material jet 3d print

معرفی تکنیهای پرینت سه بعدی «متریال جت» Material Jetting

Rating: 4.8/5. From 3 votes.
Please wait...

Material Jetting یک فرآیند پرینت سه بعدی است که در آن قطره های متریال به صورت انتخابی بر روی بستر چاپ دپوزیت و پرداخت می شوند. در این روش با استفاده از فتوپلیمر یا قطرات موم که در معرض نور قرار می گیرند، جسم به صورت لایه به لایه ساخته می شود.

ماهیت فرآیند Material Jetting به گونه ای است که می توان از چند متریال مختلف در پرینت یک جسم واحد استفاده کرد. یکی از موارد استفاده از این تکنیک، تولید ساختارهای ساپورت از مواد گوناگون برای کمک به مدل در حال چاپ است.

تقسیم بندی تکنولوژی material jet:

  • Material Jetting:MJ - Poly Jet: پلی جت
  • Drop on Demand : DOD : بایندرجت - BinderJet

متریال: رزین فتوپلیمر (استاندارد، کستیبل، شفاف، دمای بالا)

  • دقت ساخت ابعاد: ±0.1 میلیمتر
  • استفاده های متداول: تولید نمونه های تمام رنگی، نمونه سازی قالبی تزریقی، قالب هایی با تزریق کم، مدل های پزشکی
  • مزایا: سطح نهایی عالی، تمام رنگی، قابلیت استفاده از متریال چندگانه
  • نقاط ضعف: شکننده است و برای قطعات مکانیکی مناسب نیست، برای اهداف بصری، هزینه های بالاتری نسبت به SLA و  DLP دارد.

نکته:‌ کلیه تکنیکهای شرح داده شده در این مقاله، پلتفرمی کاملا صنعتی داشته و به جهت هزینه و نحوه کار، تنها برای شرکتها و کارگاههای فنی توجیه استفاده دارد. بدین جهت این پرینترها در رده دستگاههای رومیزی یا شخصی قرار نمی گیرند.

پلی جت پرینتر
تکنولوژی Photopolymer Jetting: PJ
متریال جت
مفهوم فناوری Material Jetting: MJ

 1- Poly Jet – Material Jet:

بسیار شبیه به روش پرینترهای جوهرافشان کاغذی کار می کند. به نام «فوتوپلیمر جت» هم معروف است. تفاوت کلیدی در اینجا است که به جای پرینت یک لایه جوهر، چندین لایه روی هم انباشته می شوند تا یک جسم جامد را بسازند.

در واقع Print Head صدها قطره بسیار کوچک فتوپلیمر را بیرون می دهد و سپس با استفاده از نور فرابنفش (UV) آنها را پرداخت کرده و استحکام می بخشد. پس از این که یک لایه انباشته و پرداخت شد، بستر چاپ به اندازه ضخامت یک لایه پایین می آید و همان فرآیند تکرار می شود تا زمانی که جسم سه بعدی ساخته شود.

روش MJ با بقیه انواع تکنولوژی پرینت سه بعدی که در آنها دپوزیت، رسوب و پرداخت متریال با استفاده از نقطه عطف انجام می گیرد متفاوت است. به جای استفاده از یک نقطه برای دنبال کردن مسیری که سطح مقطع لایه را مشخص می کند، دستگاه های MJ دپوزیت متریال را به روشی خطی و سریع انجام می دهند.

مقاله مرتبط: تکنولوژی پرینتر سه بعدی SLM

مزیت دپوزیت خطی در این است که پرینتهای MJ می توانند اجسام چندگانه را در یک خط بسازند، بدون این که روی سرعت چاپ تاثیری داشته باشد. پس تا زمانی که مدلها به درستی تنظیم شده باشند و فضای بین لایه ها بهینه شده باشد، MJ می تواند اجسام را خیلی سریع تر از دیگر انواع پرینتر سه بعدی تولید کند.

بر اساس همین تکنیک، «کمپانی HP» فناوری اختصاصی توسعه یافته‌تری بنام Multi Jet Fusion را در چاپگرهای سه بعدی خود تجاری کرده است.

اجسامی که توسط MJ تولید می شوند نیاز به ساپورت دارند. ساپورتها به صورت همزمان در طول چاپ از مواد محلول ساخته می شوند و در مرحله پرداخت نهایی از جسم جدا خواهند شد. روش MJ تنها مدل از بین انواع تکنولوژی های پرینت سه بعدی است که می تواند اشیا را با متریال چند گانه و به صورت تمام رنگی تولید کند.

2- Drop on Demand : DOD

DOD شامل تکنیک های موسوم به بایندرجت BinderJet میشود.

Drop on Demand  یک نوع دیگر از تکنولوژی MJ است که از یک جفت هد جوهرافشان استفاده می کند؛ چاپگرهایی که بر اساس این پلتفرم کار میکنند موسوم به بایندرجت میباشند.

در مقاله «پرینتر سه بعدی بایندر جت چیست» در مورد چاپ رنگی این پلتفرم شرح کاملی دادیم. همانطور که گفتیم از جفت هدها، یکی متریال ساخت را که معمولا از مواد موم-شکل هستند، دپوزیت می کند؛ از دومی برای متریال محلول ساپورت استفاده می شود. پرینترهای DOD از یک الگوی پیش ساخته پیروی می کند تا مواد را در یک نقطه عطف دپوزیت کنند و سطح مقطع جسم را لایه به لایه بسازند.

پرینترهای DOD همچنین از یک کاتر متحرک استفاده می کنند که بعد از ساخت هر لایه، با آن تماس سطحی پیدا می کند. با این کار از صاف بودن کامل سطوح پیش از شروع لایه بعدی اطمینان حاصل می شود. پرینتر های DOD معمولا در ساخت الگوهای مناسب برای ریخته گری با موم یا ریخته گری دقیق و دیگر موارد تولید قالبی کاربرد دارند.

نحوه کار تکنیک Binder Jetting : BJ

در کل سه نوع تکنیک DOD وجود دارد:

بایندرجتینگ رنگی – بایندر جتینگ شنی – بایندرجتینگ فلزی

تکنیک بایندرجت رنگی در مقاله ای جداگانه شرح داده شده است. اکنون دو مودر بایندرجت شنی و بایندرجت فلزی را شرح میدهیم:

  • Sand Binder Jetting:

دستگاه های Sand Binder Jetting جزو انواع کم هزینه پرینت سه بعدی هستند که در آنها می توان اجسامی را با استفاده از موادی مانند ماسه و گچ تولید کرد.

اجسام و مدل های تمام رنگی را می توان با استفاده از مواد گچی یا پودر PMMA در ترکیب با یک ماده مایع متصل کننده تولید کرد. ابتدا Print Head مایع متصل کننده را بیرون می دهد و سپس رنگ را خارج می کند تا مدل های رنگی پرینت شوند.

زمانی که قطعات به صورت کامل پرداخت شد، از پودرهای اضافه، بدون چسنبدگی جدا و تمیز می شود. برای بیشتر کردن خواص مکانیکی، قطعات اغلب در معرض مواد غشایی (infiltrant material) قرار می گیرند.

تعداد بسیار زیادی از مواد غشایی موجود است که هر کدام به خواص متفاوتی منجر می شوند. روکش دار کردن نیز می تواند باعث بهبود و ماندگاری رنگ شود.

روش Binder Jetting همچنین برای تولید قالبها و هسته های شنی مناسب است. هسته ها و قالب ها عموما با شن و ماسه پرینت میشوند، اگرچه شن مصنوعی (سیلیکا) نیز می تواند برای کاربردهای خاص مورد استفاده قرار بگیرد.

پس از پایان فرآیند چاپ، قالب ها و هسته ها از روی بستر چاپ جدا و تمیز می شوند تا شن های نچسبیده از آنها ریخته شود. معمولا قالب ها فورا آماده استفاده برای ریخته گری هستند. پس از ریخته گری، قالب شکسته شده و شئ فلزی نهایی برداشته می شود.

بزرگترین مزیت چاپ قالب ها به وسیله Binder Jetting شنی، هندسه بزرگ و پیچیده ای است که این فرآیند با هزینه نسبتا پایین میتواند تولید کند. به علاوه، ادغام این فرآیند با روشهای ساخت کنونی و ریخته گری، به راحتی و بدون دردسر انجام می شود.

  • Metal Binder Jetting:

از تکنیک Binder Jetting همچنین می توان در ساخت اجسام فلزی استفاده کرد. در این روش پودر فلز با یک ماده متصل کننده پلیمر ترکیب می شود. تولید اجسام فلزی با استفاده از Binder Jetting این امکان را می دهد که بتوانیم هندسه های پیچیده ای را که فراتر از توانایی تکنیک های معمولی است تولید کنیم.

با این حال، اجسام کاربردی فلزی تنها می توانند با انجام فرآیند ثانویه مانند نفوذناپذیری (infiltration) یا مستحکم کردن (sintering) تولید شوند. عموما، هزینه و کیفیت نتیجه نهایی تعیین می کند که کدام فرآیند ثانویه برای آن قطعه خاص مناسب است. بدون این مراحل اضافه، قطعه فلزی که با Binder Jetting  تولید شده است خواص مکانیکی ضعیفی دارد.

فرآیند ثانویه نفوذ ناپذیری (infiltration)  به این صورت است: ذرات اولیه پودر فلز به وسیله یک عامل متصل کننده به شکل «Green State» ساخته می شوند. هنگامی که جسم کاملا پرداخت شد، پودر های نچسبیده را از آن جدا می کنند و آن را در کوره قرار می دهند تا ماده متصل کننده از بین برود. این کار باعث می شود جسم چگالی حدود 60 درصد بگیرد و حفره هایی در آن به وجود بیاید. 

سپس، از برنز استفاده می شود تا به روش مویرگی در حفره ها نفوذ کند که در نتیجه چگالی حدود 90 درصد و قدرت استحکام بیشتر به دست می آید. با این وجود، اجسامی که به وسیله Binder Jetting تولید می شوند نسبت به قطعات فلزی که با فناوری Powder Bed Fusion که شامل تکنیک selective laser sintering میشود؛ ساخته شده اند، خواص مکانیکی کمتری دارند.

فرآیند ثانویه مستحکم کردن (sintering) زمانی اعمال می شود که قطعات فلزی بدون فرآیند نفوذ ناپذیری ساخته شده باشند. پس از پایان پرینت، جسم «Green State یا خام» در داخل یک محفظه فر پرداخت اولیه می شود. سپس، در یک کوره قویتر قرار داده می شود تا مستحکم شود و چگالی حدود 97 درصد به دست بیاورد. با این حال، انقباض غیر یکنواخت در برخی هندسه های خاص می تواند در طول مستحکم کردن مشکل ایجاد کند و باید در مرحله طراحی برای آن چاره ای اندیشید.

نکته:‌ تا تاریخ نگارش این مقاله به جهت مسائل تحریم و پیچیدگی های فنی و هزینه بالا، تکنیکهای فوق به رغم کاربرد بسیار خوب در صنعت کشور، هنوز در ایران تجاری نشده اند.

نویسنده:‌ مهرداد سینایی


دیدگاه خود را بنویسید:

نظرات پس از بررسی مدیر سایت تایید میشود

9 − نه =