PolyJet 3D-printing uitgelegd: Hoe het verschilt van FDM en SLA

Tegenwoordig heeft iedereen wel eens van 3D-printing gehoord en hoe het meerdere industrieën disrupteert en dagelijks nieuwe kansen creëert. De meest populaire technologieën binnen de maker-community zijn Fused Deposition Modeling (FDM) en Stereolithografie (SLA) printers. Toch vragen eisender vereisten vaak om duurdere, industriële machines, zoals PolyJet-printers.

We kunnen ons afvragen wat ze zijn, hoe ze worden gebruikt en hoeveel ze kosten!

PolyJet-printers werken door druppels fotopolymeren laag voor laag te spuiten. Elke laag wordt onmiddellijk uitgehard onder UV-licht, waardoor het object systematisch wordt opgebouwd. PolyJet-printers maken multi-materiaalprinten mogelijk, zodat modellen meer dan één technisch profiel kunnen hebben. Vanwege de inherente voordelen van PolyJet-printen wordt het toegepast in de luchtvaart-, auto-, mode-, spoorweg- en medische sector.

Wat is een PolyJet 3D-printer?

Namen in de 3D-printwereld kunnen verwarrend zijn, en vaak zijn er twee of meer namen voor exact dezelfde technologie of product. Een goed voorbeeld is FDM (Fused Deposition Modeling) en FFF (Fused Filament Fabrication), die beide verwijzen naar printen met thermoplastisch filament.

PolyJet of Poly Jet maakt hier geen uitzondering, omdat het op dezelfde principes functioneert als Material Jetting (MJ) printers. Het bedrijf Stratasys ontwikkelde hun eigen vloeistof-spuittechnologie en noemde het Poly Jet omdat het verwijst naar de technologie.

Deze printmethode gebruikt fotopolymeren als bouwmateriaal, en de technologie spuit fotopolymerdruppels op het bouwplatform, die worden uitgehard door UV-licht. Het proces is extreem snel, en de nauwkeurigheid behoort tot de beste in de 3D-industrie.

Het bedrijf 3D Systems noemde hun printers die deze technologie gebruiken MJ-printers of MultiJet-printers. Ook hier is de naam direct gekoppeld aan een aspect van de technologie, aangezien het meerdere spuiten gebruikt om het vloeibare fotopolymermateriaal nauwkeurig op de bouwplaat te depositieren.

Zoals je ziet, klinken de namen in 3D-printen aanvankelijk verwarrend, maar zijn in feite redelijk logisch. De reden dat de industrie zich niet houdt aan een gemeenschappelijke naam voor een specifieke technologie heeft veel te maken met branding en marketing. Hoe meer aandacht een bedrijf kan genereren rond hun producten, hoe beter hun resultaat. Het lijkt veel op een spel van Survivor waar Outwit, Outsmart en Outplay een vierde dimensie hebben: "Outname".

Fotopolymer Jetting 3D-printen valt onder of is een subklasse van de materiaal-extruderende/spuitende categorie. Materiaal jetting gebruikt technologieën die vloeibaar fotopolymermateriaal spuiten vanuit een printkop, onderworpen aan en uitgehard door UV-licht. Niet alle, maar de meeste materiaal jetting processen maken gebruik van fotopolymeren als bouwmateriaal.

Stratasys wordt beschouwd als een wereldleider in FDM (FFF) printtechnologie, en hun overname van Objet in 2012 leidde ook tot PolyJet- en PolyJet Matrix-printers. PolyJet-printers zijn in staat tot multi-materiaal- en multi-kleurprinten, wat resulteert in hoge-kwaliteitsprints.

Hoe werkt een PolyJet-printer?

Op veel manieren lijkt PolyJet 3D-printen op inkjet-documentprinters. Het verschil is dat PolyJet-printers 3D-modellen printen, wat ze die extra dimensie geeft. Dit wordt bereikt door laag voor laag te printen, vergelijkbaar met FDM-printen.

Elke gedeponeerde laag wordt onder UV-licht uitgehard, en op deze manier wordt de print systematisch opgebouwd. Na voltooiing van een print kan deze onmiddellijk worden behandeld en gebruikt zonder verdere na-uitharding, wat een enorme tijdsbesparing oplevert.

Printondersteuningen zijn nog steeds vereist voor overhangs en andere geometrische ontwerpelementen die ondersteuning nodig hebben tot het uithardingsproces voltooid is. Een speciaal ontworpen gel-achtig materiaal wordt gebruikt waar ondersteuning nodig is, en zodra de print klaar is, worden de ondersteuningen eenvoudig met de hand verwijderd, met water afgespoeld en tenslotte gedoopt in een chemische oplossing om het resterende ondersteuningsmateriaal te verwijderen.

Er zijn talloze voordelen van PolyJet-printen, waaronder printsnelheid, uitstekende precisie en kwaliteit, evenals een grote verscheidenheid aan printmaterialen die tegelijkertijd kunnen worden gebruikt, zoals bij Stratasys's Objet Connex 3D-printer.

PolyJet-printers werken op dezelfde principes als materiaal jetting 3D-printers. Voordat het printen begint, moet het fotopolymermateriaal in het materiaalreservoir van de printer worden verwarmd tot de optimale temperatuur om de juiste printviscositeit te garanderen.

Het printen begint met de wagen die zich over de X-as van het bouwplatform beweegt. Tijdens de bewegingen spuit de printkop selectief de hars in heel fijne druppels op het bouwplatform, die onmiddellijk worden uitgehard of verhard met UV-licht.

Met de technologie van meerdere printkoppen worden ondersteuningen tegelijkertijd geprint met specifiek ondersteuningsmateriaal dat eenvoudig daarna kan worden verwijderd. Na voltooiing van elke laag beweegt het bouwplatform een stapje naar beneden, en het proces wordt herhaald tot de print voltooid is. Bio-harsen zijn onder de grote keuze aan materialen.

Met PolyJet-technologie worden afgeronde prints besproeid met geperst water om ondersteuningsmateriaal te verwijderen en gedoopt in een chemische oplossing om de laatste resten van ondersteuningsmateriaal op te lossen. MultiJet-printers gebruiken paraffinewas als ondersteuningsmateriaal, dat moet worden weggesmolten in een oven.

Het is altijd intuïtief en leuk om een printer in actie te zien om volledig te begrijpen hoe het werkt, dus bekijk de volgende video!

Is PolyJet vergelijkbaar met FDM?

Hoewel PolyJet- en FDM-printers beide een print laag voor laag opbouwen, verschilt het gebruikte proces sterk. FDM-printers gebruiken thermoplasten als materiaal, terwijl PolyJet vloeibare fotopolymeren gebruikt.

Bij FDM-printen wordt het thermoplastische filament van een spool in de printkop gevoerd, waar het wordt gesmolten en als laag geëxtrudeerd, waarna het afkoelt en solidifieert. Elke laag doorloopt hetzelfde proces tot de print voltooid is. Bij PolyJet-printen wordt elke laag gespoten vloeibare hars uitgehard door UV-licht, en de lagen bouwen zich op tot een voltooide print.

Is PolyJet vergelijkbaar met SLA?

PolyJet lijkt op SLA-printen doordat ze beide een vloeibare hars gebruiken die wordt uitgehard door UV-licht, maar de processen zijn heel anders. SLA print het ontwerp omgekeerd met een harsbak of -bad om het model vanaf te printen, terwijl PolyJet-printers kleine druppels op een bouwplaat spuiten en zo opbouwen.

Beide printmethodes printen laag voor laag, maar PolyJet-printen heeft duidelijke voordelen ten opzichte van SLA-printen. Ten eerste is het niet beperkt tot slechts één harstype, en het ondersteuningsmateriaal wordt afgewassen zonder behoefte aan een tijdrovend na-productieproces. Op het gebied van printvolume is PolyJet in staat tot hogere printvolumes door de gedroogde, uitgeharde afwerking.

Het grootste voordeel dat PolyJet heeft ten opzichte van SLA is het multi-materiaalgebruik dat de structuur van het eindproduct kan veranderen. Waar SLA een uniformere print produceert die vastligt in zijn rigiditeit, combineert PolyJet verschillende materialen in de print om bepaalde gebieden rigide te laten zijn en andere flexibeler.

Welke materialen gebruiken PolyJet-printers?

De reeks fotopolymermaterialen die met PolyJet-printers worden gebruikt, is wijdverbreid met veel verschillende toepassingen. Hieronder staan een paar toepassingen die toegevoegde waarde hebben voor de medische en tandheelkundige sector.

• BoneMatrix: Modellen die poröse botstructuren, fibrose weefsels en ligamenten nabootsen.
• GelMatrix: Gedetailleerde vaatstructuren.
• Med610: Chirurgische gidsen voor tandimplanten of andere orthopedische procedures.
• Med620: Nauwkeurige proefmodellen voor tandheelkundig werk.
• Med690: Ontwerp duurzame kronen en bruggen.
• VeroFlex: Ontwerp brillenmonturen.

Het is interessant om te zien hoe de verschillende materialen de echte levensfunctie van het gecreëerde onderdeel nabootsen. In de tandheelkunde is het mogelijk om een zachter prothesenframe te maken dat lijkt op zacht rubber, wat de directe druk op het daaronderliggende tandvlees beperkt. De mogelijkheid om sterke, duurzame prothesen te creëren die de uitstraling van daadwerkelijke weefsel- en botstructuren aannemen, is fenomenaal.

Voordelen en nadelen van PolyJet 3D-printen

Zoals met alles in het leven, zijn er voor- en nadelen. Aangezien 3D-printen een subset is van het leven, zou het dus ook zijn voor- en nadelen moeten hebben. Laten we de nerd-achtige terminologie achterwege laten en er doorheen gaan!

Voordelen

• PolyJet-prints zijn nauwkeurig tot 16 micron en hebben een gladde oppervlakteafwerking die zich goed vergelijkt met spuitgieten. Het printproces stelt het printen van meerdere onderdelen tegelijkertijd toe zonder snelheidsverlies.
• Ontwerpen kunnen in volle kleur worden gecreëerd en geprint, en verschillende materialen kunnen in dezelfde print worden gebruikt. Dit is mogelijk dankzij het gebruik van meerdere spuitende printkoppen.
• Het uithardingsproces met PolyJet-technologie is direct, en prints kunnen onmiddellijk worden gebruikt.
• PolyJet-technologie stelt superieure printdetails toe, en printondersteuningen worden eenvoudig afgewassen zodra de print voltooid is.
• Er zijn momenteel meer dan honderd printmaterialen beschikbaar, en het aantal groeit continu.

Nadelen

Ondanks de vele voordelen, vallen de mechanische eigenschappen van PolyJet-printen tegen een zekere mate, aangezien ze vaak slechter zijn dan FDM- en SLA-geprinte onderdelen. PolyJet-prints zijn gevoelig voor hitte en zonlicht en verliezen na verloop van tijd aan sterkte. Natuurlijk hangt dit af van de gebruikte materialen, en aangezien er een enorm repertoire aan opties is, kunnen de meeste use cases adequaat worden aangepakt door het juiste materiaal te kiezen.

Het andere nadeel is dat Material Jetting-printers en -materialen erg duur kunnen zijn en buiten bereik vallen voor veel 3D-enthousiastelingen.

Is PolyJet duur?

Het korte antwoord is ja, PolyJet is duur. Dit kan komen doordat material jetting een relatief nieuwe toevoeging is aan 3D-printen en voornamelijk in professionele omgevingen wordt gebruikt. Dit zou je niet moeten weerhouden om de opties te verkennen die material jetting biedt ten opzichte van FDM of SLA.

Als je een PolyJet-printer wilt aanschaffen, moet je rekenen op een investering van minimaal $35.000. Gezien dat bedrag moet je echt weten waar je het voor gaat gebruiken, want het printen van hoge-kwaliteit PolyPikachu's zal financieel weinig zinvol zijn.

Aanbevolen alternatieven voor thuisprinten

Tenzij je bereid bent $35.000 uit te geven, moet je waarschijnlijk elders kijken om aan een 3D-printer te komen.

Er zijn momenteel meerdere printers op de markt die de bank niet breken en die echt mooie modellen kunnen produceren.

Ik heb een Ender 3 Pro en het is een fantastische kleine printer als je bedenkt dat het me minder dan $200 kostte, maar je kunt ook investeren in een Prusa MK3S+ wat een veel betere printer is, maar ook net iets meer kost (een "beetje").

Tot slot, als je meer van een Resin-printer fan bent, overweeg dan de Elegoo-printers, zoals de Elegoo Mars 3 Ultra 4k, wat een geweldige printer is voor het maken van je eigen high-detail miniaturen.

Toepassingen van PolyJet 3D-printen

Zoals aangegeven, is de toepassing van PolyJet-printtechnologie wijdverbreid en wordt het gezocht in professionele omgevingen omdat het goed omgaat met ingewikkelde details en deliciete kenmerken, ongeacht de ontwercomplexiteit.

In de VS is PolyJet-printen te vinden in de auto-, architectuur-, industriële en educatieve sectoren. De medische industrie toont sterke steun voor PolyJet-printen van prothesen en gewichtsvervangingen alsook in de tandheelkunde. Tandheelkundige toepassingen zijn gangbaar in ontwikkelde landen maar minder in opkomende economieën zoals India, dus er is groot potentieel voor zowel VS-als wereldwijde groei.

PolyJet in de gezondheidszorg

De tandheelkunde heeft material jetting-technologieën omarmd omdat het de markt van duidelijke aligners heeft laten opschalen. De gemakkelijke printerbediening en de printsnelheid zorgen ervoor dat on-demand-verzoeken kunnen worden ingewilligd.

Luchtvaart

Enorme besparingen zijn mogelijk gemaakt met PolyJet-technologie, en een voorbeeld is de besparing van $3,8 miljoen door het Amerikaanse Ministerie van Defensie met een verwachte verdere besparing van meer dan $15 miljoen in de komende 10 tot 15 jaar.

Met constant nieuwe vliegtuigontwerpen op tafel zijn prototype-onderdelen essentieel, en er is geen makkelijkere manier om ze specificatiesvol te creëren dan met material jetting-technologie.

Automotive

De auto-industrie heeft enorm gebaat bij 3D-technologieën, en de toevoeging van material jetting als optie voor rapid prototyping, tooling, jigs en fixtures, en productieonderdelen heeft de industrie ten goede gekomen.

Spoorwegen

Met PolyJet-technologie is de productietijd voor aangepaste productieklare onderdelen met maximaal 95% verminderd, wat in elke industrie efficiëntie en effectieve respons betekent bij het presenteren van veiligheidsconforme oplossingen.

Kunst & Mode

Kunst en mode zijn een samenwerking met 3D-printtechnologieën geworden waarbij bedrijven zoals Stratasys innovatie verbinden met een creatie die niet alleen technologische vooruitgang omvat, maar ook filosofische en culturele dimensies weerspiegelt. Een dergelijke ontwikkeling is het straalprinten met chocolade, wat slechts een van de vele toepassingen is voor PolyJet-technologieën.

Conclusie

Nu moet je niet alleen een goed begrip hebben van PolyJet-printen, maar ook een hevig verlangen er eentje te bezitten. Terwijl je spaart voor minimaal $35.000, raad ik persoonlijk aan om een hobby-FDM- of SLA-printer te kopen om je tenen in de overtuigend grote 3D-printwereld te steken. Je zult niet alleen ontdekken of je geïnteresseerd bent in deze industrie, maar ook wellicht leren dat je geen state-of-the-art industriële machine nodig hebt om aan je behoeften te voldoen.

Bekijk onze aanbevolen producten sectie

We hebben een aanbevolen producten sectie gemaakt die je in staat stelt de gokken te elimineren en de tijd die je besteedt aan onderzoeken welke printer, filament of upgrades je moet kopen te verminderen, aangezien we weten dat dit een ontmoedigende taak kan zijn die meestal leidt tot veel verwarring.

We hebben slechts een handvol 3D-printers geselecteerd die we goed achten voor beginners, gevorderden en zelfs experts, wat de keuze makkelijker maakt, en de filamenten en upgrades die vermeld staan, zijn allemaal door ons getest en zorgvuldig geselecteerd, zodat je weet dat welke je ook kiest, zal werken zoals bedoeld.