Introducción a la impresión 3D por chorro de material

¿Qué es el chorro de material?

Material Jetting (MJ) es un proceso de fabricación aditiva que funciona de manera similar a las impresoras 2D. En la inyección de material, un cabezal de impresión (similar a los cabezales de impresión utilizados para la impresión de inyección de tinta estándar) dispensa gotas de un material fotosensible que se solidifica bajo la luz ultravioleta (UV), construyendo una pieza capa por capa. Los materiales utilizados en MJ son fotopolímeros termoestables (acrílicos) que vienen en forma líquida.

MJ 3D Printing crea piezas de alta precisión dimensional con un acabado superficial muy suave. La impresión de múltiples materiales y una amplia gama de materiales (como materiales similares al ABS, similares a la goma y completamente transparentes) están disponibles en Material Jetting. Estas características hacen de MJ una opción muy atractiva tanto para prototipos visuales como para la fabricación de utillajes. Sin embargo, el chorro de material tiene algunas limitaciones clave que presentamos en este artículo.

Una variación del proceso MJ utiliza cabezales de impresión Drop-On-Demand (DOD) para dispensar líquidos viscosos y crear piezas similares a la cera. Sin embargo, el DOD se usa casi exclusivamente para fabricar patrones de microfusión y, por esta razón, no lo discutiremos más aquí.

¿Cómo funciona el chorro de material?

Así es como funciona el proceso de impresión de MJ:

I. Primero, la resina líquida se calienta a 30 - 60oC para lograr una viscosidad óptima para la impresión.

II. Luego, el cabezal de impresión se desplaza sobre la plataforma de construcción y cientos de diminutas gotas de fotopolímero se inyectan o depositan en las ubicaciones deseadas.

tercero Una fuente de luz ultravioleta que se adjunta al cabezal de impresión cura el material depositado, lo solidifica y crea la primera capa de la pieza.

IV. Una vez que se completa la capa, la plataforma de construcción se mueve hacia abajo una altura de capa y el proceso se repite hasta que se completa toda la pieza.

A diferencia de la mayoría de las otras tecnologías de impresión 3D, MJ deposita material en forma de línea. Varios cabezales de impresión de inyección de tinta se conectan al mismo soporte uno al lado del otro y depositan el material en toda la superficie de impresión en una sola pasada. Esto permite que diferentes cabezales dispensen diferentes materiales, por lo que la impresión de múltiples materiales , impresión a todo color y dispensación de soporte soluble estructuras es sencillo y ampliamente utilizado. Las estructuras de soporte siempre se requieren en la inyección de material y necesitan un procesamiento posterior para ser removidas.

En Material Jetting, el material líquido se solidifica a través de un proceso llamado fotopolimerización. Este es el mismo mecanismo que se utiliza en SLA. De manera similar a SLA, las piezas inyectadas de material tienen características homogéneas. propiedades mecánicas y térmicas, pero a diferencia del SLA, no requieren un poscurado adicional para lograr sus propiedades óptimas, debido a la altura de capa muy pequeña utilizada.

Características del chorro de material

Parámetros de la impresora

En Material Jetting, casi todos los parámetros del proceso están preestablecidos por el fabricante de la máquina. Incluso la altura de la capa está vinculada a cada material específico, debido a la compleja física de la formación de gotas. La típica altura de capa utilizado en Material Jetting es de 16 a 32 micras.

Material Jetting se considera una de las tecnologías de impresión 3D más precisas. Los sistemas MJ tienen una precisión dimensional de ± 0,1% con un límite inferior típico de ± 0,1 mm (a veces tan bajo como ± 0,02 mm). Puede ocurrir deformación, pero no es tan común como en otras tecnologías, como FDM o SLS, porque la impresión ocurre casi a temperatura ambiente. Por esta razón, se pueden imprimir piezas muy grandes con gran precisión. El tamaño de construcción típico mide aproximadamente 380 x 250 x 200 mm, mientras que los grandes sistemas industriales pueden llegar a medir 1000 x 800 x 500 mm.

Impresión multimaterial y a todo color

Una ventaja clave de Material Jetting es la capacidad de producir impresiones precisas de varios materiales y colores que representan productos finales.

Multimaterial y multicolor la impresión en MJ se puede emplear en tres niveles diferentes:

• En el nivel del área de construcción , se pueden imprimir diferentes piezas en diferentes materiales o colores simultáneamente, acelerando el proceso de fabricación.
  
• En el nivel parcial , se pueden designar diferentes secciones de una pieza para que se impriman en diferentes materiales o colores (por ejemplo, creando un estuche rígido con botones flexibles para crear prototipos con retroalimentación háptica).
  
• En el nivel material , se pueden mezclar dos o más resinas de impresión en diferentes proporciones antes de dispensarlas, creando un "material digital" con propiedades físicas específicas, como dureza, rigidez o tono.
  
  

Para designar un material o color diferente a áreas particulares de la pieza, el modelo debe exportarse como archivos STL separados. Al combinar colores o propiedades de materiales para crear un material digital, el diseño debe exportarse como un archivo OBJ o VRML, ya que estos formatos permiten la designación de propiedades especiales (como textura o color completo) por cara o por vértice. .

Estructura de apoyo

Las estructuras de soporte siempre son necesarias en Material Jetting. Los soportes siempre se imprimen en un material soluble secundario que se pueden eliminar después de la impresión con agua a presión o por inmersión en un baño ultrasónico.

Las piezas inyectadas de material pueden tener superficies muy lisas con poca o ninguna indicación de soporte después de la extracción.

La orientación de piezas en MJ es más flexible en comparación con otras tecnologías de impresión 3D, como FDM o SLA. Sin embargo, sigue siendo importante, ya que el uso extensivo de material de apoyo también aumenta el costo total.

Mate o brillante

Material Jetting ofrece la opción de imprimir piezas en una configuración brillante o mate.

En la configuración brillante , el material de soporte se agrega solo cuando es estructuralmente necesario (es decir, para voladizos). Las superficies que no estén en contacto directo con el soporte tendrán un acabado brillante, mientras que las áreas con soporte serán mate. En la configuración mate , se añade una fina capa de material de soporte alrededor de toda la pieza, independientemente de la orientación o los requisitos estructurales. De esta manera todas las superficies tienen un acabado mate.

La configuración brillante debe usarse cuando una superficie lisa y brillante es deseado. El coste de la impresión brillante es menor, ya que se utiliza menos material. Los inconvenientes de usar esta configuración son el acabado no uniforme de las partes impresas y el ligero redondeo de los bordes afilados y las esquinas en las superficies superiores brillantes.

La configuración mate debe usarse cuando la precisión y acabado superficial uniforme son un requisito. El costo del ajuste mate es ligeramente más alto, ya que se usa más material y se requiere tiempo adicional de procesamiento posterior. En particular, las piezas impresas en la configuración mate también tienen una dureza superficial relativamente más baja.

Materiales de inyección de materiales comunes

Material Jetting utiliza resinas de fotopolímeros termoestables que son similares a las utilizadas en SLA en términos de propiedades y limitaciones (son quebradizas, tienen una baja temperatura de deflexión térmica y son susceptibles a la fluencia). Vienen en una forma menos viscosa, similar a la tinta, y tienen un costo mucho más alto por kilogramo (aprox. $ 300 - $ 1000).

La impresión de múltiples materiales es una fortaleza clave de MJ, ya que permite la creación de prototipos visuales y hápticos precisos. También hay disponibles materiales especiales optimizados para industrias específicas, como materiales para herramientas (moldeo por inyección, termoformado, etc.) y aplicaciones médicas.

La siguiente tabla resume las ventajas y desventajas de los materiales MJ más utilizados:

Material	Características
Estándar	Plástico opaco rígido Simula piezas moldeadas por inyección frágil
Flexible	Goma Dureza personalizable Escaso alargamiento a la rotura
Polipropileno simulado	Simula piezas de PP Buena resistencia a la flexión frágil
ABS simulado	Resistencia a altas temperaturas Se utiliza para herramientas y moldes de inyección de bajo volumen frágil
Calcinable	Sin cenizas después del agotamiento Optimizado para casting de inversión
Alta temperatura	Buena estabilidad de temperatura (hasta 80 o C) Alta resistencia frágil
Transparente	Apariencia de vidrio Se puede posprocesar hasta un 100 % de limpieza
Grado médico	Esterilizable Biocompatible a corto plazo Utilizado en aplicaciones dentales y médicas

Beneficios y limitaciones de la inyección de materiales

Las principales ventajas y desventajas de la tecnología se resumen a continuación:

El chorro de material puede producir piezas lisas con superficies comparables al moldeo por inyección y una precisión dimensional muy alta.
Las piezas creadas con Material Jetting tienen propiedades mecánicas y térmicas homogéneas.
Las capacidades multimateriales de MJ permiten la creación de prototipos visuales y hápticos precisos.
Las piezas inyectadas de material son principalmente adecuadas para prototipos no funcionales, ya que tienen propiedades mecánicas deficientes (baja elongación a la rotura).
Los materiales MJ son fotosensibles y sus propiedades mecánicas se degradan con el tiempo.
El alto costo de la tecnología puede hacer que Material Jetting no sea financieramente viable para algunas aplicaciones.

[](/base-de-conocimientos/cómo-diseñar-partes-material-de-inyección-impresión-en-3d/)las pautas de diseño de cada uno de los aspectos discutidos aquí se proporcionan en artículos posteriores de esta sección de la base de conocimientos. Las principales características del material jetting se resumen en la siguiente tabla:

	Lanzamiento de material
Materiales	Fotopolímeros acrílicos (termoestables)
Precisión dimensional	± 0,1 % (límite inferior de ± 0,05 mm)
Tamaño de construcción típico	380 x 250 x 200 mm (hasta 1000 x 800 x 500 mm)
Espesor de capa común	16 - 32 micras
Soporte	Siempre obligatorio (impreso con material soluble)

Reglas generales

• Material Jetting es ideal para crear prototipos táctiles y visuales realistas con superficies muy suaves que se asemejan a piezas moldeadas por inyección.
  
• Material Jetting ofrece materiales de ingeniería que se pueden utilizar para la fabricación de herramientas y moldeo por inyección.
  
• Material Jetting puede producir piezas muy grandes (hasta 1000 x 800 x 500 mm) sin comprometer la precisión (normalmente ± 0,1 %).
  
• Para impresiones de varios materiales o varios colores, exporte sus diseños como archivos STL de varias partes. Si se necesitan gradientes, utilice el formato de archivo OBJ o VRML.