В последнее время технологии 3D-печати набирают все большую популярность, позволяя создавать сложные детали с высокой точностью. Одним из передовых методов в данной области является технология Multi Jet Fusion (MJF), разработанная компанией HP, которая предлагает невиданные до сих пор возможности в сфере производства.

Эта статья предоставит всесторонний обзор технологии MJF, начиная с ее основных принципов работы, особенностей использования различных материалов и заканчивая практическими советами по работе с этой инновационной технологией.

Что такое технология MJF и как она работает?

Основные принципы работы технологии Multi Jet Fusion

Технология Multi Jet Fusion представляет собой процесс, в ходе которого мельчайшие частицы пластикового порошка соединяются вместе под действием тепла, генерируемого инфракрасным излучением. Принтер MJF распределяет тонкий слой порошка по рабочей области, после чего струйные головки наносят связующий агент на порошок в точных координатах XY, определенных цифровой моделью детали. Затем, инфракрасный излучатель пропускает тепло через порошок, заставляя связующий агент реагировать и частицы порошка слипаться. Процесс повторяется слой за слоем, пока 3D-объект полностью не сформируется.

Сравнение MJF с другими технологиями 3D-печати

MJF технология отличается от других видов 3D-печати, таких как стереолитография (SLA) или селективное лазерное спекание (SLS), благодаря своей способности печатать объекты быстрее и с более высоким качеством поверхности. В отличие от SLS, где лазер последовательно сплавляет порошок, MJF наносит связующий агент по всей области слоя одновременно, что позволяет значительно ускорить процесс печати. Кроме того, благодаря уникальному свойству наносить дополнительные детали для модификации механических и цветовых свойств, MJF открывает новые возможности для производства.

Какие материалы можно использовать с технологией MJF?

Обзор наиболее популярных материалов: PA12, PA11, и полипропилен

Чаще всего 3D-печатные детали MJF изготавливаются из PA12, распространенного сорта нейлона. Принтеры MJF также могут печатать детали из эластомеров. Полный ассортимент доступных материалов приведен ниже:

• PA11 (нейлон): PA11 более гибкий и жесткий, чем PA12, и поэтому лучше подходит для изготовления деталей конечного использования.

• PA12: PA12 обладает хорошей трещиностойкостью и самым низким влагопоглощением среди всех полиамидов. Также доступны стеклонаполненные варианты. PA12 обычно хорошо подходит для функциональных прототипов.

• PP (полипропилен): Идеально подходит для функциональных прототипов, которые могут имитировать характеристики литьевого полипропилена.

• TPU01 (термопластичный полиуретан): Этот материал обеспечивает хороший баланс между гибкостью и амортизацией и может использоваться для создания элементов с высоким разрешением.

• TPU M95A: Этот эластомерный материал обладает превосходной стойкостью к истиранию и высоким удлинением при разрыве. Идеально подходит для изготовления деталей конечного использования, таких как уплотнители и стельки для обуви, а также функциональных прототипов.

• TPA (термопластичный полиамид): Этот эластомерный материал представляет собой легкий, высокоэластичный эластомер. TPA обладает высоким удлинением при низких температурах.

Уникальные свойства материалов для печати методом MJF

Материалы для MJF отличаются уникальными свойствами, которые позволяют иметь контроль над механическими свойствами готовых изделий. Например, возможность модификации текстуры поверхности, эластичности и ударной вязкости печатаемых объектов. При этом, использование дополнительных агентов может еще больше расширить функциональные возможности печатаемых деталей, например, повышая их водостойкость или поверхностную твердость.

Отрасли, использующие Multi Jet Fusion

Multi Jet Fusion - это универсальная технология, нашедшая применение во многих отраслях промышленности. Она помогает производителям на всех этапах разработки, от создания прототипов до создания функциональных прототипов для полевых испытаний и производства готовых деталей.

К числу отраслей, в которых успешно применяется MJF, относятся:

Автомобильная промышленность

Технология трехмерной печати MJF помогает автопроизводителям и компаниям, занимающимся транспортными средствами, уменьшать издержки на выпуск компонентов и увеличивать операционную эффективность. 

Компания Continental Automotive Spain S.A., испанский поставщик комплектующих для автоиндустрии, применила технологию MJF для создания пневматического захватного устройства, что позволило сократить время на производство новых элементов.

Инженеры Jaguar Land Rover идут дальше использования крепежных деталей и элементов интерьера, применяя HP Multi Jet Fusion для разработки нового поколения защитного оборудования для сотрудников заводов. В новом, обладающем площадью в 15 000 квадратных футов, центре аддитивных технологий General Motors установлены устройства HP MJF, которые используются для трехмерной печати прототипов, инструментов, оснастки и готовых изделий.

Медицина

Польза от 3D-печати и цифровых технологий в производстве продолжает расширяться в период пандемии, преодолевая проблемы с цепочками поставок и повышая эффективность производства компонентов. HP вместе с ее широкой международной сетью партнеров и клиентов изготовили свыше пяти миллионов компонентов, чтобы удовлетворить неотложные нужды и способствовать созданию новых экосистем, которые поддерживают местное изготовление.

В области медицины и стоматологии происходит всплеск новых способов использования 3D-печати для массовой персонализации изделий. В SmileDirectClub в Нэшвилле, Теннесси, работают без перерыва 60 принтеров HP Multi Jet Fusion для создания уникальных стоматологических устройств. 

Принтеры HP Jet Fusion также вносят изменения в сферу производства ортопедических изделий, позволяя создавать на заказ медицинские протезы. Invent Medical, являясь одним из выбранных клиентов Pilate, производит на заказ ортопедические устройства и протезы с использованием белого принтера HP PA12, что открывает новые перспективы для окрашивания изделий после печати, особенно в педиатрии.

Компания OVR Technology производит гаджеты, позволяющие использовать запахи в виртуальной реальности, ориентированные в основном на медицину и терапию. С помощью принтеров MJF они смогли изготовить прочные, высокодетализированные корпуса со сложной геометрией для своих прототипов.

Потребительские товары

Многочисленные товары для потребителей нуждаются в изготовлении комплексных по форме компонентов в малых размерах. Это подтвердила компания PepsiCo, занимающая лидирующие позиции на глобальном рынке продовольственных товаров и напитков, когда она занималась созданием миниатюрной маски для прикрепления к банкам напитков в рамках партнерства с фильмом «Черная Пантера».

В процессе она испробовала разнообразные методы 3D-печати для того, чтобы точно воссоздать мелкие элементы и насыщенный черный цвет легендарной маски супергероя. В итоге, технология MJF была признана лучшей из-за ее высокой эффективности производства и изделий длительного использования.

Компания HP также сотрудничает с представителями индустрии спортивных товаров и очков. Благодаря использованию технологии Multi Jet Fusion, компания Oakley уменьшает время на разработку своих очков и другого спортивного оборудования. Применение 3D-печати для изготовления финальных версий компонентов позволило лыжным очкам I/O MAG Imprint от Smith получить название одного из лучших изобретений 2022 года по версии журнала Time.

Преимущества 3D-печати с использованием MJF

Скорость печати и эффективность процесса

Одним из значительных преимуществ технологии MJF является ее способность к быстрой печати. Благодаря параллельному нанесению связующего агента и одновременному тепловому воздействию на весь слой, процесс печати существенно ускоряется по сравнению с технологиями, где материал обрабатывается последовательно. Это делает MJF идеальной технологией для производства как небольших партий деталей, так и для массового производства, значительно сокращая время от идеи до готового продукта.

Высокая точность и качество готовых изделий

MJF позволяет достигать высокой точности измерений и детализации поверхности изделий, что является критически важным для производства функциональных частей и высококачественных потребительских товаров. Способность технологии создавать гладкие и равномерные поверхности с минимальной необходимостью в постобработке значительно повышает эстетику и функциональность готовых изделий.

Возможности использования для сложных и детализированных объектов

Технология MJF открывает новые возможности для производства сложных и детализированных объектов, которые были бы невозможны или экономически нецелесообразны с использованием традиционных методов изготовления. Способность создавать детали с внутренними полостями, сложными пористыми структурами и тонкими стенками без необходимости в строительных поддержках значительно расширяет границы дизайна и инженерии.

Сравнение MJF с традиционным литьем под давлением

Экономическая эффективность MJF по сравнению с литьем

Хотя традиционное литье под давлением остается экономически выгодным методом для массового производства, технология MJF предлагает значительные преимущества при производстве ограниченных серий или при необходимости быстрого прототипирования. MJF исключает необходимость в создании дорогостоящих форм и позволяет вносить изменения в дизайн продукта на любом этапе производства без дополнительных затрат, что делает ее идеальной для коротких производственных циклов и индивидуализированного производства.

Когда выбирать 3D-печать на основе MJF, а когда - литье под давлением

Выбор между 3D-печатью на основе MJF и традиционным литьем под давлением зависит от общего объема производства, стоимости единицы продукции, скорости производства и комплексности дизайна изделия. Метод MJF подходит для производства сложных деталей в небольших и средних объемах, где требуется гибкость дизайна и высокая скорость изготовления. Литье под давлением остается предпочтительным выбором для очень больших объемов производства с относительно простыми изделиями из-за более низких операционных расходов на единицу продукции.