マテリアルジェッティング3D印刷の包括的なガイド

マテリアルジェッティングは、滑らかな表面仕上げで高精度の部品を製造できることで、他の3D印刷技術の中でも際立っています。 1990年代後半に登場して以来、Material Jettingは、フルカラーのビジュアルプロトタイプ、射出成形金型、鋳造パターンを作成するための理想的な3D印刷技術です。

本日のチュートリアルでは、MaterialJettingについて詳しく説明します。プロセス、テクノロジーの利点と制限、およびマテリアルジェットの最新のアプリケーションと開発。

マテリアルジェットはどのように機能しますか？

Material Jettingは、インクジェット印刷プロセスであり、プリントヘッドを使用して、液体の光反応性材料をビルドプラットフォーム層に重ねて堆積します。ステレオリソグラフィー（SLA）と同様に、MaterialJettingはUV光を使用して材料を固化します。材料の堆積方法はプリンターごとに異なり、連続またはドロップオンデマンド（DOD）噴射アプローチのいずれかを伴う場合があります。 DOD技術は通常、粘性のある液体材料を堆積させるために使用されることに注意してください。

プロセスの段階的な説明：

• 粘度を上げるために液体樹脂が予熱されると、プリントヘッドがビルドプラットフォームの上を移動し始め、必要に応じて材料の最初の層が堆積します。
• サポート構造は、印刷中の安定性を確保するために、パーツと同時に印刷されます。
• 次に、堆積した材料をUV光にさらし、光重合と呼ばれるプロセスで材料の層を硬化（固化）します。
• 最初のレイヤーが固化したら、ビルドプラットフォームを1レイヤーの高さだけ下げ、パーツが完成するまでこのプロセスを繰り返します。
• サポート構造をパーツか​​ら削除して、後処理できるようになりました。

マテリアルジェットの利点

• 精度： Material Jettingは、3D印刷技術の中で最高レベルの精度を誇っています。材料の小さな液滴の正確な堆積のおかげで、層は0.013 mmの薄さで印刷でき、非常に滑らかな表面仕上げの部品が可能になり、小さいが非常に正確な特徴を持つ部品を製造できます。
• フルカラーおよびマルチマテリアルパーツ： 印刷プロセスで使用されるプリントヘッドには通常複数のノズルが組み込まれているため、マテリアルジェッティングはフルカラー、特にマルチマテリアル3D印刷に使用できます。これらのノズルは、単一の印刷プロセスで異なる材料および/または異なる色を堆積させることができます。したがって、マテリアルジェット印刷プロセスで作成されたオブジェクトは、剛性、柔軟性、不透明性、半透明性など、さまざまな材料特性を持つことができます。
• サポート構造： マテリアルジェッティングにはサポート構造が必要ですが、これらは超音波浴で簡単に溶解できます。正しく溶解すると、サポートを取り外した後、表面に跡が残りません。

マテリアルジェッティングの制限

• 機械的特性が悪い： マテリアルジェッティングで生成されたオブジェクトは、特にSLSなどの他の3D印刷技術と比較した場合、通常は弱くなります。これにより、マテリアルジェット部品は一般に機能的なアプリケーションには不適切になります。通常、マテリアルジェットは、機能よりも外観が重要な部品の製造に使用されます。
• 遅い印刷プロセス： マテリアルジェッティングは、印刷プロセスの速度によっていくらか制約されます。一度にビルドエリアのごく一部に小さな液滴が堆積するため、パーツの作成には時間がかかります。
• 材料の制限： マテリアルジェッティングの場合、通常、粘性のあるマテリアルのみを正常に印刷できます。しかしながら、印刷工程で使用できる粘性材料の数は現在かなり限られています。マテリアルジェッティングで使用されるマテリアルの詳細については、以下を参照してください。

マテリアルジェッティングで使用されるマテリアル

今日、マテリアルジェッティングに最も一般的に使用されている2つの材料は、フォトポリマー（液体の形）とキャスティングワックスです。

Stratasysと3DSystemsは、市場で最も有名なマテリアルジェッティングのスペシャリストです。 、さまざまな光硬化性プラスチックおよび複合材料を提供しています。たとえば、Stratasysは最近、独自のPolyJetテクノロジーで使用されるいわゆる「デジタルマテリアル」を開発しました。

これらのマテリアルは、2つ以上のフォトポリマーを組み合わせて、ハイブリッド特性を備えたマテリアルを作成します（例：柔軟性のある剛性）。このような材料で製造された物体は弱くて脆いですが、工具やインベストメント鋳造などの特定の用途に最適化された材料もあります。

現在、使用できる材料の範囲を拡大するために多くの研究が行われています。材料噴射、および金属、セラミック、シリコーンはすでに市場に参入し始めています。

たとえば、イスラエルの会社Xjetは、金属およびセラミック用のNanoParticleJetting技術を開発しました。この技術により、セラミックまたは金属粒子が液体製剤に懸濁され、焼結段階で除去されます。

ACEOが開発したシリコーン3D印刷により、マテリアルジェッティングの材料におけるもう1つのマイルストーンが達成されました。 ®、ドイツの化学大手ワッカーケミーAGの一部門。 2016年に最初に発表されたACEO®のテクノロジーは、「ドロップオンデマンド」技術を使用して、100％シリコーンと、さまざまな色と硬度のマルチマテリアルパーツを作成します。

一般的なアプリケーション

Material Jettingが提供する利点により、プロトタイピングとツーリングの両方にとって理想的なテクノロジーになります。たとえば、設計者はMaterial Jettingのマルチマテリアル機能を利用して、高精度のフルカラービジュアルプロトタイプを作成できます。

この良い例は、Audi Pre-Series Centre：Stratasysの使用です。 'マテリアルジェッティング技術により、自動車メーカーは完全に機能するマルチマテリアルプロトタイプを作成して、設計検証プロセスをスピードアップすることができました。

医療業界では、現実的な解剖学的構造の作成にマテリアルジェッティングを使用することが増えています。教育目的と術前の計画およびトレーニングの両方のモデル。

Material Jettingは、医科大学や病院で、実際の体の部分のように見えるフルカラーの解剖学的モデルを3Dプリントするために使用できます。このようなモデルは、医学生がより良い学習体験を得るのに役立つだけでなく、外科医が2D画像よりも効率的に手術の計画と準備を行うことを可能にします。

さらに、マテリアルジェッティングは優れています-金型や鋳造パターンの少量生産に適しています。この3D印刷技術のおかげで、射出成形やインベストメント鋳造用の金型をはるかに高速かつ安価に製造できると同時に、従来の金型製造では不可能だったより高いレベルの複雑さを実現できます。

マテリアルジェッティングは3D印刷にも役立ちます。電子デバイス。たとえば、NanoDimensionのDragonFly2020 Pro 3Dプリンターは、導電性の銀インクを堆積させて、多層電子回路、PCBプロトタイプ、アンテナを作成します。

Material Jetting3Dプリンター

Material Jetting 3Dプリンターは、中型（380 x 250 x 200 mm）から大型（1000 x 800 x 500 mm）まで、さまざまなビルドボリュームを備えており、精度を損なうことなく特定のニーズに合わせて調整できます。 3Dプリントパーツ。 Stratasysと3DSystemsは現在、Material Jetting3Dプリンターの主要メーカーです。

たとえば、3DSystemsのProJetMJP 5600 3Dプリンターは、独自のMultiJet Printingテクノロジーを使用して、プロトタイピングと迅速な工具製造のためのマルチマテリアルのカラフルなパーツを作成します。このシステムは、同社独自のVisiJet®素材と互換性があります。マシンの印刷量は518x 381 x 300 mmで、中型のコンポーネントに最適です。

J750 3Dプリンターは、Stratasysのマテリアルジェットシステムの最新開発です。 J750は、独自のPolyJetテクノロジーに依存しています。このマシンは、490 x 390 x 200 mmのビルドボリュームを備えており、6つの異なるマテリアルを同時に使用したマルチカラーおよびマルチマテリアルの3D印刷も提供します。

まとめる

Material Jettingは、フルカラーのマルチマテリアルパーツを高い寸法精度で提供するため、機能的なプロトタイプやツールを作成するための理想的なテクノロジーです。

ただし、フォトポリマーやその他のマテリアルが進行中です。さらなる研究により、Material Jettingは、特に3D印刷された電子機器の分野で、最終部品の生産に革新的なソリューションをもたらす可能性も秘めています。

そのドロップオンデマンド技術のおかげで、MaterialJettingも示しています。再生医療と組織工学に革命を起こす能力を備えたバイオプリンティングの可能性。