Impresión 3D por inyección de material (PolyJet): todo lo que necesita saber

PolyJet / Material Jetting es una tecnología de impresión 3D que existe desde hace 20 años. Es muy similar a la impresión de inyección de tinta estándar, solo que cada capa impresa se apila para hacer una pieza 3D. También es una de las únicas tecnologías que permite la impresión 3D a todo color y también puede imprimir varios materiales al mismo tiempo.

Pero, ¿cómo funciona PolyJet? Esta guía explica la historia de la tecnología, la preparación para la impresión, el proceso de impresión 3D por inyección de material, el posprocesamiento, los materiales, las aplicaciones, las ventajas y desventajas, y más.

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Tiempo de lectura: aprox. 4 min .

Introducción a la inyección de materiales y PolyJet

Una breve historia

Material Jetting fue desarrollado por el fabricante israelí de impresoras 3D Objet Geometries en 1998 en Rehovot. Rami Bonen, Gershon Miller y Hanan Gotaait colaboraron para desarrollar la tecnología.

La empresa resultó exitosa y para el año 2000 había recibido una inversión de € 15 millones, valorando la empresa en € 36 millones. En abril de 2020 se anunció que Objet se fusionaría con Stratasys para consolidar las gamas de impresoras de ambas empresas de impresoras 3D . Stratasys ahora ofrece impresoras 3D PolyJet como parte de su gama de productos.

¿Es PolyJet o Material Jetting? ¿Y hay alguna diferencia?

Tanto PolyJet como Material Jetting son la misma tecnología. PolyJet es el nombre patentado por Objet Geometries a fines de la década de 1990, mientras que Material Jetting es el nombre técnico del proceso. Esto es similar a cómo el modelado por deposición fundida también se denomina a veces Fabricación de filamentos fundidos: uno es un nombre de «marca» patentado, el otro es un nombre técnico.

Usaremos ambos indistintamente durante esta guía.

Preparación para la impresión 3D PolyJet / Material Jetting

Como ocurre con todas las tecnologías, necesita un archivo de impresora 3D . Por lo general, un archivo STL , luego deberá enviar este archivo a un programa de corte 3D como Cura. Estos programas luego resolverán cómo imprimir su pieza en función de los tamaños de capa y la configuración de impresión que haya elegido, incluido el porcentaje de relleno, el grosor de la capa y más.

Características de impresión de PolyJet / Material Jetting

PolyJet es una de las tecnologías de impresión 3D más precisas, con una precisión de hasta 16 micrones y la capacidad de crear acabados extremadamente suaves. Dos aspectos de la inyección de material influyen mucho en la calidad de la pieza: el tamaño de la gota del chorro (similar al tamaño del punto del láser en SLA); y altura de capa.

Material Jetting es compatible con una gran variedad de materiales y colores. Con PolyJet, puede crear piezas de impresora 3D multicolores o incluso a todo color utilizando Material Jetting, ¡e incluso tener piezas de impresión con varios materiales diferentes en diferentes áreas de la pieza! Las impresoras PolyJet pueden imprimir una gama casi infinita de colores, ya que son compatibles con las gamas de colores Pantone, al igual que una impresora de inyección de tinta 2D de alta calidad.

Esto se debe a los múltiples cabezales de impresión, como las impresoras FDM 3D de doble extrusora , lo que significa que se pueden imprimir múltiples materiales simultáneamente. El éxito de Material Jetting en la impresión a todo color parece haber influido en el desarrollo de la impresión 3D Multi Jet Fusion .

Además, PolyJet es una de las tecnologías de impresión 3D más rápidas ya que, a diferencia de la sinterización selectiva por láser, por ejemplo, PolyJet imprime como una línea en lugar de en un punto fijo. Esto también significa que PolyJet puede imprimir varios objetos en esta línea a la misma velocidad que imprime un objeto.

PolyJet utiliza las mismas resinas poliméricas líquidas que la estereolitografía , que se inyectan y luego se curan al exponerlas a una luz ultravioleta. Esto es algo similar a la impresión de inyección de tinta 2D, solo con capas de impresión una encima de la otra para crear una parte sólida en lugar de imprimir en papel.

PolyJet / Jetting de materiales frente a SLA

Dado que PolyJet utiliza fotopolímeros como SLA, se podría decir que los dos procesos son similares. Sin embargo, las impresoras SLA 3D utilizan tecnologías de polimerización en cubas con mucho más calor que PolyJet, que utiliza temperaturas más bajas (30-60 ° C).

PolyJet / Jetting de materiales frente a FDM

El modelado por deposición fundida es la tecnología de impresión 3D más asequible y accesible, mientras que PolyJet es más cara e industrial. Una diferencia clave es que las piezas creadas con PolyJet se notan menos fuertes que las creadas con una impresora 3D FDM . Pierden fuerza con el tiempo, mientras que las piezas FDM mantienen su fuerza y forma. Sin embargo, la inyección de material es mucho más rápida, ofrece mejores opciones de material y color y es más escalable.

Proceso de impresión 3D PolyJet / Material Jetting

El proceso es similar a la impresión por inyección de tinta, solo que en lugar de inyectar gotas de tinta sobre el papel, PolyJet usa pequeñas boquillas para depositar gotas de fotopolímeros líquidos en la bandeja de construcción. Mientras se inyecta, el material se cura simultáneamente con una luz ultravioleta. Los polímeros se calientan entre 30 y 60 ° C para controlar su viscosidad mientras se inyectan e imprimen.

Las piezas creadas mediante este proceso requieren soportes para proteger la pieza de deformaciones o alabeos, y se imprimen al mismo tiempo que la pieza. Los soportes suelen estar hechos de un material diferente que está diseñado para separarse de la pieza cuando se disuelve en agua. Una vez disueltas, por lo general apenas se puede decir que había soportes en primer lugar, con las piezas Material Jetted conocidas por sus acabados superficiales lisos.

Postprocesamiento PolyJet / Material Jetting

Los soportes en PolyJet se imprimen de forma sólida, por lo que se utiliza más material que en FDM o SLA. Esto se suma al costo de la inyección de material, que puede ser muy costoso. Sin embargo, el proceso de extracción del soporte es muy fácil, ya que los soportes se crean a partir de materiales que se disuelven en agua, con poca evidencia de que hayan estado allí después.

Dado que no se utiliza un calentamiento extremo, las piezas se deforman o encogen muy poco durante el proceso de impresión. Esto ayuda a reforzar PolyJet como uno de los mejores y precisos acabados de superficie de todas las tecnologías de impresión 3D. Sin embargo, a medida que las piezas se hacen más grandes, pueden comenzar a perder precisión dimensional ya que las resinas comenzarán a encogerse a medida que se curen. Por lo tanto, considere usar otras tecnologías como Binder Jetting para piezas muy grandes. También debe tener cuidado al manipular las piezas, ya que pueden deformarse fácilmente debido a la exposición a condiciones cálidas o húmedas.

Aunque PolyJet ofrece los mejores acabados superficiales de todas las tecnologías de fabricación aditiva, todavía hay varias técnicas de posprocesamiento disponibles. Estos incluyen el lijado de la pieza si la pieza se va a recubrir posteriormente. Además, las piezas se pueden teñir y pintar para cambiar de color. Sin embargo, con la capacidad de imprimir a todo color de todos modos, esto no siempre es necesario.

PolyJet / Materiales de inyección de material

Hay una amplia gama de materiales disponibles para usarse con PolyJet, literalmente miles. Estos varían en color y propiedades químicas, desde rígidos a flexibles y moldeables. Para ser considerado un material adecuado para la impresión, el material debe tener una baja viscosidad y poder inyectarse en forma de gotas.

Sin embargo, estos materiales no son baratos. Los cartuchos de resina pueden costar entre € 300 y € 1,000 por kg. Ay.

Aplicaciones de inyección de material / PolyJet

Prototipos a todo color: dado que se pueden lograr superficies lisas y a todo color, PolyJet es el método perfecto para prototipos visuales detallados. Esto permite a los diseñadores e ingenieros ver cómo se ve su producto de cerca y evaluar los detalles y la funcionalidad. A menudo se usa para crear patrones para moldes que se usarán en otros procesos, como el moldeo por inyección. El prototipo original se crea con PolyJet y luego se utiliza para crear muchos más productos moldeados por inyección.

Modelos realistas para la educación: otro uso común de la impresión 3D Material Jetting es crear modelos realistas, como modelos anatómicos precisos de órganos humanos. Estos modelos pueden usarse para ayudar a enseñar a los estudiantes cómo realizar procedimientos médicos para que tengan más experiencia antes de realizar cirugías reales. Este acortamiento de la curva de aprendizaje es clave para reducir las tasas de mortalidad durante las cirugías.

Precio de la impresora PolyJet 3D

A diferencia de las impresoras 3D FDM , PolyJet es principalmente una solución industrial. Las impresoras 3D PolyJet comienzan en alrededor de € 6,000 y pueden costar hasta € 75,000 para los modelos de especificaciones más altas. Esto, junto con los costes de los materiales, convierte a Material Jetting en una tecnología de impresión 3D cara.

Ventajas y desventajas de PolyJet / Material Jetting

Ventajas de PolyJet / Material Jetting

• Preciso : la tecnología de impresión 3D con mayor precisión dimensional, hasta 16 micrones.
• Acabado de superficie suave : comparable al moldeo por inyección, por lo tanto, Material Jetting tiene aplicaciones en prototipos de moldeo por inyección.
• Rápido y escalable : PolyJet puede imprimir varias piezas simultáneamente sin pérdida de velocidad a diferencia de las impresoras 3D FDM o SLS .
• A todo color : no muchas tecnologías pueden producir impresiones a todo color, solo Binder Jetting, PolyJet y algunas impresoras Multi Jet Fusion . Agregue el hecho de que se pueden imprimir varios materiales en la misma pieza, y Material Jetting realmente se destaca. Además, el hecho de que se pueden utilizar casi infinitos tonos de color hace que sea extremadamente versátil para la impresión en color.

Desventajas de PolyJet / Material Jetting

• Pobres propiedades mecánicas : las piezas a menudo tienen peores propiedades mecánicas que las piezas creadas con tecnologías como FDM o SLS . Al igual que las piezas impresas en 3D SLA, son vulnerables al calor y la luz solar y pueden perder resistencia con el tiempo.
• Muy caras : son impresoras 3D industriales y los materiales pueden costar entre € 300 y € 1,000 / kg, y las impresoras industriales de inyección de material a veces cuestan € 100,000 +.