Guide complet sur l'impression 3D par projection de matériaux

Le Material Jetting se distingue des autres technologies d'impression 3D par sa capacité à produire des pièces de haute précision avec une finition de surface lisse. Depuis son émergence à la fin des années 1990, le jet de matériaux est une technologie d'impression 3D idéale pour produire des prototypes visuels en couleur, des moules d'injection et des modèles de coulée.

Le tutoriel d'aujourd'hui examinera de plus près le jet de matériaux. processus, les avantages et les limites de la technologie ainsi que les dernières applications et développements en matière de  jet de matériaux.

Comment fonctionne le jet de matériaux ?

Le Material Jetting est un procédé d'impression à jet d'encre par lequel des têtes d'impression sont utilisées pour déposer un matériau photoréactif liquide sur une plate-forme de construction couche après couche. À l'instar de la stéréolithographie (SLA), le jet de matériau utilise une lumière UV pour solidifier le matériau. Les méthodes de dépôt de matériau varient d'une imprimante à l'autre et peuvent impliquer une approche de projection continue ou à la demande (DOD). Notez que la technique DOD est généralement utilisée pour déposer des matériaux liquides visqueux.

Un aperçu étape par étape du processus :

• Une fois la résine liquide préchauffée pour une meilleure viscosité, la tête d'impression commence à se déplacer au-dessus de la plate-forme de fabrication, déposant la première couche de matériau si nécessaire.
• Les structures de support sont imprimées simultanément avec la pièce pour assurer sa stabilité pendant l'impression.
• Le matériau déposé est ensuite exposé à la lumière UV, durcissant (solidifiant) la couche de matériau dans un processus connu sous le nom de photopolymérisation.
• Une fois que la première couche s'est solidifiée, la plate-forme de fabrication est abaissée d'une hauteur de couche et le processus est répété jusqu'à ce que la pièce soit terminée.
• Les structures de support peuvent désormais être retirées de la pièce, prêtes pour le post-traitement.

Les avantages du jet de matière

• Précision : Le jet de matériaux possède l'un des niveaux de précision les plus élevés parmi les technologies d'impression 3D. Grâce au dépôt précis de minuscules gouttelettes de matériau, des couches peuvent être imprimées aussi fines que 0,013 mm, ce qui permet d'obtenir des pièces avec une finition de surface très lisse et de produire des pièces avec des caractéristiques petites mais très précises.
• Pièces polychromes et multi-matériaux : Le jet de matériau peut être utilisé pour l'impression 3D en couleur et, plus particulièrement, multi-matériaux, car la tête d'impression utilisée dans le processus d'impression intègre généralement plusieurs buses. Ces buses peuvent déposer différents matériaux et/ou différentes couleurs en un seul processus d'impression. Les objets créés par le processus d'impression par jet de matériau peuvent donc posséder une gamme de propriétés matérielles telles que la rigidité, la flexibilité, l'opacité et la translucidité.
• Structures de soutien : Bien que le jet de matériau nécessite des structures de support, celles-ci peuvent être facilement dissoutes dans un bain à ultrasons. Lorsqu'ils sont correctement dissous, les supports ne laissent pas de traces sur la surface après retrait.

Les limites du jet de matière

• Mauvaises propriétés mécaniques : Les objets produits avec le jet de matériaux sont généralement plus faibles, en particulier par rapport à d'autres techniques d'impression 3D telles que SLS. Cela rend les pièces à jet de matériau généralement inadaptées aux applications fonctionnelles - le jet de matériau étant généralement utilisé pour produire des pièces pour lesquelles l'aspect compte plus que la fonction.
• Processus d'impression lent : Le jet de matière est quelque peu limité par la vitesse du processus d'impression. Étant donné que de petites gouttelettes de matériau sont déposées sur une petite partie de la zone de construction à la fois, le processus prend plus de temps pour créer une pièce.
• Limites matérielles : Pour le jet de matériau, généralement, seuls les matériaux visqueux peuvent être imprimés avec succès. Cependant, le nombre de matériaux visqueux pouvant être utilisés dans le processus d'impression est actuellement assez limité. Voir ci-dessous pour en savoir plus sur les matériaux utilisés dans le jet de matériaux.

Matériaux utilisés dans le jet de matériaux

Aujourd'hui, les deux matériaux les plus couramment utilisés pour le jet de matériaux sont les photopolymères (sous forme liquide) et la cire de coulée.

Stratasys et 3D Systems sont deux des spécialistes du jet de matériaux les plus reconnus sur le marché , offrant une gamme de plastiques et composites photodurcissables. Stratasys, par exemple, a récemment développé ses « matériaux numériques », utilisés dans sa technologie propriétaire PolyJet.

Ces matériaux combinent deux ou plusieurs photopolymères, ce qui donne un matériau aux propriétés hybrides (par exemple en combinant rigidité avec souplesse). Bien que les objets fabriqués avec de tels matériaux soient fragiles et cassants, il existe également des matériaux optimisés pour des applications spécifiques telles que l'outillage et le moulage de précision.

De nombreuses recherches sont actuellement menées pour élargir la gamme de matériaux pouvant être utilisés avec le jet de matériaux, et les métaux, les céramiques et les silicones ont déjà commencé à entrer sur le marché.

La société israélienne Xjet, par exemple, a développé sa technologie de jet de nanoparticules pour les métaux et les céramiques. Avec cette technologie, des particules de céramique ou de métal sont suspendues dans une formulation liquide, qui est ensuite éliminée lors de l'étape de frittage.

Une autre étape importante dans les matériaux pour le jet de matériaux a été franchie avec l'impression 3D en silicone, développée par ACEO ®, une division du géant allemand de la chimie Wacker Chemie AG. Dévoilée pour la première fois en 2016, la technologie d'ACEO® utilise une technique de « goutte à la demande » pour créer des pièces 100 % en silicone ainsi que des pièces multi-matériaux avec différentes couleurs et duretés.

Applications courantes

Les avantages offerts par le jet de matériaux en font une technologie idéale à la fois pour le prototypage et l'outillage. Par exemple, les concepteurs peuvent tirer parti des capacités multi-matériaux du jet de matériaux pour produire des prototypes visuels en couleur très précis.

Un bon exemple en est le Centre de pré-série Audi :utilisant Stratasys ' technologie de projection de matériaux, le constructeur automobile a été en mesure de créer des prototypes multi-matériaux entièrement fonctionnels pour accélérer son processus de vérification de la conception.

L'industrie médicale utilise de plus en plus modèles à la fois à des fins éducatives et pour la planification et la formation pré-chirurgicales.

Le jet de matériau peut être utilisé dans les universités médicales et les hôpitaux pour imprimer en 3D des modèles anatomiques en couleur qui ressemblent à de vraies parties du corps. De tels modèles aident non seulement les étudiants en médecine à avoir une meilleure expérience d'apprentissage, ils permettent également aux chirurgiens de planifier et de se préparer à une intervention chirurgicale plus efficacement qu'avec une image 2D.

En outre, le jet de matériau est bien -adapté à la production à faible volume de moules et de modèles de coulée. Grâce à cette technologie d'impression 3D, l'outillage pour le moulage par injection et le moulage de précision peut être produit beaucoup plus rapidement et à moindre coût tout en atteignant des niveaux de complexité plus élevés impossibles avec la fabrication d'outillage traditionnel.

Le jet de matériau peut également être utile pour l'impression 3D appareils électroniques. Par exemple, l'imprimante 3D DragonFly 2020 Pro de Nano Dimension dépose des encres d'argent conductrices pour créer des circuits électroniques multicouches, des prototypes de PCB et des antennes.

Imprimantes 3D à jet de matériau

Les imprimantes 3D à jet de matériau ont une gamme variée de volumes de fabrication allant du moyen (380 x 250 x 200 mm) au grand (1000 x 800 x 500 mm), qui peuvent être adaptés à des besoins spécifiques sans compromettre la précision de Pièces imprimées en 3D. Stratasys et 3D Systems sont actuellement les principaux fabricants d'imprimantes 3D Material Jetting.

Par exemple, l'imprimante 3D ProJet MJP 5600 de 3D Systems utilise la technologie propriétaire d'impression MultiJet pour créer des pièces colorées multi-matériaux pour le prototypage et la fabrication rapide d'outillage. Le système est compatible avec les matériaux VisiJet® exclusifs de l'entreprise. Le volume d'impression de la machine est de 518 x 381 x 300 mm, idéal pour les composants de taille moyenne.

L'imprimante 3D J750 est le dernier développement des systèmes de jet de matériaux de Stratasys. Le J750 s'appuie sur la technologie propriétaire PolyJet. La machine présente un volume de construction de 490 x 390 x 200 mm et offre également une impression 3D multicolore et multi-matériaux avec les 6 matériaux différents simultanément.

Pour résumer

Le jet de matériaux est une technologie idéale pour créer des prototypes et des outils fonctionnels, car il fournit des pièces en couleur et multi-matériaux avec une précision dimensionnelle élevée.

Cependant, avec le photopolymère et d'autres matériaux en cours des recherches plus poussées, Material Jetting a également le potentiel d'apporter des solutions innovantes à la production de pièces finales, en particulier dans le domaine de l'électronique imprimée en 3D.

Grâce à sa technologie drop-on-demand, Material Jetting montre également promesse pour la bioimpression, avec la capacité de révolutionner la médecine régénérative et l'ingénierie tissulaire.