Druk 3D metodą Multi Jet Fusion (MJF) - proste wyjaśnienie

Druk 3D metodą Multi Jet Fusion (MJF) - proste wyjaśnienie

Jako technologia, Multi Jet Fusion (MJF) jest względnym nowicjuszem na scenie druku 3D. W ciągu zaledwie kilku lat, MJF zaczęła zmierzać w kierunku wykorzystywania jej na skalę przemysłową – jeśli jeszcze tam nie jest.

Aby zrozumieć, czy technologia Multi Jet Fusion jest odpowiednia dla Twoich potrzeb w zakresie druku 3D, musisz poznać jej wady i zalety oraz dowiedzieć się jak uwolnić jej pełny potencjał. W tym artykule zajmiemy się podstawami tego, do czego zdolny jest druk 3D z wykorzystaniem technologii Multi Jet Fusion.

Podstawy druku metodą Multi Jet Fusion

Multi Jet Fusion, to technologia druku 3D z wykorzystaniem fuzji proszku, wprowadzona na rynek w 2016 roku. Firma tłumaczy, że jej technologia została zbudowana w oparciu o dekady inwestycji HP w druk atramentowy, materiały jettable, precyzyjną, niskokosztową mechanikę, materiałoznawstwo i obrazowanie.

Technologia bierze swoją nazwę od wielu głowic atramentowych, które realizują proces drukowania. Procesy ponownego powlekania materiału oraz rozprowadzania i podgrzewania czynnika są realizowane przez oddzielne układy głowic, które poruszają się po polu roboczym w różnych kierunkach, co pozwala użytkownikowi na niezależną optymalizację obu procesów.

Plik 3D, który ma zostać wydrukowany jest renderowany jako voxele – czyli elementy objętościowe. Voxele są w zasadzie trójwymiarowymi odpowiednikami pikseli, na których opiera się druk 2D.

Tak jak w druku 2D, gdzie piksele są drukowane lub nie, w druku Multi Jet Fusion, voxele są albo wtapiane w końcowy wydruk, albo nie. Kolejną zasadą przeniesioną z druku 2D do technologii Multi Jet Fusion jest wykorzystanie koloru – gotowa do druku w pełnym kolorze drukarka Multi Jet Fusion może mieszać atramenty, aby uzyskać kolorowe voxele.

Nie należy mylić technologii Multi Jet Fusion firmy HP z procesem druku Metal Jet stosowanym w drukarkach do metalu, który jest bardzo podobny i wykorzystuje proszek metalowy zamiast plastiku. Skupiamy się tutaj na technologii Multi Jet Fusion, która wykorzystuje wyłącznie tworzywa sztuczne.

Proces Multi Jet Fusion

W procesie druku Multi Jet Fusion drukarka nakłada na podłoże warstwę materiału w postaci proszku. Następnie głowica atramentowa przesuwa się po proszku i nakłada na niego środek utrwalający i detalizujący.

Następnie urządzenie grzewcze na podczerwień przesuwa się po wydruku. W miejscach, gdzie dodano środek utrwalający, warstwa spodnia stapia się ze sobą, podczas gdy obszary z dodatkiem środka detailingowego pozostają w formie proszku. Sproszkowane części odpadają, dzięki czemu powstaje pożądana geometria. Eliminuje to również konieczność stosowania podpór, ponieważ niższe warstwy wspierają te drukowane powyżej.

HP twierdzi, że drukarka Multi Jet Fusion różni się od większości innych technologii druku 3D tym, że każda nowa warstwa materiału i środka jest nakładana, gdy poprzednia warstwa jest jeszcze stopiona. Pozwala to na całkowite stopienie się obu warstw, co zapewnia większą trwałość wydruku i większą szczegółowość.

Aby zakończyć proces drukowania, całe złoże proszku – i wydrukowane w nim części – są przenoszone do oddzielnej stacji obróbki. Tutaj, większość luźnego, nie stopionego proszku jest odkurzana, co pozwala na jego ponowne wykorzystanie zamiast wytwarzania nadmiaru odpadów.

Branże wykorzystujące technologię Multi Jet Fusion

Multi Jet Fusion, to wszechstronna technologia, która znalazła zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Pomaga ona producentom we wszystkich etapach ich procesów rozwojowych, od prototypowania do produkcji części i projektowania wewnętrznych obudów.

Niektóre branże, które odniosły sukces dzięki MJF to:

MOTORYZACJA

Druk 3D MJF pomaga producentom samochodów i pojazdów obniżyć koszty produkcji części, przy jednoczesnym zwiększeniu wydajności operacyjnej. Hiszpański dostawca części (Continental Automotive Spain S.A.) dla sektora motoryzacyjnego wykorzystał druk MJF do opracowania pneumatycznego chwytaka. W firmie Jaguar Land Rover inżynierowie samochodowi wykorzystują technologię HP Multi Jet Fusion do wytwarzania wsporników i elementów wykończenia wnętrza pojazdów. Nowe centrum Additive Industrialization Center firmy General Motors o powierzchni 15,000 stóp kwadratowych posiada maszyny HP MJF w swojej flocie druku 3D do produkcji części prototypowych, narzędzi, uchwytów i części końcowych.

BRANŻA MEDYCZNA

Korzyści płynące z druku 3D i cyfrowej produkcji podczas pandemii wciąż rosną, wypełniając luki w łańcuchu dostaw i zwiększając szybkość projektowania części. HP oraz jego globalna sieć partnerów i klientów wydrukowała w 3D ponad pięć milionów części, aby zaspokoić pilne potrzeby i stworzyć nowe ekosystemy, które umożliwiają lokalną produkcję.

Branża medyczna i stomatologiczna doświadcza eksplozji nowych zastosowań druku 3D i masowej personalizacji. W SmileDirectClub w Nashville, Tenn., 60 drukarek HP Multi Jet Fusion pracuje przez całą dobę, tworząc spersonalizowane formy dentystyczne. Drukarki HP Jet Fusion 3D zmieniają również branżę ortotyki i umożliwiają produkcję personalizowanych protez medycznych.

OVR Technology produkuje gadżety umożliwiające wykorzystanie zapachu w wirtualnej rzeczywistości, kierując swoją ofertę głównie do sektora medycznego i terapeutycznego. Za pomocą drukarek MJF byli w stanie wyprodukować trwałe, wysoce szczegółowe obudowy o skomplikowanej geometrii dla swoich prototypów.

Wiele rodzajów dóbr konsumpcyjnych wymaga produkcji niewielkich ilości części o skomplikowanych kształtach. PepsiCo, jedna z wiodących na świecie firm produkujących żywność i napoje, przekonała się o tym na własnej skórze, gdy próbowała zaprojektować małą maskę, którą można by umieścić na puszkach z napojami, aby wypuścić na rynek serię napojów powiązaną z filmem czarna pantera

Firma testowała różne technologie druku 3D, aby odwzorować drobne szczegóły i głęboki czarny kolor maski słynnego superbohatera. Ostatecznie, MJF okazał się najlepszy dzięki dużej szybkości produkcji i trwałości, którą mógł zapewnić.

HP współpracuje również z klientami z branży artykułów sportowych i okularów. Wykorzystując technologię Multi Jet Fusion, firma Oakley skraca etapy produkcji okularów, a także innego sprzętu sportowego.

Zalety i wady technologii Multi Jet Fusion

ZALETY:

  • Szybkość drukowania i cyklu produkcyjnego
  • Precyzyjny druk drobnych szczegółów
  • Niski koszt druku indywidualnego
  • Swoboda projektowania, ponieważ nie są potrzebne żadne podpory
  • Niewielkie odkształcenia w druku końcowym
  • Mniej odpadów, dzięki recyklingowi proszku
  • Możliwość produkcji kolorowych części
  • Wysokiej jakości wykończenie powierzchni
  • Spójne właściwości mechaniczne
  • Wysoka odporność chemiczna

WADY

  • Kosztowna początkowa inwestycja w drukarkę
  • Brak możliwości produkcji niektórych zakrzywionych, pustych geometrii
  • Produkt końcowy jest szary – plamisty, bez środków barwiących
  • Małe wypukłe teksty i elementy kosmetyczne mogą zostać utracone w procesie post-processingu

Materiały do technologii Multi Jet Fusion

Początkowo technologia Multi Jet Fusion była kompatybilna tylko z proszkami Nylon PA 12. Chociaż nadal jest to najczęściej stosowana opcja, w ciągu kilku lat istnienia tej technologii na rynku poszerzyła się gama dostępnych materiałów, a nowe wciąż są opracowywane. Technologia Multi Jet Fusion jest rodzajem syntezy w proszku, nie oznacza to jednak, że wszystkie materiały kompatybilne z technologią proszkową będą działać w technologii MJF. W rzeczywistości lista materiałów dla MJF jest znacznie krótsza niż dla drukarek pracujących w technologii SLS, częściowo dlatego, że jest to proces zastrzeżony dla HP, ale producenci materiałów reagują na rosnącą popularność MJF. W 2020 roku firma HP podjęła współpracę z firmą BASF w celu opracowania nowego, trwałego i odpornego chemicznie polipropylenu.

MATERIAŁY ZGODNE Z MJF OBEJMUJĄ:

  • Nylon PA 12 o wysokiej przydatności do ponownego użycia (HR)
  • HR PA 12 Perełki szklane (GB)
  • HR PA 11
  • Estane 3D TPU – M95A firmy Lubrizol
  • Ultrastint TPU01 firmy BASF/Forward AM
  • TPA od Evonik/HP
  • Vestosint 3D Z2773 PA 12 od Evonik/HP

Druk pełnokolorowy z Multi Jet Fusion

Jak już wspomnieliśmy, technologia Multi Jet Fusion odziedziczyła zdolność do tworzenia pełnokolorowych wydruków 3D po tradycyjnych drukarkach atramentowych HP. Jest to trochę powrót do początków drukowania w domu – do drukowania w kolorze potrzebna jest specjalna (i oczywiście droższa) maszyna.

Zwykła drukarka MJF (taka jak HP Jet Fusion 340) wyposażona jest w cztery głowice atramentowe. Podobnie jak wczesne drukarki 2D, może ona tworzyć tylko czarne lub białe wydruki.

Inaczej jest w przypadku pełnokolorowej drukarki MJF, takiej jak HP Jet Fusion 380. Dzięki ośmiu głowicom atramentowym są one w stanie drukować kolory w pełnym spektrum CMYK.

HP twierdzi, że drukarki pełnokolorowe są przyszłościowe, dzięki czemu są kompatybilne z wszelkimi możliwymi przyszłymi rozwiązaniami. W związku z tym, jeśli jesteś na rynku drukarek MJF, może to być dobry pomysł, aby zainwestować w drukarkę pełnokolorową.

Niektóre branże, w które celuje HP i które mogłyby skorzystać z pełnokolorowego druku 3D to:

  • Opieka zdrowotna, np. drukowanie modeli organów do przygotowania operacji.
  • Edukacja i szkolenia
  • Produkcja
  • Biżuteria
  • Pomoce wizualne
  • Dzieła sztuki

MJF vs. SLS

Największym bezpośrednim konkurentem Multi Jet Fusion w przestrzeni druku 3D z wykorzystaniem przoszku jest selektywne spiekanie laserowe (SLS). Na pierwszy rzut oka są one dość podobne – oba wykorzystują podgrzewaną komorę, w której poszczególne warstwy proszku są stapiane ze sobą bez konieczności stosowania podpór.

Jednak podczas gdy MJF wykorzystuje środki dozowane atramentem i element grzewczy, SLS łączy warstwy za pomocą ukierunkowanej wiązki laserowej. Gdy zaczniemy przyglądać się bardziej technicznym szczegółom, szybko pojawią się inne istotne różnice.

ROZDZIELCZOŚĆ

Drukarki MJF wytwarzają wydruki w warstwach o grubości 80 mikronów (0,0003 cala), przy minimalnym rozmiarze elementu 0,02 cala (0,5 mm). Oznacza to, że mogą one wytwarzać drobniejsze szczegóły powierzchni niż SLS, którego wielkość elementu wynosi 0,03 cala (0,75 mm).

Protolabs zauważa jednak, że SLS może zapewnić lepszą dokładność małych elementów niż MJF.

GRUBOŚĆ ŚCIANKI

MJF ma minimalną grubość ścianki 0,02 cala (50 mm), podczas gdy SLS może wytwarzać ścianki mają grubość 0,04 cala (1 mm). W związku z tym, jeśli wymagane są cieńsze ścianki, najlepszym rozwiązaniem jest MJF.

WIELKOŚĆ ELEMENTU

SLS plasuje się na pierwszym miejscu pod względem rozmiaru części, z maksymalnym polem ROBOCZYM wynoszącym 19x19x17 cali, wobec 11,1×14,9×14,9 cali w przypadku MJF. Mimo to, Multi Jet Fusion wciąż powinien zapewnić wystarczającą wielkość wydruku dla większości drukowanych części.

MATERIAŁY

Jak wspomniano, technologia Multi Jet Fusion jest obecnie ograniczona pod względem odpowiednich materiałów. Z drugiej strony SLS ma znacznie większy katalog kompatybilnych materiałów i dlatego jest technologią którą użytkownicy wybierają, jeśli potrzebne są materiały specjalistyczne.

W chwili, gdy czytasz ten artykuł, trwają prace nad nowymi materiałami dla technologii Multi Jet Fusion, więc ta sytuacja może się zmienić w każdej chwili. Dodatkowo, części drukowane MJF są bardziej wytrzymałe na rozciąganie niż SLS i mają znacznie bardziej spójne właściwości mechaniczne.

WIELKOŚĆ PRODUKCJI

Jeśli chodzi o wielkość produkcji, nie ma konkurencji. MJF prześciga SLS pod względem czasu drukowania, umożliwiając wykonanie kilku wysokiej jakości wydruków w czasie, jaki SLS potrzebuje na wykonanie jednego wydruku.

KTÓRA Z NICH WYGRA?

Choć nie jest to technologia typu „silver bullet”, większość firm zajmujących się drukiem 3D zaczęła rekomendować MJF zamiast SLS. Ostateczny wybór sprowadza się jednak do wymagań każdego indywidualnego projektu. Dlatego przed podjęciem ostatecznej decyzji należy ocenić swoje potrzeby.

Kup drukarkę lub zleć drukowanie na zewnątrz

Jeśli Multi Jet Fusion brzmi jak technologia druku 3D, której potrzebujesz, możesz być zainteresowany zakupem drukarki. Ponieważ jest to zastrzeżona technologia, opracowana przez HP, nie jest zaskoczeniem, że obecnie dostępne na rynku drukarki MJF są produkowane przez HP.

Chociaż zapewnia ona niższe koszty jednostkowe niż wiele innych technologii, wdrożenie technologii MJF może być kosztowne. Technologia ta jest przede wszystkim ukierunkowana na przemysł i dlatego drukarki 3D MJF mogą być zaporowo drogie (zaczynając od 50.000 $ za samą drukarkę), szczególnie dla mniejszych firm.

Jeśli zakup drukarki 3D i związane z nim koszty, są dla Twojej firmy zaporą nie do przejścia, właśnie w tym przypadku wkraczają firmy zewnętrzne, zajmujące się drukiem 3D.

Wiele z nich zaczęło nabywać maszyny typu Multi Jet Fusion i są gotowe wydrukować niemal każdy plik, który do nich wyślesz.

HP zdaje się popierać ideę outsourcingu i stworzyło nawet Cyfrową Sieć Produkcyjną, w skład której wchodzą rekomendowani przez nie dostawcy usług druku 3D, tacy jak Fast Radius, Jabil, GoProto i Parmatech.

Jako, że coraz więcej dostawców usług druku 3D zaczyna dostrzegać możliwości MJF, outsourcing Twoich wydruków sprawia, że ta nowa, potężna technologia jest w zasięgu niemal każdego.

Źródło: https://all3dp.com