Een uitgebreide gids voor 3D-printen met materiaalstralen

Material Jetting onderscheidt zich van andere 3D-printtechnologieën door het vermogen om zeer nauwkeurige onderdelen te produceren met een gladde oppervlakteafwerking. Sinds de opkomst in de late jaren 1990, is Material Jetting een ideale 3D-printtechnologie voor het produceren van full-colour, visuele prototypes, spuitgietmatrijzen en gietpatronen.

In de tutorial van vandaag wordt de Material Jetting van naderbij bekeken. proces, de voordelen en beperkingen van de technologie en de nieuwste toepassingen en ontwikkelingen in  Material Jetting.

Hoe werkt Material Jetting?

Material Jetting is een inkjetprintproces waarbij printkoppen worden gebruikt om een ​​vloeibaar fotoreactief materiaal laag voor laag op een bouwplatform te deponeren. Net als bij stereolithografie (SLA), gebruikt Material Jetting een UV-licht om het materiaal te laten stollen. De methoden voor materiaalafzetting variëren van printer tot printer en kunnen een continue of Drop-on-Demand (DOD) jetting-benadering omvatten. Merk op dat de DOD-techniek doorgaans wordt gebruikt om viskeuze vloeibare materialen af ​​te zetten.

Een stapsgewijze blik op het proces:

• Zodra de vloeibare hars is voorverwarmd voor een betere viscositeit, begint de printkop boven het bouwplatform te bewegen en de eerste laag materiaal af te zetten waar nodig.
• Ondersteunende structuren worden gelijktijdig met het onderdeel geprint om de stabiliteit tijdens het printen te garanderen.
• Het afgezette materiaal wordt vervolgens blootgesteld aan UV-licht, waardoor de materiaallaag wordt uitgehard (stolt) in een proces dat bekend staat als fotopolymerisatie.
• Zodra de eerste laag is gestold, wordt het bouwplatform één laag verlaagd en wordt het proces herhaald totdat het onderdeel klaar is.
• Ondersteunende structuren kunnen nu van het onderdeel worden verwijderd, klaar voor nabewerking.

De voordelen van materiaalstralen

• Nauwkeurigheid: Material Jetting heeft een van de hoogste nauwkeurigheidsniveaus onder de 3D-printtechnologieën. Dankzij de nauwkeurige afzetting van de kleine druppeltjes materiaal, kunnen lagen tot 0,013 mm dun worden geprint, waardoor onderdelen met een zeer gladde oppervlakteafwerking en onderdelen met kleine maar zeer nauwkeurige kenmerken kunnen worden geproduceerd.
• Full-colour en multi-materiaal onderdelen: Material Jetting kan worden gebruikt voor full-colour en, meer in het bijzonder, 3D-printen van meerdere materialen, aangezien de printkop die bij het printproces wordt gebruikt, doorgaans meerdere spuitmonden bevat. Deze nozzles kunnen in één drukproces verschillende materialen en/of verschillende kleuren deponeren. Objecten die zijn gemaakt via het materiaaljetting-printproces kunnen daarom een ​​reeks materiaaleigenschappen hebben, zoals stijfheid, flexibiliteit, ondoorzichtigheid en doorschijnendheid.
• Ondersteuningsstructuren: Hoewel Material Jetting ondersteuningsstructuren vereist, kunnen deze eenvoudig worden opgelost in een ultrasoonbad. Indien correct opgelost, laten de steunen na verwijdering geen sporen achter op het oppervlak.

De beperkingen van materiaalstralen

• Slechte mechanische eigenschappen: Objecten geproduceerd met Material Jetting zijn doorgaans zwakker, vooral in vergelijking met andere 3D-printtechnieken zoals SLS. Dit maakt materiaalspuitdelen over het algemeen ongeschikt voor functionele toepassingen - waarbij materiaalstralen doorgaans wordt gebruikt om onderdelen te produceren waarvan het uiterlijk belangrijker is dan de functie.
• Traag afdrukproces: Material Jetting wordt enigszins beperkt door de snelheid van het printproces. Omdat er telkens kleine druppeltjes materiaal over een klein deel van het bouwgebied worden afgezet, duurt het proces om een ​​deel te maken meer tijd.
• Materiële beperkingen: Voor Material Jetting kunnen doorgaans alleen viskeuze materialen met succes worden bedrukt. Het aantal viskeuze materialen dat in het drukproces kan worden gebruikt, is momenteel echter vrij beperkt. Zie hieronder voor meer informatie over de materialen die worden gebruikt bij Material Jetting.

Materialen die worden gebruikt bij Material Jetting

Tegenwoordig zijn de twee meest gebruikte materialen voor Material Jetting fotopolymeren (in vloeibare vorm) en gietwas.

Stratasys en 3D Systems zijn twee van de meest herkenbare specialisten op het gebied van Material Jetting op de markt , met een assortiment foto-uithardbare kunststoffen en composieten. Stratasys heeft bijvoorbeeld onlangs zijn zogenaamde "digitale materialen" ontwikkeld, die worden gebruikt in zijn gepatenteerde PolyJet-technologie.

Deze materialen combineren twee of meer fotopolymeren, wat resulteert in een materiaal met hybride eigenschappen (bijv. stijfheid met flexibiliteit). Hoewel objecten die met dergelijke materialen zijn gemaakt zwak en broos zijn, zijn er ook materialen die zijn geoptimaliseerd voor specifieke toepassingen zoals gereedschap en gieten.

Er wordt momenteel veel onderzoek gedaan naar het uitbreiden van het scala aan materialen dat kan worden gebruikt met materiaalstralen en metalen, keramiek en siliconen zijn al op de markt gekomen.

Het Israëlische bedrijf Xjet heeft bijvoorbeeld zijn NanoParticle Jetting-technologie voor metalen en keramiek ontwikkeld. Met deze technologie worden keramische of metaaldeeltjes gesuspendeerd in een vloeibare formulering, die vervolgens wordt verwijderd tijdens de sinterfase.

Een andere mijlpaal in materialen voor Material Jetting is bereikt met siliconen 3D-printen, ontwikkeld door ACEO ®, een divisie van de Duitse chemiereus Wacker Chemie AG. De technologie van ACEO®, die voor het eerst werd onthuld in 2016, maakt gebruik van een "drop-on-demand"-techniek om 100% siliconen en onderdelen van meerdere materialen te maken met verschillende kleuren en hardheden.

Algemene toepassingen

De voordelen van Material Jetting maken het een ideale technologie voor zowel prototyping als tooling. Ontwerpers kunnen bijvoorbeeld profiteren van de multi-materiaalmogelijkheden van Material Jetting om zeer nauwkeurige visuele prototypen in kleur te produceren.

Een goed voorbeeld hiervan is het Audi Pre-Series Centre:met Stratasys ' material jetting-technologie, heeft de autofabrikant volledig functionele prototypes van meerdere materialen kunnen maken om het ontwerpverificatieproces te versnellen.

De medische industrie maakt steeds vaker gebruik van Material Jetting voor de productie van realistische anatomische modellen voor zowel educatieve doeleinden als pre-operatieve planning en training.

Material Jetting kan worden gebruikt in medische universiteiten en ziekenhuizen om anatomische modellen in full colour te printen die eruitzien als echte lichaamsdelen. Dergelijke modellen helpen niet alleen geneeskundestudenten om een ​​betere leerervaring op te doen, ze stellen chirurgen ook in staat om een ​​operatie efficiënter te plannen en voor te bereiden dan met een 2D-beeld.

Bovendien is Material Jetting goed -geschikt voor de productie van kleine hoeveelheden mallen en gietpatronen. Dankzij deze 3D-printtechnologie kunnen gereedschappen voor spuitgieten en investeringsgieten veel sneller en goedkoper worden geproduceerd, terwijl hogere complexiteitsniveaus worden bereikt die onmogelijk zijn met traditionele gereedschapsproductie.

Material Jetting kan ook nuttig zijn voor 3D-printen elektronische apparaten. De DragonFly 2020 Pro 3D-printer van Nano Dimension deponeert bijvoorbeeld geleidende zilverinkt om meerlaagse elektronische circuits, PCB-prototypes en antennes te creëren.

Material Jetting 3D-printers

Material Jetting 3D-printers hebben een breed scala aan bouwvolumes van middelgrote (380 x 250 x 200 mm) tot grote formaten (1000 x 800 x 500 mm), die kunnen worden aangepast aan specifieke behoeften zonder concessies te doen aan de nauwkeurigheid van 3D geprinte onderdelen. Stratasys en 3D Systems zijn momenteel de belangrijkste fabrikanten van Material Jetting 3D-printers.

De ProJet MJP 5600 3D-printer van 3D Systems gebruikt bijvoorbeeld de gepatenteerde MultiJet Printing-technologie om kleurrijke onderdelen van meerdere materialen te maken voor prototyping en snelle fabricage van gereedschappen. Het systeem is compatibel met de eigen VisiJet®-materialen van het bedrijf. Het printvolume van de machine is 518 x 381 x 300 mm, ideaal voor middelgrote componenten.

De J750 3D-printer is de nieuwste ontwikkeling in Material Jetting-systemen van Stratasys. De J750 vertrouwt op de gepatenteerde PolyJet-technologie. De machine heeft een bouwvolume van 490 x 390 x 200 mm en biedt ook multicolour en multi-materiaal 3D-printen met de 6 verschillende materialen tegelijk.

Samenvattend

Material Jetting is een ideale technologie voor het maken van functionele prototypes en gereedschappen, omdat het full-colour en multi-materiaal onderdelen levert met een hoge maatnauwkeurigheid.

Echter, met fotopolymeer en andere materialen die voortdurend verder onderzoek heeft Material Jetting ook het potentieel om innovatieve oplossingen te bieden voor de productie van eindonderdelen, met name op het gebied van 3D-geprinte elektronica.

Dankzij de drop-on-demand-technologie toont Material Jetting ook belofte voor bioprinting, met het vermogen om een ​​revolutie teweeg te brengen in regeneratieve geneeskunde en weefseltechnologie.