¿Qué es Multi Jet Fusion (MJF)? Explicado por Hubs

Hoy en día, los diseñadores e ingenieros tienen muchas opciones en lo que respecta a las muchas tecnologías y materiales de impresión 3D disponibles. En este artículo, destacamos Multi Jet Fusion (MJF) , la tecnología de impresión 3D patentada de HP como una solución viable para muchas aplicaciones industriales y complejas. Analizamos cómo funciona, sus beneficios y si es la tecnología adecuada para sus piezas.

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¿Qué es la impresión 3D Multi Jet Fusion (MJF)?

Multi Jet Fusion (MJF) es un proceso de impresión 3D que produce rápidamente piezas complejas precisas y finamente detalladas con termoplásticos en polvo.

Como puede entregar piezas de manera constante y rápida con alta resistencia a la tracción, resolución de características finas y propiedades mecánicas bien definidas, los servicios de impresión 3D de MJF se han convertido rápidamente en la solución de fabricación aditiva (AM) para aplicaciones industriales. Se usa comúnmente para fabricar prototipos funcionales y piezas de uso final, piezas que necesitan propiedades mecánicas isotrópicas consistentes y geometrías que son orgánicas y complejas.

Para una referencia rápida y detallada, vea nuestro video sobre MJF.

¿Cómo se desarrolló MJF?

Introducido por primera vez en el mercado en 2016, MJF fue desarrollado por HP Additive, basándose en la experiencia de la empresa en tecnología de impresión de inyección de tinta y mecánica de precisión. Sin embargo, el desarrollo de MJF se remonta a varias décadas antes.

En la década de 1990, la fabricación aditiva (FA) estaba comenzando su transición para dejar de usarse únicamente para investigación y desarrollo. Las aplicaciones industriales del mundo real en la fabricación estaban a la vista. Sin embargo, la velocidad se convirtió rápidamente en un obstáculo clave en esta transición. En comparación con el moldeo por inyección o el estampado de metal, por ejemplo, la mayoría de las impresoras 3D tardaron mucho tiempo en producir piezas.

Un enfoque que adoptaron los primeros usuarios de la tecnología de impresión 3D para acelerar la producción fue utilizar "granjas" o matrices de varias máquinas. La idea era imprimir en mayores cantidades con la potencia de mecanizado adicional. HP optó por un enfoque más integrado y centrado en la automatización.

En su centro global de AM en Barcelona, ​​HP desarrolló un sistema que construía partes capa por capa en una gran cama de material en polvo, con maquinaria adicional adjunta para un procesamiento posterior sin problemas. Similar a Sinterización selectiva por láser (SLS) y otros diseños de fusión de lecho de polvo, este sistema se convirtió en la tecnología MJF actual.

¿Cómo funciona Multi Jet Fusion?

Utilizando una matriz de inyección de tinta, MJF funciona depositando agentes de fusión y detallado en un lecho de material en polvo y luego fusionándolos en una capa sólida. La impresora distribuye más polvo sobre la cama y el proceso se repite capa por capa.

Aquí hay un paso a paso de cómo MJF construye piezas:

• La unidad de construcción móvil se coloca en la impresora

• El carro de la recubridora de material se mueve por el área de construcción, depositando una fina capa del material en polvo

• El carro de impresión y fusión se mueve por el área de construcción, precalentando el polvo a una temperatura específica para brindar consistencia al material 

• Una matriz de boquillas de inyección de tinta fusiona agentes en el lecho de polvo en áreas que corresponden a la geometría y las propiedades de la pieza 

• Después de terminar cada capa, la unidad de construcción se retrae para crear espacio para que se deposite la siguiente capa de material

• Este proceso se repite hasta que se completa la compilación

Cuando finaliza el proceso de impresión, la unidad de construcción contiene la parte impresa y el polvo sin fusionar. Utiliza una estación de procesamiento separada, adjunta a la unidad de construcción móvil, para enfriar y desempacar la pieza, y recuperar el exceso de polvo para su uso posterior. El granallado ayuda a eliminar el polvo restante y le permite pasar a pasos más estéticos.

¿Qué materiales usa MJF?

En general, puede dividir los materiales utilizados para MJF en plásticos rígidos y plásticos flexibles. Los plásticos rígidos incluyen Nylon PA11, Nylon PA12 y PP, mientras que los plásticos flexibles incluyen Estane 3D TPU M95A. El sistema de HP se centra principalmente en materiales de poliamida, desarrollados por HP y sus socios.

Aquí hay una lista de los materiales de impresión 3D de MJF disponibles en la plataforma Hubs.

Material	Descripción
HP PA 12 (Nylon 12)	Nylon 12 es un termoplástico robusto con excelentes propiedades físicas y resistencia química, ideal para prototipos funcionales y aplicaciones de uso final.
HP PA 12 relleno de vidrio	El nailon relleno de fibra de vidrio está reforzado con perlas de vidrio y crea piezas con mayor rigidez y estabilidad térmica que el nailon estándar.

¿Cómo funciona el posprocesamiento de MJF?

Al igual que en otros procesos de fabricación, se requiere un procesamiento adicional antes de que una pieza esté lista para la creación de prototipos o aplicaciones de uso final. Sin embargo, el posprocesamiento con MJF es relativamente ligero en comparación con otras tecnologías AM.

Cuando termina un trabajo de impresión, se queda con una unidad de construcción llena de un lecho tridimensional de polvo sin fusionar, con la parte enterrada en el interior.

Estos son los pasos principales en el posprocesamiento de MJF:

• Refrigeración: Esto se lleva a cabo dentro de la unidad de construcción, aunque HP ofrece unidades de módulos para refrigeración natural, por lo que la unidad de construcción se puede utilizar para una nueva impresión sin tener que esperar a que el polvo y la pieza se enfríen.

• Recuperación de polvo no fusionado: Una vez que la unidad de construcción se haya enfriado, muévala a la estación de procesamiento y aspire el polvo sin fusionar en un recipiente para su uso posterior.

• Granallado: Elimine cualquier resto de polvo con granallado, chorro de aire o chorro de agua. Puede hacerlo de forma manual o automática, utilizando una secadora, un limpiador ultrasónico o una máquina de acabado vibratorio.

Después de eliminar todo el material de polvo residual, es posible que deba realizar más procesos posteriores. Esto depende de la parte. Por ejemplo, considere el procesamiento posterior requerido para los procesos de fundición. Es posible que deba hacer más mecanizado para características como superficies de contacto, orificios, tolerancias que excedan las capacidades de MJF y roscas internas. Además, cumplir requisitos técnicos específicos puede requerir que lijes la pieza a mano.

¿Cuáles son las ventajas de MJF?

Si está buscando crear prototipos funcionales y series de producción relativamente pequeñas de piezas de uso final, entonces MJF debería ser su solución preferida. MJF es excelente para construir piezas mucho más resistentes que las que puede producir SLS. Las piezas construidas con MJF tienen una resistencia a la tracción máxima de XY y Z de 48 MPa/6960 psi con el método ASTM D638.

Además, MJF es realmente bueno para producir propiedades mecánicas en todas las direcciones de la geometría de su pieza. Entonces, si está fabricando piezas con diseños complejos y multifacéticos que también vienen con características más pequeñas que deben ser resistentes, entonces MJF es la opción más viable.

MJF produce piezas funcionales para uso final sin necesidad de una gran cantidad de posproducción. En comparación con otras tecnologías AM, es más rápida y ofrece una automatización más robusta, lo que significa plazos de entrega mucho más cortos y superficies de alta calidad con una intervención humana mínima.

Para lograr su rapidez, MJF escanea constantemente la superficie de la pieza que está imprimiendo en cada pasada, incluso si lo está utilizando para imprimir varias piezas a la vez. Esto proporciona velocidades de construcción más rápidas en comparación con otras tecnologías, incluso con grandes cantidades de piezas.

¿Por qué MJF es ideal para fabricar piezas de uso final?

MJF se distingue de otros procesos de fabricación aditiva porque está diseñado para producir mayores volúmenes de piezas con gran complejidad, detalle e integridad estructural. MJF es una solución popular para la fabricación de carcasas de componentes electrónicos, ensamblajes mecánicos, carcasas, plantillas y accesorios precisos y duraderos.

En las máquinas MJF actuales, la unidad de construcción es un carro rodante que se adjunta a una estación de procesamiento incluida. Una vez que se completa una pieza, todo lo que tiene que hacer es mover el lecho de polvo a la estación de procesamiento para eliminar todo el exceso de polvo. El procesamiento posterior se puede realizar a granel, según los requisitos técnicos de la pieza y, en la mayoría de los casos, la necesidad de un acabado manual es mínima. Esto lo hace ideal para series de producción de mayor volumen de piezas funcionales.

El propio sistema de lecho de polvo elimina la necesidad de soportes, ya que las piezas se anidan de manera eficiente en el área de construcción. Una vez que la pieza esté completa, también puede usar el polvo sin usar nuevamente para futuras tiradas de producción de impresión.

Impresión 3D MJF vs SLS:¿cuál es la diferencia?

Si bien la sinterización selectiva por láser (SLS) es bastante similar a MJF, las dos tecnologías tienen algunas diferencias clave. Las impresoras SLS también depositan material en polvo en un área de construcción capa por capa, sin embargo, la máquina fusiona los materiales mediante la sinterización de partículas de polvo juntas y en la capa subyacente de la pieza con un láser.

Puede modular la potencia del láser para alterar las propiedades del material de la pieza, aunque los parámetros de esta función son limitados. HP tiene una amplia selección de agentes químicos, lo que brinda más oportunidades para alterar las propiedades de cada vóxel de la pieza.

MJF vs. Moldeo por Inyección:¿cuál es mejor para su aplicación?

MJF no solo es una potencia en comparación con otras tecnologías AM, también es una alternativa viable al moldeo por inyección. Con el moldeo por inyección, debe pagar el molde en sí y realizar muchos análisis DFM antes de producir la pieza. También es restrictivo en términos de geometría de la pieza y el tiempo de entrega es significativamente más largo, considerando el tiempo que lleva producir el molde y otros pasos de procesamiento.

Por el contrario, MJF permite una mayor libertad de diseño, con plazos de entrega muy reducidos. También puede realizar cambios de diseño rápidamente con MJF, ya que no tiene que depender del molde. Si está a punto de hacer una producción con moldeo por inyección, definitivamente considere MJF, especialmente si espera crear grandes volúmenes de piezas laterales pequeñas a medianas con geometrías complejas.

En general, MJF es preferible para la creación de prototipos y para pequeñas y medianas series de producción. Puede imprimir prototipos en unos pocos días, y cualquier pieza impresa con MJF tendrá propiedades mecánicas del mismo calibre que el moldeo por inyección.

¿Cuáles son ejemplos de Multi Jet Fusion en acción?

Un caso de uso impresionante para MJF proviene de CNC Würfel, un especialista en automatización de procesos y fabricación para la industria automotriz y la tecnología médica, entre otros sectores. En 2017, CNC Würfel reemplazó las fresadoras y tornos con impresión 3D para muchos de sus componentes. Esto redujo drásticamente los tiempos de producción y permitió dedicar más tiempo a probar prototipos.

Esto resultó particularmente eficaz en la producción del adaptador de pinzas de la empresa, una pieza utilizada en las cintas transportadoras que requiere varias piezas y sistemas de sujeción complejos. Los procesos tradicionales dieron como resultado un tiempo de entrega de ocho a diez semanas y requerían un amplio conocimiento e intervención humana que a veces dañaba la pieza.

Para eliminar muchas de las complejidades de la fabricación del adaptador de pinza, CNC Würfel optó por imprimirlo en 3D utilizando MJF. Esto demostró ser beneficioso de inmediato, especialmente porque redujo los tiempos de producción de dos meses a fácilmente menos de una semana. El uso de MJF también ahorró a la empresa una gran cantidad de dinero. La reducción de costos por imprimir la pieza terminó siendo del 95% en comparación con la fabricación tradicional. Como beneficio adicional, la parte impresa era un 84 % más liviana, pero lo suficientemente resistente para realizar sus tareas.

Otro caso de uso sólido para MJF es la cámara Z 3D de HP, desarrollada para simplificar la captura y visualización en tiempo real de documentos y otros objetos. Antes de la invención de MJF, HP construyó la cámara a partir de tres piezas moldeadas por inyección separadas, lo que llevó a semanas de creación de prototipos y costos incurridos por cada pieza.

Cambiar a MJF para producir la cámara aceleró la producción, ya que la nueva tecnología permitió a HP imprimir un solo ensamblaje en lugar de tres partes. Según HP, este pivote también redujo el precio por pieza de $2,42 a $0,36 y transformó la duración de la creación de prototipos de semanas a días. Además, la libertad de diseño que viene con MJF le dio a HP la oportunidad de optimizar la orientación de la cámara, lo que elevó la calidad del producto final.

MJF:Consejos y trucos útiles

Estas son algunas de las mejores prácticas prácticas para aprovechar al máximo la tecnología MJF.

• Refuerce las superficies planas de paredes delgadas o grandes con nervaduras o refuerzos, y rodee los orificios con protuberancias elevadas cuando sea posible.

• Tenga en cuenta que es posible que el texto en relieve y las características cosméticas de menos de 0,5 mm no sobrevivan al posprocesamiento secundario. Consulte el análisis DFM en su cotización de piezas para obtener estos detalles.

• Las paredes de su pieza deben tener entre 2,5 y 12,7 mm de espesor. Ir por encima o por debajo de esto puede afectar las tolerancias de su pieza.

• Asegúrese de identificar claramente las superficies cosméticas para que el fabricante evite características como escalones en ángulos oblicuos de la pieza.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son los beneficios de MJF?

MJF le permite producir grandes cantidades de piezas únicas sin depender de matrices de varias impresoras. También puede reemplazar el costoso trabajo de fundición o moldeado, y los sistemas HP actuales incluyen una estación adjunta de procesamiento posterior a granel, lo que minimiza el acabado manual.

¿Cuáles son los inconvenientes de MJF?

MJF es más costosa que las tecnologías de impresión modular como FDM, aunque la calidad es mayor y más consistente para usos industriales.

¿Son resistentes al agua las piezas impresas en 3D de MJF?

PA 12 Nylon es uno de los únicos materiales de impresión 3D resistentes al agua. Las paredes de una pieza MJF deben tener un grosor de 1 mm para ser resistentes al agua, mientras que los grosores de pared superiores a 4 mm hacen que las piezas sean impermeables. Las piezas MJF también son químicamente resistentes a grasas, álcalis, aceites e hidrocarburos alifáticos.

¿Cuál es la precisión dimensional de MJF?

La precisión dimensional de MJF es de ± 0,3 % con un límite inferior de ± 0,3 mm (0,012'').

¿Cuál es el tamaño de construcción máximo de MJF?

Con cubos, el tamaño máximo de construcción de las piezas MJF es de 380 x 285 x 380 mm (14,9'' x 11,2'' x 14,9'').

¿Cuáles son las características más pequeñas que MJF puede imprimir?

El tamaño mínimo de características que MJF puede imprimir es de 0,5 mm (0,02 pulgadas). Las capas de impresión de MJF tienen un grosor de 80 micrones (0,0003 pulgadas), lo que significa que puede producir detalles de superficie muy finos.