Material Jetting 3D-printers:uitgebreid overzicht van processen, componenten en materialen

Wat de productietypen betreft, is 3D-printen een van de meest indrukwekkende vanwege de snelheid waarmee het kan worden ontwikkeld en het grote aantal verschillende typen, inclusief materiaaljetting. Deze laag-voor-laag-methode is veelzijdig en kan een breed scala aan materialen verwerken om precies het product te bouwen dat u nodig heeft. Als u geïntrigeerd bent door het proces, kunt u hieronder ontdekken hoe het werkt en welke soorten materialen u door een material jetting-printer kunt laten lopen. 

Wat is materiaaljetting?

Net als veel andere soorten 3D-printers houdt material jetting in dat een object door lagen heen wordt opgebouwd. Het onderscheidt zich echter van andere typen op basis van de manier waarop die lagen zijn opgebouwd:het druppelt vloeibaar materiaal op het printbed in de vorm die u hebt ontworpen. Het gebruikte materiaal is lichtgevoelig en wordt uitgehard door UV-licht. 

Om ervoor te zorgen dat dit proces soepel verloopt, moet u op de hoogte zijn van de verschillende onderdelen van een material jetting-printer en welke functies deze bieden. Er zijn vier belangrijke componenten, waaronder de printkoppen, die ervoor zorgen dat het materiaal op het bouwplatform terechtkomt – nog een essentieel onderdeel. Dan is er nog de materiaalcontainer, die de vloeibare hars vasthoudt voordat de printkoppen deze afgeven. Ten slotte is er een UV-licht, dat verantwoordelijk is voor het uitharden van de voltooide constructie. 

We hebben hieronder een algemeen idee gegeven van hoe materiaalstralen werkt. 

Hoe werkt het proces van Material Jetting in een 3D-printer?

Dit zijn de stappen die een printer neemt om een materiaalstraalproduct te maken:

1. Het eerste dat zal gebeuren is dat de machine de hars of het vloeibare materiaal dat je gebruikt, opwarmt, zodat het stroperig genoeg is om te printen.
2. Vervolgens beweegt de printkop op basis van de aanwijzingen uit het ontwerpbestand en laat kleine druppeltjes hars vrij op het bouwplatform.
3. Zodra de eerste laag klaar is, zal het UV-licht deze uitharden en vervolgens begint de printkop met de tweede laag totdat het model voltooid is.

Wat zijn de verschillende componenten van Material Jetting in een 3D-printer?

De belangrijkste componenten zijn:

1. Printkoppen: Verdeel het materiaal op het bouwplatform.
2. UV-lichtbronnen: Het afgezette materiaal uitharden en laten stollen.
3. Bouwplatform: Waar het onderdeel laag voor laag wordt opgebouwd.
4. Materiaalcontainer: Houdt de vloeibare hars vast voordat deze wordt gespoten.

Wat zijn de verschillende materialen die in een 3D-printer kunnen worden gespoten?

Er zijn veel verschillende materialen die u kunt gebruiken met een material jetting-printer, waardoor het misschien lastiger wordt om er één te kiezen, maar meestal zult u merken dat het tussen polymeren, kunststoffen en was zit. Wanneer u verschillende harsen overweegt, denk dan na over de mechanische eigenschappen die uw onderdelen nodig hebben, de kosten, hoe gemakkelijk het materiaal te verwerken en af ​​te werken is, en hoe compatibel dit materiaal is met uw printer. Hier volgen enkele van de materialen die werken met een materiaaljetprinter:

1. Keramiek

Keramiek in materiaaljetting is geavanceerd vanwege hun hoge temperatuur- en slijtvastheid. Het proces omvat het spuiten van keramische deeltjes, gesuspendeerd in een fotopolymeer, dat vervolgens laag voor laag wordt uitgehard met UV-licht. Nabewerking omvat het verwijderen van de polymeermatrix en sinteren om de sterkte te vergroten. Dit proces is geschikt voor ingewikkelde geometrieën die onbereikbaar zijn bij de standaard keramische productie. Daarom vinden de lucht- en ruimtevaart-, medische en elektronische industrie het ideaal. De eindproducten hebben een uitstekende chemische en thermische stabiliteit, wat vaak vereist is onder uitdagende omstandigheden.

Raadpleeg onze volledige gids over keramiek voor meer informatie.

2. Metalen

Materiaalspuiten voor metalen omvat het spuiten van fijne druppels van een met metaal doordrenkt bindmiddel op een bouwplatform. Na afzetting worden deze druppels gestold door thermische of UV-uitharding. De onderdelen ondergaan vervolgens een ontbindingsproces om het bindmiddel te verwijderen, gevolgd door sinteren om de metaaldeeltjes te versmelten. Deze techniek maakt het mogelijk metalen onderdelen te creëren met ingewikkelde details en complexe geometrieën die met traditionele productiemethoden een uitdaging zouden zijn. Het is vooral handig voor het produceren van kleine, gedetailleerde componenten met een gladde oppervlakteafwerking in sectoren zoals sieraden en tandheelkundige benodigdheden, en bij de productie van prototypes.

Raadpleeg onze gids over Wat zijn metalen voor meer informatie.

3. Kunststof

De kunststoffen die bij het spuiten van materialen worden gebruikt, zijn fotopolymeren, die uitharden bij blootstelling aan ultraviolet licht. De methode is om elke laag van het gewenste object te creëren door kleine druppeltjes fotopolymeer op een bouwplatform te plaatsen. Dit proces staat bekend om zijn extreme precisie en vermogen om objecten te creëren met ingewikkelde details en onberispelijke oppervlakken. Prototyping, consumentenartikelen en tandheelkundige en medische modellen behoren tot de vele toepassingen. Een breed scala aan mechanische kwaliteiten, van hard tot flexibel, is ook mogelijk met de diversiteit aan fotopolymeren die momenteel toegankelijk zijn, en voldoen aan de behoeften van een breed scala aan toepassingen.

Raadpleeg onze volledige gids over Wat is plastic voor meer informatie.

4. Composieten

Composietmaterialen bij material jetting worden gemaakt door twee of meer verschillende materialen te combineren om hun gecombineerde eigenschappen te benutten. Meestal gaat het hierbij om het inbedden van vezels of deeltjes in een fotopolymeermatrix, die vervolgens laag voor laag wordt gespoten en uitgehard. Het resultaat is een onderdeel dat profiteert van de sterkte en stijfheid van de vezels, terwijl de veelzijdigheid en ontwerpvrijheid van het matrixmateriaal behouden blijft. Deze technologie is vooral nuttig voor toepassingen die onderdelen met verbeterde mechanische eigenschappen vereisen, zoals in de automobiel- en ruimtevaartsector.

Raadpleeg onze volledige gids over composietmateriaal voor meer informatie.

5. Wassen

Het belangrijkste doel van wassen bij het spuiten van materialen is het creëren van ingewikkelde patronen voor het maken van mallen en het gieten van gietstukken. De methode bestaat uit het spuiten van gesmolten en gestolde materialen die op was lijken om de lagen van het onderdeel te creëren. De zuivere uitbrandeigenschappen van deze materialen maken ze ideaal voor het vormen zonder residu. In de sieraden- en tandheelkundige sector, waar nauwkeurigheid en aandacht voor detail van cruciaal belang zijn, is deze toepassing essentieel. Traditionele wassnijprocessen duren veel langer en kosten veel meer geld, maar het materiaalstralen kan snel ingewikkelde waspatronen creëren.

6. Harsen

Harsen, met name fotopolymeren, vormen een hoeksteen van materiaaljetting. Deze vloeibare materialen worden op een bouwplatform gespoten en uitgehard met behulp van UV-licht, waardoor solide objecten met hoge nauwkeurigheid en gladde oppervlakteafwerkingen worden gevormd. Harsen bieden een scala aan eigenschappen, waaronder transparantie, flexibiliteit en weerstand tegen hoge temperaturen, waardoor ze geschikt zijn voor een breed scala aan toepassingen, van prototyping tot eindgebruiksonderdelen in sectoren zoals de automobielsector, consumentenproducten en de gezondheidszorg.

Raadpleeg onze volledige gids over harsen voor 3D-printen voor meer informatie.

7. Siliconen

Siliconenmaterialen worden steeds gebruikelijker bij het spuiten van materialen vanwege hun hittebestendigheid, flexibiliteit en biocompatibiliteit. Om een ​​vaste elastomere component te creëren, omvat het spuiten van siliconen het afzetten van druppels van een siliconenprepolymeer en het uitharden ervan. De medische industrie profiteert enorm van deze technologie voor het maken van op maat gemaakte prothesen en orgaanmodellen vanwege de gelijkenis van siliconen met menselijk weefsel in termen van gevoel en mechanische eigenschappen.

Raadpleeg onze volledige gids over Wat is siliconen voor meer informatie.

8. Bio-inkt

Bio-inkten zijn gespecialiseerde materialen die zijn ontworpen voor het 3D-printen van weefsels en organen. Ze bestaan ​​uit een biocompatibele matrix, vaak een hydrogel, die de celgroei en differentiatie ondersteunt. Bij material jetting worden bio-inkten gespoten en gestold om steigers te creëren die de extracellulaire matrix nabootsen, waardoor cellen een gunstige omgeving krijgen om functionele weefsels te vormen. Deze technologie is veelbelovend voor regeneratieve geneeskunde, het testen van medicijnen en het begrijpen van ziektemechanismen. De uitdaging ligt in het optimaliseren van de materiaaleigenschappen om de levensvatbaarheid van de cellen en de functie na het printen te garanderen.

9. Fotopolymeren

Material jetting maakt gebruik van fotopolymeren vanwege hun snelle stolling onder UV-licht. Om exacte en ingewikkelde stukken te maken, worden deze vloeibare harsen in kleine druppeltjes geïnjecteerd en vervolgens laag voor laag uitgehard. Fotopolymeren zijn aanpasbaar en kunnen worden gebruikt voor een breed scala aan toepassingen, van de productie van eindgebruiksonderdelen tot prototyping, dankzij hun vermogen om met verschillende kwaliteiten te worden vervaardigd, waaronder:stijfheid, transparantie en kleur. Ze zijn perfect voor ingewikkelde componenten, consumentenartikelen en tandheelkundige toepassingen vanwege hun hoge resolutie en onberispelijke oppervlakteafwerking.

10. Ondersteunend materiaal

Ondersteunende materialen bij het spuiten van materiaal zijn essentieel voor het creëren van overhangen en complexe geometrieën. Ze worden vaak gelijktijdig met het bouwmateriaal gespoten en fungeren als steiger tijdens het printproces. Deze materialen zijn zo ontworpen dat ze na het printen gemakkelijk kunnen worden verwijderd, hetzij door oplossing in een specifiek oplosmiddel, hetzij door handmatige verwijdering. De mogelijkheid om ondersteunende materialen te gebruiken vergroot de ontwerpmogelijkheden bij het spuiten van materialen, waardoor onderdelen met ingewikkelde interne structuren en bewegende componenten kunnen worden gemaakt.

Elk van deze materialen brengt unieke eigenschappen en voordelen met zich mee, waardoor onderdelen kunnen worden gemaakt die voldoen aan specifieke eisen voor een breed scala aan toepassingen. Material jetting blijft evolueren en verlegt de grenzen van wat mogelijk is op het gebied van additieve productie.