Material Jetting — это технология аддитивного производства с использованием 3D-печати, которая используется для послойного изготовления 3D-компонентов. Material Jetting (MJ) позволяет изготавливать компоненты с высокоточной геометрией и гладкой поверхностью. Эта передовая технология производства привлекла внимание инженеров своими замечательными свойствами. MJ в настоящее время используется в различных отраслях промышленности, включая автомобильную, аэрокосмическую и медицинскую, как для создания прототипов, так и для производственных целей.
Содержание:
Что такое струйная 3D-печать?
В процессе струйной 3D-печати материал наносится на построенную платформу с помощью струйной головки с контролируемым движением, как и в 2D-печати. Затем этот светочувствительный материал затвердевает с помощью УФ-излучения, чтобы получить точный компонент с типичным допуском ± 0.3 мм и точным компонентом. Для изготовления компонентов могут использоваться многочисленные материалы, такие как воски, полимеры, керамика или даже металлы.
Как работает струйная подача материала?
Подготовка материала
Первым этапом процесса струйной обработки материала является подготовка сырья, где фотополимерная смола нагревается до 30–60°C для снижения вязкости. Это обеспечит оптимальную текучесть смолы при струйной обработке.
Осаждение капель
Затем материал загружается в печатающую головку, которая затем перемещается по платформе построения. Струйная головка выпускает сотни крошечных капель смолы в определенных местах в соответствии с геометрией среза модели. Механизмы впрыска, которые следуют далее, следующие:
- Пьезоэлектрическая струйная обработка применяется к нелетучим материалам.
Слоевое отверждение
Как только капля достигает платформы, чтобы построить окончательное отверждение сформированного слоя происходит либо путем нагрева слоя, либо с помощью УФ-излучения. Как только капли попадают на поддон, они мгновенно отверждаются под УФ-светодиодами на борту.
Сглаживание поверхности
В некоторых системах на основе воска летучая фреза может проходить по напечатанному слою, чтобы обеспечить ровную и гладкую поверхность перед нанесением следующего слоя.
Движение платформы
После завершения отверждения первого слоя пластинчатая форма перемещается вниз на один слой, освобождая место для нанесения следующего слоя.
Послойная печать
Теперь предыдущие этапы, такие как струйная обработка материала и его затвердевание, повторяются до тех пор, пока не будет изготовлен весь компонент в соответствии с трехмерной моделью.
Печать на нескольких материалах
Несколько печатающих головок могут быть выровнены бок о бок для одновременного нанесения различных материалов. Это позволяет выполнять многоматериальную, полноцветную и поддерживающую печать за один проход.
Удаление поддержки
Опорная структура используется в процессе струйной 3D-печати Material jetting, которая обычно состоит из растворимого материала. Эта опорная структура удаляется при постобработке либо путем погружения в ультразвуковую ванну, либо с помощью воды под давлением.
Машина для струйной обработки материалов
The машина для струйной обработки материалов сочетает в себе точные микросопла, УФ-отверждение и контролируемую температуру для точного нанесения и затвердевания жидких материалов слой за слоем.
Печатная головка с микросоплами
Система подачи материала состоит из печатающей головки, которая имеет ряд ультратонких сопел. Эти сопла выбрасывают крошечные капли материала контролируемым образом на построенную платформу.
Материальный резервуар
Резервуар для материала этой системы также известен как картридж. Это контейнер, в котором находится жидкий материал. Эти резервуары либо вручную пополняются, либо поставляются в виде герметичных картриджей для обеспечения безопасного обращения.
Система УФ-отверждения
Это источник УФ-излучения, расположенный вблизи печатающей головки. Он обеспечивает УФ-излучение необходимой интенсивности для отверждения жидкого материала в твердый слой.
Подогреваемая камера сборки
В случае NJP, где для струйной обработки используются керамика и металлы, присутствует подогреваемая камера. Эта камера используется для поддержания температуры для оптимального испарения и коалесценции.
Типы материалов для аддитивного производства
Технология ПолиДжет
PolJet — один из наиболее распространенных типов струйной обработки материалов в аддитивном производстве, при котором тонкий слой фотополимера наносится на поддон для сборки и отверждается с помощью УФ-излучения. Система использует широкий спектр сопел для точного и быстрого нанесения материала на поверхность сборки. Ее можно использовать для печати несколькими материалами и цветами одновременно, что приводит к созданию визуальных прототипов высокого разрешения и формованных деталей.
Характеристики:
- PolyJet обеспечивает очень высокое разрешение при толщине слоя всего 14–16 микрон.
- Изготавливает детали с изысканной отделкой и мелкими деталями.
- Поддерживает многоматериальную и многоцветную печать за один проход.
- Позволяет изготавливать тонкие стенки и сложные геометрические формы.
Наночастицы струйные (NPJ)
NPJ — это процесс струйной 3D-печати материалов, в котором для изготовления компонентов или моделей используется суспензия металла или керамики. В этом процессе материалы подаются в головку струйной печати с помощью картриджа с герметиком. Вместо УФ-излучения для затвердевания слоя частиц материала используется источник нагрева. Полученные компоненты затем спекаются для формирования конечной детали.
Характеристика
- NPJ обеспечивает исключительное разрешение элементов и гладкость поверхности благодаря малому размеру наночастиц.
- Напечатанные детали имеют высокую плотность материала и прочность.
- Процесс относительно чистый и безопасный благодаря герметичным картриджам и отсутствию сыпучего порошка.
Доставка по требованию (DOD)
DOD не работает, нанося непрерывный поток фотополимера, а наносит его каплями, когда это необходимо. Он работает с двумя печатающими головками, одна печатающая головка для материала построения, другая для поддерживающего материала. Подходит для печати восковых моделей и литья по выплавляемым моделям.
Характеристики:
- DOD обеспечивает исключительную точность и чистоту поверхности с толщиной слоя до 6 микрон и разрешением по осям XY около 22 микрон.
- С его помощью можно изготавливать чрезвычайно гладкие и точные восковые модели, идеально подходящие для литья по выплавляемым моделям.
- Материалы, используемые при струйной обработке материалов
Материал, используемый в аддитивном производстве. Струйная обработка материалов.
В отличие от методов порошковой плавки, таких как прямое лазерное спекание металлов (DMLS), которые используют металлические порошки, такие как нержавеющая сталь и титан, Material Jetting использует фотополимеры и воски. Это ограничивает прочность, но позволяет получать мелкие детали, цветную печать и многоматериальные конструкции.
Фотополимеры
Фотополимеры являются наиболее часто используемым материалом из материалов для струйной обработки. Это жидкие смолы, которые быстро затвердевают под воздействием ультрафиолетового света. Они могут имитировать широкий спектр свойств, от жестких пластиков до гибких резиноподобных материалов, и даже прозрачных или биосовместимых вариантов.
Металлы и керамика
В NanoParticle Jetting (NPJ) металлы и керамика используются в виде наночастиц, взвешенных в жидком носителе. Распространенные материалы включают нержавеющую сталь, титан, цирконий и оксид алюминия.
Воски и специальные смолы
Системы Drop-on-Demand (DOD) в основном используют восковые материалы для производства высокоточных литейных моделей. Эти воски легко плавятся и выгорают чисто, что делает их идеальными для литья по выплавляемым моделям в ювелирном деле и стоматологии.
Преимущества струйной обработки материалов
Разрешение и точность печати
Струйная печать 3D-материала обеспечивает высокое разрешение до 13–16 микрометров (0.013–0.016 мм), что приводит к точной детализации модели. Более того, компоненты или модель, полученные с использованием MJ, детализированы и размерно согласованы.
Чистота поверхности
Компоненты, полученные с помощью MJ, имеют безупречный внешний вид, что делает их идеальными для визуальных и функциональных прототипов.
Печать на нескольких материалах
Метод впрыскивания материала позволяет выполнять одновременную печать несколькими материалами в одном задании.
Это позволяет смешивать материалы с различными механическими свойствами, такими как:
Жесткие и гибкие зоны в одной детали.
- Прозрачные и непрозрачные комбинации.
- Различная степень жесткости или резиноподобная текстура.
Полноцветная печать
MJ способен производить 3D цветные модели для реалистичного подхода. Это не только делает модель визуально привлекательной, но и ценится за концептуальное понимание.
Однородные свойства материала
Детали или модели, полученные с помощью МЖ, демонстрируют однородные термические и механические свойства.
Низкий уровень отходов материала
Поскольку струйная обработка материалов в Департаменте обороны США использует материал только по требованию, то она не создает значительной мощности.
Высокоскоростная печать
В процессе MJ используются широкие печатающие головки, что позволяет производить печать быстрее, чем при традиционных методах, таких как FDM.
Недостатки струйной обработки материалов
Ограниченные варианты материалов
- Струйная обработка материалов в основном ограничивается фотополимерами и восками, что сужает область ее применения до узкого диапазона.
- Металлы и высокопроизводительные полимеры не поддерживаются, что делает MJ непригодным для функциональных деталей инженерного уровня.
Плохие механические свойства
- Напечатанные детали, как правило, хрупкие и имеют низкое удлинение при разрыве, поэтому они непригодны для функциональных или несущих нагрузок.
- Светочувствительные материалы со временем деградируют, особенно под воздействием ультрафиолета, что снижает долгосрочную надежность деталей.
Высокие затраты
- Стоимость материалов является одной из самых высоких в 3D-печати и часто превышает 1000 долларов за кг.
- Машины MJ дороги в приобретении и эксплуатации, что ограничивает их доступность для небольших предприятий или малобюджетных проектов.
Требования к вспомогательным материалам и постобработке
- MJ часто требует опорных конструкций, что увеличивает расход материала и время печати.
- Для полного затвердевания деталей часто требуется УФ-постотверждение, что усложняет рабочий процесс.
Применение струйной обработки материалов
Медицина и здравоохранение
Благодаря своей высокой точности и достоверности, а также биосовместимости он используется в медицине и здравоохранении для изготовления анатомических моделей и медицинских приборов, таких как хирургические инструменты.
ювелирных изделий
Струйная обработка металла также находит применение в создании последовательных и сложных дизайнов ювелирных изделий, а также в литье. При литье технология DOD печатает острые, мелкие детали, идеально подходящие для предметов роскоши и искусства.
Проект и
Инженеры используют эту технологию для изготовления сложных механических деталей с высокой точностью.
Аэрокосмическая и автомобильная промышленность
В автомобильной и аэрокосмической промышленности легкие приспособления и специальные инструменты производятся быстрее, чем традиционная обработка с использованием MJ. Кроме того, производятся приборные панели и прототипы интерьера с реалистичными текстурами и отделкой.