
- Combinações transparentes e opacas.
- Vários níveis de rigidez ou texturas semelhantes à borracha.
Impressão em cores
MJ é capaz de produzir modelos 3D coloridos para uma abordagem realista. Isso não só torna o modelo visualmente atraente, mas também é valorizado pela compreensão conceitual.
Propriedades de materiais homogêneos
Os componentes ou modelos obtidos com a ajuda do MJ apresentam propriedades térmicas e mecânicas uniformes.
Baixo desperdício de material
Como o jato de material do DOD usa material somente sob demanda, é por isso que ele não gera uma potência de material tão grande.
Impressão de alta velocidade
O processo MJ utilizava cabeçotes de impressão largos, o que permitia processar mais rápido do que métodos tradicionais, como FDM.
Desvantagens do Jateamento de Materiais
Opções limitadas de materiais
- O jato de material é limitado principalmente a fotopolímeros e ceras, restringindo seu uso a uma gama estreita de aplicações.
- Metais e polímeros de alto desempenho não são suportados, tornando o MJ inadequado para peças funcionais de nível de engenharia.
Propriedades mecânicas ruins
- As peças impressas geralmente são frágeis e têm baixo alongamento na ruptura, sendo, portanto, inadequadas para aplicações funcionais ou de suporte de carga.
- Materiais fotossensíveis se degradam com o tempo, especialmente sob exposição UV, reduzindo a confiabilidade das peças a longo prazo.
Altos custos
- Os custos dos materiais estão entre os mais altos na impressão 3D, muitas vezes ultrapassando US$ 1000 por kg.
- As máquinas MJ são caras para comprar e operar, o que limita o acesso para empresas menores ou projetos de baixo orçamento.
Material de suporte e requisitos de pós-processamento
- A MJ frequentemente requer estruturas de suporte, aumentando o uso de material e o tempo de impressão.
- A pós-cura UV geralmente é necessária para endurecer completamente as peças, adicionando complexidade ao fluxo de trabalho.
Aplicações do Jateamento de Materiais
Médico e Saúde
Devido à sua alta precisão e exatidão, bem como biocompatibilidade, ele é usado no departamento médico e de assistência à saúde para fabricação de modelos anatômicos e dispositivos médicos, como instrumentos cirúrgicos.
Jóias
O jato de metal também encontra aplicação na criação de designs de joias consistentes e complexos, bem como na fundição. Na fundição, a tecnologia DOD imprime pequenas e nítidas características, ideais para peças de luxo e artísticas.
Engenharia
Engenheiros usam essa tecnologia para fabricar peças mecânicas complexas com alta precisão.
Aeroespacial e Automotivo
Nos setores automotivo e aeroespacial, gabaritos leves e ferramentas personalizadas são produzidos mais rapidamente do que a usinagem tradicional usando MJ. Além disso, são fabricados painéis e protótipos de interiores com texturas e acabamentos realistas.