Malzeme püskürtme, 3 boyutlu bileşenleri katman katman üretmek için kullanılan bir 3B baskı eklemeli üretim tekniğidir. Malzeme Püskürtme (MJ), son derece hassas geometriye ve pürüzsüz yüzey kaplamalarına sahip bileşenlerin üretilmesini sağlar. Bu gelişmiş üretim tekniği, dikkat çekici özellikleri nedeniyle mühendislerin dikkatini çekmiştir. MJ, günümüzde otomotiv, havacılık ve tıp endüstrileri de dahil olmak üzere çeşitli sektörlerde hem prototip hem de üretim amacıyla kullanılmaktadır.
Malzeme Jetting 3D Baskı Nedir?
Malzeme püskürtmeli 3B baskı sürecinde, malzeme, tıpkı 2B baskıda olduğu gibi, kontrollü hareket eden bir mürekkep püskürtme kafası kullanılarak, yerleşik bir platform üzerine püskürtülür. Bu ışığa duyarlı malzeme daha sonra UV ışınları kullanılarak sertleştirilerek, ± 0.3 mm'lik tipik toleransa sahip hassas bir bileşen elde edilir. Bileşenleri üretmek için mumlar, polimerler, seramikler ve hatta metaller gibi çeşitli malzemeler kullanılabilir.
Malzeme Jetleme Nasıl Çalışır?
Malzeme hazırlama
Malzeme püskürtme işleminin ilk adımı, hammaddenin hazırlanmasıdır. Bu aşamada fotopolimer reçine, viskoziteyi azaltmak için 30-60°C'ye kadar ısıtılır. Bu, püskürtme sırasında reçinenin optimum akışını sağlar.
Damlacık Birikimi
Malzeme daha sonra baskı kafasına yüklenir ve bu baskı kafası yapı platformu boyunca hareket eder. Mürekkep püskürtme kafası, modelin dilim geometrisine göre belirli noktalara yüzlerce küçük reçine damlası salar. Enjeksiyon mekanizması şu şekildedir:
- Piezoelektrik püskürtme uçucu olmayan malzemelere uygulanır.
Katman Kürleme
Damlacık platforma ulaştığı anda, oluşan katmanın son kürlenmesi, katmanın ısıtılması veya UV radyasyonu ile gerçekleştirilir. Damlacıklar tepsiye düştüğü anda, yerleşik UV LED'ler altında anında kürlenir..
Yüzey Düzeltme
Bazı mum bazlı sistemlerde, bir sonraki katman uygulanmadan önce düz ve düzgün bir yüzey sağlamak için basılı katmanın üzerinden bir sinek kesici geçebilir.
Platform Hareketi
İlk katmanın kürlenmesi tamamlandığında, plaka formu bir kat aşağı doğru hareket eder ve bir sonraki katmanın yerleştirilmesi için yer açılır.
Katman Katman Baskı
Şimdi, malzemenin püskürtülmesi ve katılaştırılması gibi önceki adımlar, tüm bileşen 3 boyutlu dilimlenmiş modele göre üretilene kadar tekrarlanır.
Çok Malzemeli Baskı
Birden fazla baskı kafası yan yana hizalanarak farklı malzemeler aynı anda yerleştirilebilir. Bu sayede tek geçişte çok malzemeli, tam renkli ve destek yapı baskıları yapılabilir.
Desteğin Kaldırılması
Malzeme püskürtmeli 3B baskı sürecinde, genellikle çözünebilir malzemeden yapılan destek yapısı kullanılır. Bu destek yapısı, son işlem sırasında ultrasonik bir banyo cihazına daldırılarak veya basınçlı su kullanılarak çıkarılır.
Malzeme Püskürtme Makinesi
MKS malzeme püskürtme makinesi Hassas mikro nozullar, UV kürleme ve kontrollü sıcaklığı bir araya getirerek sıvı malzemeleri katman katman doğru bir şekilde biriktirir ve katılaştırır.
Mikro Nozullu Baskı Kafası
Malzeme Püskürtme sistemi, çok ince nozullardan oluşan bir baskı kafasından oluşur. Bu nozullar, malzemenin küçük damlacıklarını kontrollü bir şekilde yerleşik platform üzerine püskürtür.
Malzeme Rezervuarı
Bu sistemin malzeme haznesine Kartuş da denir. Sıvı malzemeyi tutan bir kaptır. Bu hazneler, manuel olarak doldurulabilir veya güvenli kullanım sağlamak için kapalı kartuşlar halinde gelir.
UV Kürleme Sistemi
Bu, baskı kafasının yakınında bulunan UV radyasyon kaynağıdır. Sıvı malzemenin katı bir tabaka halinde kürlenmesi için gereken yoğunlukta UV radyasyonu sağlar.
Isıtmalı Yapı Odası
Seramik ve metallerin püskürtme için kullanıldığı NJP'de, ısıtmalı bir bölme bulunur. Bu bölme, optimum buharlaşma ve birleşme için sıcaklığı korumak amacıyla kullanılır.
Katmanlı Üretim Malzeme Jetleme Türleri
PolyJet Teknolojisi
PolJet, ince bir fotopolimer tabakasının bir üretim tepsisine yayılıp UV ışınlarıyla kürlendiği en yaygın katmanlı üretim malzeme püskürtme yöntemlerinden biridir. Sistem, malzemeyi üretim yüzeyine hassas ve hızlı bir şekilde yerleştirmek için çok çeşitli nozullar kullanır. Aynı anda birden fazla malzeme ve renk basmak için kullanılabilir ve bu da yüksek çözünürlüklü görsel prototipler ve kalıplanmış parçalar elde edilmesini sağlar.
özellikleri
- PolyJet, 14-16 mikron kadar düşük katman kalınlığıyla çok yüksek çözünürlük sunar.
- İnce detaylara sahip, rafine işçilikle üretilmiş parçalar üretiyor.
- Tek bir yapıda çoklu malzeme ve çok renkli baskıyı destekler.
- İnce duvarların ve karmaşık geometrilerin üretilmesine olanak sağlar.
NanoParçacık Püskürtme (NPJ)
NPJ, bileşen veya model üretimi için metal veya seramik süspansiyonu kullanan bir malzeme püskürtmeli 3B baskı işlemidir. Bu işlemde, malzemeler bir sızdırmazlık kartuşu kullanılarak mürekkep püskürtme kafasına beslenir. Malzeme parçacıkları tabakasını katılaştırmak için UV ışınları yerine bir ısı kaynağı kullanılır. Elde edilen bileşenler daha sonra sinterlenerek nihai parça oluşturulur.
Karakteristik
- NPJ, nanopartiküllerin ince boyutu sayesinde olağanüstü özellik çözünürlüğü ve yüzey pürüzsüzlüğü sunar.
- Baskılı parçalar yüksek malzeme yoğunluğuna ve mukavemete sahiptir.
- Kartuşların kapalı olması ve gevşek barut olmaması nedeniyle işlem nispeten temiz ve güvenlidir.
Talep Üzerine Bırakma (DOD)
DOD, sürekli bir fotopolimer akışı biriktirerek çalışmaz, ancak gerektiğinde damla damla biriktirir. İki baskı kafasıyla çalışır; biri yapı malzemesi, diğeri destek malzemesi içindir. Balmumu kalıpları ve hassas döküm baskıları için uygundur.
özellikleri
- DOD, 6 mikron kadar ince katman kalınlığı ve 22 mikron civarında XY çözünürlükleriyle olağanüstü doğruluk ve yüzey kalitesi sağlar.
- Kayıp mum dökümü için ideal, son derece pürüzsüz ve hassas mum modelleri üretebilir.
- Malzeme Jetlemede Kullanılan Malzemeler
Katmanlı Üretimde Kullanılan Malzeme Malzeme Jetleme
Toz yatak füzyon yöntemlerinin aksine doğrudan metal lazer sinterleme (DMLS)Paslanmaz çelik ve titanyum gibi metal tozları kullanan Malzeme Püskürtme yönteminde ise fotopolimerler ve mumlar kullanılır. Bu yöntem, dayanıklılığı sınırlasa da ince detaylara, renkli baskılara ve çok malzemeli yapılara olanak tanır.
fotopolimerler
Fotopolimerler, malzeme püskürtme malzemeleri arasında en yaygın kullanılan malzemedir. Bunlar, ultraviyole ışığa maruz kaldığında hızla kürleşen sıvı reçinelerdir. Sert plastiklerden esnek kauçuk benzeri malzemelere ve hatta şeffaf veya biyouyumlu seçeneklere kadar çok çeşitli özellikleri simüle edebilirler.
Metaller ve Seramik
NanoParçacık Püskürtme (NPJ) yönteminde, metaller ve seramikler, sıvı bir taşıyıcıda süspanse edilmiş nanopartiküller halinde kullanılır. Yaygın malzemeler arasında paslanmaz çelik, titanyum, zirkonyum ve alümina bulunur.
Mumlar ve Özel Reçineler
Drop-on-Demand (DOD) sistemleri, yüksek hassasiyetli döküm kalıpları üretmek için öncelikle balmumu malzemeleri kullanır. Bu balmumları kolayca erir ve temiz bir şekilde yanar, bu da onları mücevher ve diş hekimliğindeki hassas dökümler için ideal kılar.
Malzeme Jetlemenin Avantajları
Baskı Çözünürlüğü ve Doğruluğu
3B baskı malzeme püskürtme, 13-16 mikrometre (0.013-0.016 mm) kadar yüksek çözünürlük sağlayarak modelin hassas bir şekilde detaylandırılmasını sağlar. Üstelik, MJ kullanılarak elde edilen bileşenler veya model ayrıntılı ve boyutsal olarak tutarlıdır.
yüzey
MJ ile elde edilen bileşenler cilalı bir görünüme sahip olduğundan görsel ve işlevsel prototipler için idealdir.
Çok Malzemeli Baskı
Malzeme enjeksiyon yöntemi, tek bir işte birden fazla malzemeyle eş zamanlı baskı yapılmasını destekler.
Bu, farklı mekanik özelliklere sahip malzemelerin karıştırılmasını mümkün kılar, örneğin:
Tek parçada sert ve esnek bölgeler.
- Şeffaf ve opak kombinasyonları.
- Değişen sertlik seviyeleri veya kauçuk benzeri dokular.
Tam Renkli Baskı
MJ, gerçekçi bir yaklaşım için 3 boyutlu renkli modeller üretebilmektedir. Bu, modeli yalnızca görsel olarak çekici kılmakla kalmaz, aynı zamanda kavramsal anlayış açısından da değerlidir.
Homojen Malzeme Özellikleri
MJ yardımıyla elde edilen bileşenler veya model, homojen termal ve mekanik özellikler göstermektedir.
Düşük Malzeme Atığı
DOD malzeme püskürtme, malzemeyi yalnızca talep üzerine kullandığından, çok fazla dikkate değer malzeme gücü üretmez.
Yüksek Hızda Yazdırma
MJ prosesinde, FDM gibi geleneksel yöntemlere göre daha hızlı işlem yapılabilmesini sağlayan geniş baskı kafaları kullanılmıştır.
Malzeme Jetlemenin Dezavantajları
Sınırlı Malzeme Seçenekleri
- Malzeme Püskürtme esas olarak fotopolimerler ve mumlarla sınırlıdır ve bu da kullanımını dar bir uygulama yelpazesiyle sınırlar.
- Metal ve yüksek performanslı polimerler desteklenmediğinden MJ, mühendislik sınıfı işlevsel parçalar için uygun değildir.
Zayıf Mekanik Özellikler
- Baskılı parçalar genellikle kırılgandır ve kopma anındaki uzamaları düşüktür, bu nedenle işlevsel veya yük taşıma uygulamaları için uygun değildirler.
- Işığa duyarlı malzemeler, özellikle UV ışınlarına maruz kaldığında zamanla bozulur ve parçaların uzun vadeli güvenilirliği azalır.
Yüksek maliyetler
- 3D baskıda malzeme maliyetleri en yüksekler arasında yer alıyor ve çoğu zaman kilogram başına 1000 doları aşıyor.
- MJ makinelerinin satın alınması ve çalıştırılması pahalıdır ve bu durum küçük işletmeler veya düşük bütçeli projeler için erişilebilirliği sınırlar.
Destek Malzemesi ve Son İşlem Gereksinimleri
- MJ'in sıklıkla destek yapılarına ihtiyacı vardır, bu da malzeme kullanımını ve baskı süresini artırır.
- Parçaların tamamen sertleştirilmesi için genellikle UV son kürleme işlemi gereklidir ve bu da iş akışına karmaşıklık katar.
Malzeme Jetlemenin Uygulamaları
Medikal ve Sağlık
Yüksek hassasiyeti ve doğruluğu ile biyouyumluluğu nedeniyle tıp ve sağlık sektöründe anatomik modeller ve cerrahi aletler gibi tıbbi cihazların üretiminde kullanılır.
Değerli Takı
Metal püskürtme, tutarlı ve karmaşık mücevher tasarımları oluşturmanın yanı sıra dökümde de uygulama alanı bulur. Dökümde DOD teknolojisi, lüks ve sanatsal parçalar için ideal, keskin kenarlı, küçük detaylar üretir.
Mühendislik
Mühendisler bu teknolojiyi kullanarak karmaşık mekanik parçaları yüksek doğrulukla üretiyorlar.
Havacılık ve Otomotiv
Otomotiv ve havacılıkta, MJ kullanılarak geleneksel işleme yöntemlerine kıyasla hafif kalıplar ve özel takımlar daha hızlı üretilebilmektedir. Bununla birlikte, gerçekçi doku ve yüzeylere sahip gösterge panelleri ve iç mekan prototipleri de üretilmektedir.