Una guía completa para la impresión 3D con inyección de material

Material Jetting se destaca entre otras tecnologías de impresión 3D por su capacidad para producir piezas de alta precisión con un acabado de superficie suave. Desde su aparición a fines de la década de 1990, Material Jetting es una tecnología de impresión 3D ideal para producir prototipos visuales a todo color, moldes de inyección y patrones de fundición.

El tutorial de hoy analizará más de cerca el Material Jetting proceso, las ventajas y limitaciones de la tecnología, así como las últimas aplicaciones y desarrollos en Material Jetting.

¿Cómo funciona la inyección de material?

Material Jetting es un proceso de impresión por inyección de tinta mediante el cual los cabezales de impresión se utilizan para depositar un material fotorreactivo líquido sobre una plataforma de construcción capa sobre capa. De manera similar a la estereolitografía (SLA), Material Jetting utiliza una luz ultravioleta para solidificar el material. Los métodos de deposición de material varían de una impresora a otra y pueden involucrar un enfoque de inyección continua o gota a demanda (DOD). Tenga en cuenta que la técnica DOD se usa típicamente para depositar materiales líquidos viscosos.

Un vistazo paso a paso al proceso:

• Una vez que la resina líquida se precalienta para una mejor viscosidad, el cabezal de impresión comienza a moverse por encima de la plataforma de construcción, depositando la primera capa de material donde sea necesario.
• Las estructuras de soporte se imprimen simultáneamente con la pieza para garantizar su estabilidad durante la impresión.
• El material depositado luego se expone a la luz ultravioleta, curando (solidificando) la capa de material en un proceso conocido como fotopolimerización.
• Una vez que la primera capa se ha solidificado, la plataforma de construcción se baja una altura de capa y el proceso se repite hasta que la pieza está terminada.
• Las estructuras de soporte ahora se pueden quitar de la pieza, listas para el posprocesamiento.

Las ventajas de la inyección de material

• Precisión: Material Jetting cuenta con uno de los niveles más altos de precisión entre las tecnologías de impresión 3D. Gracias a la deposición precisa de las diminutas gotas de material, se pueden imprimir capas de hasta 0,013 mm, lo que permite piezas con un acabado superficial muy suave y permite producir piezas con características pequeñas pero muy precisas.
• Piezas a todo color y de varios materiales: La inyección de material se puede utilizar para la impresión 3D a todo color y, más notablemente, de varios materiales, ya que el cabezal de impresión utilizado en el proceso de impresión normalmente incorpora varias boquillas. Estas boquillas pueden depositar diferentes materiales y / o diferentes colores en un solo proceso de impresión. Por lo tanto, los objetos creados mediante el proceso de impresión por inyección de material pueden poseer una variedad de propiedades del material, como rigidez, flexibilidad, opacidad y translucidez.
• Estructuras de soporte: Aunque Material Jetting requiere estructuras de soporte, estas se pueden disolver fácilmente en un baño ultrasónico. Cuando se disuelve correctamente, los soportes no dejan marcas en la superficie después de retirarlos.

Las limitaciones de la inyección de material

• Propiedades mecánicas deficientes: Los objetos producidos con Material Jetting suelen ser más débiles, especialmente en comparación con otras técnicas de impresión 3D como SLS. Esto hace que las piezas inyectadas con material por lo general no sean adecuadas para aplicaciones funcionales; la inyección de material se suele utilizar para producir piezas en las que el aspecto importa más que la función.
• Proceso de impresión lento: La inyección de material está algo limitada por la velocidad del proceso de impresión. Debido a que pequeñas gotas de material se depositan sobre una pequeña parte del área de construcción a la vez, el proceso lleva más tiempo para crear una pieza.
• Limitaciones de material: Para el chorro de material, normalmente solo se pueden imprimir correctamente materiales viscosos. Sin embargo, el número de materiales viscosos que se pueden utilizar en el proceso de impresión es actualmente bastante limitado. Consulte a continuación para obtener más información sobre los materiales utilizados en la inyección de materiales.

Materiales utilizados en la inyección de material

Hoy en día, los dos materiales más utilizados para el chorro de material son los fotopolímeros (en forma líquida) y la cera de fundición.

Stratasys y 3D Systems son dos de los especialistas en chorro de material más reconocidos del mercado. , que ofrece una gama de plásticos y compuestos fotopolimerizables. Stratasys, por ejemplo, ha desarrollado recientemente sus llamados "materiales digitales", utilizados en su tecnología patentada PolyJet.

Estos materiales combinan dos o más fotopolímeros, lo que da como resultado un material con propiedades híbridas (p. Ej., Combinando rigidez con flexibilidad). Aunque los objetos producidos con dichos materiales son débiles y frágiles, también hay materiales optimizados para aplicaciones específicas como herramientas y fundición a la cera perdida.

Actualmente se están realizando muchas investigaciones para ampliar la gama de materiales que se pueden utilizar con la inyección de material, metales, cerámica y siliconas ya han comenzado a ingresar al mercado.

La empresa israelí Xjet, por ejemplo, ha desarrollado su tecnología de inyección de nanopartículas para metales y cerámica. Con esta tecnología, las partículas cerámicas o metálicas se suspenden en una formulación líquida, que luego se elimina durante la etapa de sinterización.

Otro hito en materiales para Material Jetting se ha logrado con la impresión 3D de silicona, desarrollada por ACEO ®, una división del gigante químico alemán Wacker Chemie AG. Presentada por primera vez en 2016, la tecnología de ACEO® utiliza una técnica de "gota a pedido" para crear 100% silicona, así como piezas de varios materiales con diferentes colores y durezas.

Aplicaciones comunes

Los beneficios que ofrece Material Jetting lo convierten en una tecnología ideal tanto para la creación de prototipos como para la creación de herramientas. Por ejemplo, los diseñadores pueden aprovechar las capacidades de materiales múltiples de Material Jetting para producir prototipos visuales a todo color de alta precisión.

Un buen ejemplo de esto es el Audi Pre-Series Center:uso de Stratasys Con tecnología de inyección de material, el fabricante de automóviles ha podido crear prototipos de múltiples materiales completamente funcionales para acelerar su proceso de verificación de diseño.

La industria médica utiliza cada vez más la inyección de material para la producción de imágenes anatómicas realistas. modelos tanto con fines educativos como para la planificación y capacitación prequirúrgicas.

Material Jetting se puede utilizar en universidades médicas y hospitales para imprimir en 3D modelos anatómicos a todo color que parecen partes reales del cuerpo. Dichos modelos no solo ayudan a los estudiantes de medicina a tener una mejor experiencia de aprendizaje, sino que también permiten a los cirujanos planificar y prepararse para una cirugía de manera más eficiente de lo que sería con una imagen 2D.

Además, Material Jetting está bien -Adecuado para la producción de bajo volumen de moldes y patrones de fundición. Gracias a esta tecnología de impresión 3D, las herramientas para el moldeo por inyección y la fundición por inversión se pueden producir de manera mucho más rápida y económica, al tiempo que se logran niveles más altos de complejidad imposibles con la fabricación de herramientas tradicionales.

La inyección de material también puede ser útil para la impresión 3D. dispositivos electrónicos. Por ejemplo, la impresora 3D DragonFly 2020 Pro de Nano Dimension deposita tintas plateadas conductoras para crear circuitos electrónicos multicapa, prototipos de PCB y antenas.

Impresoras 3D de inyección de material

Las impresoras 3D de inyección de material tienen una amplia gama de volúmenes de construcción, desde tamaños medianos (380 x 250 x 200 mm) a grandes (1000 x 800 x 500 mm), que se pueden adaptar a necesidades específicas sin comprometer la precisión de Piezas impresas en 3D. Stratasys y 3D Systems son actualmente los principales fabricantes de impresoras 3D Material Jetting.

Por ejemplo, la impresora 3D ProJet MJP 5600 de 3D Systems utiliza la tecnología patentada de impresión MultiJet para crear piezas coloridas de múltiples materiales para la creación de prototipos y la fabricación rápida de herramientas. El sistema es compatible con los materiales VisiJet® patentados por la empresa. El volumen de impresión de la máquina es de 518 x 381 x 300 mm, ideal para componentes de tamaño mediano.

La impresora 3D J750 es el último desarrollo en sistemas de inyección de material de Stratasys. El J750 se basa en la tecnología patentada PolyJet. La máquina presenta un volumen de construcción de 490 x 390 x 200 mm y también ofrece impresión 3D multicolor y multimaterial con los 6 materiales diferentes simultáneamente.

En resumen

Material Jetting es una tecnología ideal para crear prototipos y herramientas funcionales, ya que ofrece piezas a todo color y multimaterial con alta precisión dimensional.

Sin embargo, con fotopolímero y otros materiales en curso Más investigación, Material Jetting también tiene el potencial de brindar soluciones innovadoras a la producción de piezas finales, particularmente en el ámbito de la electrónica impresa en 3D.

Gracias a su tecnología de caída bajo demanda, Material Jetting también muestra promesa para la bioimpresión, con la capacidad de revolucionar la medicina regenerativa y la ingeniería de tejidos.