Poznaj zaawansowane rozwiązania druku 3D PolyJet

Jak to działa? Proces krok po kroku

Podróż rozpoczyna się od cyfrowego modelu 3D stworzonego w oprogramowaniu do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD).

① Plik CAD do formatu gotowego do druku:

Początkowy model 3D jest zazwyczaj eksportowany w standardowym formacie druku 3D, takim jak STL, OBJ lub bardziej zaawansowany 3MF. Podczas gdy STL jest najpopularniejszy, formaty takie jak 3MF i VRML są preferowane w przypadku wydruków wielomateriałowych i pełnokolorowych, ponieważ mogą zawierać niezbędne dane dotyczące przypisania kolorów i materiałów w jednym pliku.

② Krojenie i konfiguracja zadań:

Plik jest następnie importowany do specjalistycznego oprogramowania do cięcia, takiego jak Stratasys GrabCAD Print™. W tym oprogramowaniu użytkownik wykonuje kilka krytycznych zadań:

• Orientacja: Część jest orientowana na wirtualnej tacy roboczej, aby zoptymalizować czas druku, jakość powierzchni i zminimalizować struktury podporowe.
• Przypisanie materiału: w przypadku druków wielomateriałowych różne materiały są przypisywane do określonych powłok lub brył modelu CAD. Użytkownicy mogą wybierać spośród szerokiej gamy żywic bazowych lub tworzyć „materiały cyfrowe”, łącząc właściwości.
• Wybór wykończenia: Użytkownik wybiera pomiędzy wykończeniem „matowym” a „błyszczącym”. Oprogramowanie automatycznie generuje niezbędne struktury podporowe na podstawie tego wyboru i geometrii części.
• Cięcie (slicing): Oprogramowanie tnie model cyfrowy na setki lub tysiące poziomych warstw, tworząc szczegółowy plik instrukcji dla drukarki 3D.

Po wysłaniu zadania do drukarki rozpoczyna się zautomatyzowany proces fizycznego tworzenia.

① Mechanizm dysz głowicy drukującej:

Karetka drukarki PolyJet, zawierająca wiele piezoelektrycznych głowic drukujących, przesuwa się nad platformą roboczą. Każda głowica drukująca zawiera setki drobnych dysz. Ładunek elektryczny powoduje odkształcenie materiału piezoelektrycznego wewnątrz głowicy, wyrzucając precyzyjną kroplę żywicy fotopolimerowej o wielkości pikolitra z określonej dyszy.

② Jednoczesne złożenie materiału i wsparcia:

Gdy karetka się porusza, głowice drukujące wysyłają zarówno materiał modelowy, jak i oddzielny, żelowy materiał nośny.

• Materiał modelowy: Tworzy właściwą część. W przypadku wydruków wielomateriałowych różne głowice natryskują różne żywice, które mogą być nawet mieszane w powietrzu przed osadzeniem na tacy roboczej, tworząc materiały cyfrowe.
• Materiał podporowy: dedykowany materiał (np. SUP705™ lub rozpuszczalny w wodzie SUP706B™) jest natryskiwany, aby wypełnić puste przestrzenie, podeprzeć nawisy i otoczyć część. Zapewnia to stabilność geometryczną i dokładność podczas budowy.

③ Natychmiastowe utwardzanie promieniami UV:

Tuż za głowicami drukującymi znajdują się mocne lampy UV. Gdy tylko warstwa płynnej żywicy zostanie naniesiona, światło UV przechodzi nad nią, inicjując reakcję fotochemiczną zwaną fotopolimeryzacją. To natychmiast utwardza kropelki, wiążąc je z warstwą poniżej. Ten proces „utwardzania w locie” zapewnia, że detale są w pełni utwardzone i stabilne w miarę ich budowania.

④ Progresja osi Z:

Po napyleniu i utwardzeniu każdej warstwy platforma robocza obniża się z niezwykłą precyzją (np. o 16 mikronów). Następnie karetka rozpoczyna kolejny przejazd, osadzając kolejną warstwę. Cykl ten powtarza się aż do ukończenia części.

Po zakończeniu druku część, otoczona materiałem podporowym, jest zdejmowana z platformy roboczej i przechodzi do etapu końcowego. Zostanie to szczegółowo omówione w sekcji Opcje obróbki końcowej.

Porównanie z innymi technologiami druku 3D

SLA i PolyJet są często porównywane, ponieważ oba wykorzystują żywice fotopolimerowe i wytwarzają części o wysokiej szczegółowości.

① Podobieństwa: Obie metody tworzą części o doskonałym wykończeniu powierzchni i drobnych detalach. Obie są idealne do prototypów wizualnych, gdzie estetyka ma najwyższe znaczenie.

② Kluczowe różnice:

• Proces: PolyJet natryskuje materiał warstwa po warstwie, podczas gdy SLA używa lasera UV lub projektora do utwardzania żywicy w dużej kadzi.
• Wielomateriałowość: PolyJet doskonale sprawdza się w prawdziwym druku wielomateriałowym i wielokolorowym w obrębie jednej części. Standardowy SLA jest ograniczony do jednego materiału na budowę.
• Usuwanie podpór: żelowe lub rozpuszczalne w wodzie podpory PolyJet są zazwyczaj znacznie łatwiejsze i szybsze do usunięcia niż kratownicowe podpory SLA, które muszą być ręcznie odcinane i szlifowane.
• Dokładność: Obie technologie są bardzo dokładne, ale proces natryskowy PolyJet może oferować nieco większą kontrolę nad właściwościami Materiałów Cyfrowych.

FDM to jedna z najpopularniejszych technologii druku 3D, znana z wytrzymałych materiałów termoplastycznych. Kluczowe wyróżniki:

① Rozdzielczość i wykończenie powierzchni: PolyJet jest zdecydowanie lepszy. Części FDM mają widoczne linie warstw i znacznie chropowatsze wykończenie, podczas gdy części PolyJet są gładkie w dotyku, przypominając jakość formowania wtryskowego.

② Materiał: PolyJet wykorzystuje termoutwardzalne fotopolimery, podczas gdy FDM wykorzystuje termoplasty klasy inżynieryjnej (np. ABS, PC, ULTEM™). Części FDM są zazwyczaj mocniejsze, trwalsze i mają lepszą odporność termiczną.

③ Szczegółowość i złożoność: PolyJet może wytwarzać znacznie bardziej skomplikowane i delikatne detale niż FDM.

④ Kolor i wielomateriałowość: FDM ma bardzo ograniczone możliwości wielokolorowe/wielomateriałowe (zazwyczaj podwójna ekstruzja), podczas gdy jest to kluczowa zaleta technologii PolyJet.

SLS to technologia stapiania proszku w złożu (powder bed fusion) znana z produkcji wytrzymałych, funkcjonalnych części z nylonu. Podstawowe różnice:

① Materiał: PolyJet wykorzystuje ciekłe żywice; SLS wykorzystuje polimery proszkowe (zwykle Nylon).

② Struktury podporowe: SLS jest samopodpierający się, ponieważ niespieczony proszek w komorze roboczej podtrzymuje część. PolyJet wymaga dedykowanych struktur podporowych, które trzeba usunąć.

③ Ukierunkowanie zastosowań: PolyJet służy do wysokiej jakości, realistycznych prototypów. SLS służy do trwałych, funkcjonalnych prototypów i części końcowych wymagających dobrych właściwości mechanicznych.

④ Wykończenie powierzchni i kolor: Części PolyJet są gładkie i mogą być pełnokolorowe. Części SLS mają charakterystyczne ziarniste wykończenie powierzchni i są zazwyczaj białe lub szare (choć można je barwić po procesie).

Jakie są najważniejsze zalety druku PolyJet?

PolyJet zapewnia najgładsze wykończenie powierzchni spośród wszystkich głównych technologii druku 3D. Bardzo cienkie warstwy (cieńsze niż ludzki włos) eliminują efekt schodków, często występujący w innych procesach. To sprawia, że części PolyJet są idealne do:

① Modele marketingowe i sprzedażowe, które wyglądają i działają jak produkt końcowy.

② Testy w tunelu aerodynamicznym, gdzie gładkość powierzchni ma krytyczne znaczenie.

③ Badania ergonomiczne, w których ważne jest wyczucie dotykowe.

Jest to decydująca siła PolyJet. Możliwość łączenia różnych materiałów w jednym zadaniu drukowania zmienia zasady gry.

Materiały cyfrowe: Inżynieria niestandardowych właściwości:

Drukarki PolyJet nie drukują wyłącznie żywicami bazowymi; łączą je na poziomie kropli, tworząc „materiały cyfrowe”. Umożliwia to precyzyjne projektowanie właściwości mechanicznych. Na przykład:

• Twardość w skali Shore’a A: Poprzez zmieszanie materiału sztywnego (jak Vero™) i materiału elastycznego (jak Agilus30™) można uzyskać pełne spektrum wartości Shore’a A, doskonale symulując gumę lub silikon o różnej twardości.
• Symulacja formowania nakładkowego (overmolding): Pojedynczą część można wydrukować ze sztywnym rdzeniem i miękką, gumopodobną powłoką zewnętrzną, doskonale odwzorowując proces formowania nakładkowego stosowany w produkcji elektronarzędzi, etui na telefony i przyborów kuchennych.

② Pełny realizm kolorów z walidacją Pantone:

Zaawansowane systemy, takie jak Stratasys J-series, mogą łączyć cyjan, magentę, żółć, czerń, biel i przezroczyste żywice bazowe, aby uzyskać ponad 500 000 weryfikowalnych kolorów. Obejmuje to:

• Gradienty kolorów: Płynne przejścia między kolorami.
• Mapowanie tekstur: nakładanie cyfrowych tekstur (takich jak słoje drewna lub włókno węglowe) bezpośrednio na powierzchnię części.
• Walidacja Pantone®: Możliwość dopasowania konkretnych kolorów Pantone zapewnia spójność marki i eliminuje domysły z prototypowania krytycznego pod względem koloru.

Połączenie wysokiej rozdzielczości i precyzyjnego procesu natryskiwania pozwala PolyJet na odtwarzanie niezwykle drobnych szczegółów, takich jak:

① Grawerowany lub wytłaczany tekst.

② Złożone tekstury i wzory.

③ Cienkie ścianki i ostre krawędzie.

④ Małe, skomplikowane komponenty do urządzeń medycznych lub elektroniki.

Podczas gdy pojedyncza duża część może być drukowana szybciej na innych maszynach, PolyJet wyróżnia się pod względem wydajności podczas drukowania tacy konstrukcyjnej wypełnionej wieloma różnymi częściami. Ponieważ głowica drukująca przechodzi nad całą tacą niezależnie od tego, co jest drukowane, wypełnienie tacy wieloma małymi, złożonymi lub wielomateriałowymi częściami nie wydłuża znacząco czasu drukowania.

Możliwość łączenia różnych właściwości materiałów za jednym razem jest potężnym narzędziem do funkcjonalnego prototypowania. Pojedynczy wydruk może zawierać:

① Sztywne sekcje zapewniające integralność strukturalną.

② Elastyczne sekcje na uszczelki, uszczelnienia lub zawiasy filmowe.

③ Przezroczyste sekcje do soczewek, światłowodów lub analizy przepływów.

Jakie są ograniczenia druku PolyJet?

Jakie materiały są wykorzystywane w druku 3D PolyJet?

Jest to rodzina materiałów PolyJet, znana z zapewniania doskonałej szczegółowości, wytrzymałości i stabilności.

• VeroWhitePlus™, VeroBlackPlus™, VeroGray™, VeroBlue™: Standardowe kolory do modelowania ogólnego przeznaczenia.
• Kolory VeroVivid™: Bazy cyjan, magenta i żółta do druku pełnokolorowego.
• VeroClear™: Przezroczysty materiał do symulacji PMMA (akrylu) lub szkła. Można go polerować w celu uzyskania wysokiej przejrzystości.
• VeroFlex™: Unikalny materiał zapewniający zarówno elastyczność, jak i trwałość, idealny do prototypowania okularów.

Ta rodzina materiałów symuluje gumę o różnym stopniu odporności na rozdarcie i wydłużenia przy zerwaniu.

• Agilus30™ Clear, Black i White: Stosowane do prototypowania uszczelek, uszczelnień, zawiasów zintegrowanych i powierzchni soft-touch. Można je łączyć z materiałami Vero, aby uzyskać szeroki zakres wartości twardości w skali Shore'a A.

Nie są to żywice bazowe, ale są tworzone przez drukarkę poprzez zmieszanie dwóch lub trzech żywic bazowych w określonych stężeniach.

• Digital ABS Plus™: powstały przez połączenie Rigur™ z innym materiałem w celu uzyskania większej udarności i odporności termicznej (do 90°C), symulując standardowe tworzywo ABS. Idealny do prototypów funkcjonalnych, form i narzędzi produkcyjnych.
• Symulowany polipropylen (Endur™ i Durus™): Materiały oferujące elastyczność i trwałość polipropylenu, doskonałe do części z zatrzaskami i zawiasami zintegrowanymi.

• Zmienna twardość Shore’a A: Poprzez łączenie Vero i Agilus30 w pojedynczej części można uzyskać setki pośrednich stanów elastyczności.

• Biokompatybilny (MED610™): Przezroczysty materiał z certyfikatami dopuszczającymi kontakt z ciałem (np. ISO 10993), co czyni go odpowiednim do szablonów chirurgicznych, łyżek stomatologicznych oraz prototypów wyrobów medycznych, które będą stykać się ze skórą lub błonami śluzowymi.
• Wysoka temperatura (RGD525™): oferuje wyższą temperaturę ugięcia pod obciążeniem (HDT), co czyni go odpowiednim do statycznych testów funkcjonalnych lub części narażonych na gorące powietrze bądź wodę, takich jak prototypy kranów lub rur.

Usługi precyzyjnego druku 3D PolyJet

Jakie są główne zastosowania druku PolyJet?

Jest to główna domena zastosowań PolyJet.

① Wizualne prototypy o wysokiej wierności:

PolyJet umożliwia projektantom i inżynierom tworzenie modeli, które są praktycznie nie do odróżnienia od produktu końcowego. Są one nieocenione w przypadku:

• Wczesne przeglądy projektu i informacje zwrotne od interesariuszy.
• Fotografia marketingowa i grupy fokusowe konsumentów.

• Zabezpieczenie finansowania lub zatwierdzenie projektu za pomocą namacalnego, realistycznego modelu.

② Testy kształtu, dopasowania i czucia:

Wysoka dokładność technologii oraz możliwości wielomateriałowe umożliwiają rzeczywistą ocenę funkcjonalną:

• Forma: Weryfikacja, czy kształt i estetyka części odpowiadają założeniom projektowym.
• Dopasowanie: Testowanie złożeń poprzez wydrukowanie wielu komponentów, które idealnie do siebie pasują.
• Wrażenia dotykowe: Wykorzystanie doformowanych materiałów gumopodobnych do testowania ergonomii uchwytów i rączek.

PolyJet przekształca medycynę, dostarczając narzędzia i modele dostosowane do potrzeb pacjentów.

① Modele planowania chirurgicznego:

Chirurdzy mogą wydrukować model 3D narządu lub struktury kostnej pacjenta (uzyskany ze skanów TK lub MRI), używając kombinacji materiałów sztywnych, elastycznych i kolorowych. Pozwala im to:

• Ćwiczenie złożonych procedur przed wejściem na salę operacyjną.
• Wyjaśnij zabieg pacjentom za pomocą przejrzystego, fizycznego modelu.
• Skrócenie czasu operacji i poprawa wyników leczenia pacjentów.

Prototypowanie urządzeń medycznych:

Wykorzystując biokompatybilne materiały, firmy mogą szybko prototypować urządzenia, takie jak aparaty słuchowe, narzędzia chirurgiczne i systemy dostarczania, które wymagają zarówno sztywności, jak i elastyczności.

PolyJet pomaga przyspieszyć cykl projektowania produktów konsumenckich. Zastosowania obejmują prototypowanie obudów telefonów komórkowych, urządzeń kuchennych, technologii do noszenia i opakowań z realistycznymi kolorami, teksturami i obtryskiwanymi elementami.

Chociaż nie tak trwały jak części FDM czy SLS, PolyJet doskonale nadaje się do tworzenia bardzo dokładnych, niestandardowych przyrządów i uchwytów do linii montażowych lub kontroli jakości. Jego gładkie wykończenie powierzchni zapewnia, że nie porysuje ani nie uszkodzi delikatnych komponentów.

Druk PolyJet do produkcji form

Szybkie oprzyrządowanie obejmuje drukowanie 3D wnęki formy i rdzenia, które są następnie wykorzystywane w standardowej wtryskarce do produkcji małej partii części (zwykle 10-100 sztuk) z końcowego tworzywa sztucznego.

① Projektowanie i drukowanie formy: Forma jest projektowana w CAD ze standardowymi elementami, takimi jak przewężki, kanały i lokalizacje wypychaczy. Następnie jest drukowana z użyciem wysokowytrzymałego, wysokotemperaturowego materiału PolyJet, jak Digital ABS Plus™.

② Przygotowanie formy: Drukowana forma może wymagać minimalnego polerowania powierzchni gniazd w celu uzyskania lepszego wykończenia części. Następnie jest montowana w standardowej podstawie formy.

③ Formowanie wtryskowe: Formę umieszcza się w prasie formującej. Niskotemperaturowy termoplast (np. polipropylen, HDPE, TPE) jest wtryskiwany pod stosunkowo niskim ciśnieniem w celu wytworzenia gotowych części.

① Szybkość: Formę PolyJet można wydrukować i przygotować do użycia w ciągu godzin lub dni, w porównaniu z tygodniami lub miesiącami wymaganymi przy tradycyjnej obróbce CNC form stalowych lub aluminiowych.

② Efektywność kosztowa: W przypadku krótkich serii koszt stanowi ułamek kosztu formy metalowej, co umożliwia przystępną walidację z użyciem materiałów klasy produkcyjnej.

③ Iteracja projektu: Umożliwia prawdziwie zwinny rozwój produktu. Zespoły mogą przetestować projekt, otrzymać opinie, zmodyfikować plik CAD i wydrukować nową formę w ciągu jednej nocy.

① Ograniczona żywotność formy: Formy PolyJet nie są tak trwałe jak metalowe i zwykle wytrzymują tylko od 10 do 100 wtrysków, w zależności od geometrii części i parametrów formowania.

② Kompatybilność materiałowa: Nadają się wyłącznie do termoplastów o niższych temperaturach topnienia i ciśnieniach wtrysku.

③ Przewodność cieplna: Formy z tworzyw sztucznych nie rozpraszają ciepła tak dobrze jak formy metalowe, co może prowadzić do dłuższych czasów cyklu.

Wytyczne projektowe dla druku PolyJet

① Minimalna grubość ścianki:

Aby upewnić się, że części są wystarczająco mocne, aby wytrzymać obróbkę końcową i obsługę, należy postępować zgodnie z poniższymi wskazówkami:

• Materiały sztywne (rodzina Vero): 0,6 mm (0,024 cala) do zastosowań standardowych.
• Materiały elastyczne (Agilus30): 1,0 mm (0,040 cala) w celu zachowania integralności strukturalnej.

② Minimalny rozmiar funkcji:

Wysoka rozdzielczość PolyJet pozwala na drobne elementy, ale istnieją praktyczne ograniczenia:

• Sworznie/Pręty: Zalecana jest minimalna średnica 0,5 mm.
• Tekst grawerowany/wypukły: Stosuj rozmiar czcionki co najmniej 6 punktów o głębokości/wysokości 0,2 mm.

③ Tolerancje:

Technologia PolyJet jest bardzo dokładna. Typowe tolerancje wymiarowe wynoszą ±0,1 mm dla pierwszych 25 mm i ±0,05 mm dla każdych kolejnych 25 mm. Może się to jednak różnić w zależności od geometrii i orientacji.

① Przygotowanie pliku:

Aby przypisać różne materiały do różnych sekcji części, projekt musi mieć prawidłową strukturę:

• Oddzielne powłoki/bryły: Najbardziej niezawodną metodą jest zaprojektowanie części jako zespołu odrębnych, nienakładających się na siebie brył w oprogramowaniu CAD.
• Format pliku: Wyeksportuj złożenie jako pojedynczy plik STL (gdzie każda bryła stanowi oddzielną powłokę) lub, najlepiej, jako plik 3MF albo VRML, który potrafi zachować przypisania materiałów i kolorów.

① Orientacja części:

Orientacja jest krytyczną decyzją, która wpływa na wykończenie powierzchni, dokładność i czas drukowania.

• Dla najlepszego wykończenia: Zorientuj powierzchnie krytyczne tak, aby były skierowane ku górze, ponieważ nie będą one miały kontaktu z materiałem podporowym i mogą zostać wydrukowane z wykończeniem „błyszczącym”.
• Dla dokładności: Zorientuj otwory okrągłe tak, aby ich oś centralna była prostopadła do platformy roboczej (w kierunku Z), co zapewni najlepszą okrągłość.

② Wybór odpowiedniego wykończenia (błyszczące vs. matowe):

• Wykończenie matowe: Cała część jest otoczona materiałem podporowym. Zapewnia to jednolite, nieodblaskowe wykończenie na wszystkich powierzchniach, ale wymaga większej ilości materiału podporowego i dłuższego czasu czyszczenia.
• Wykończenie błyszczące: podpierane są tylko nawisy i spody. Powierzchnie skierowane do góry są drukowane bez kontaktu z podporami, co daje bardzo gładkie, błyszczące wykończenie. To domyślny i najczęstszy wybór.

Opcje przetwarzania końcowego

Jest to podstawowa czynność obróbki końcowej dla wszystkich części PolyJet.

① WaterJetting: Najczęstsza i najskuteczniejsza metoda. Wysokociśnieniowy system strumienia wodnego (jak Stratasys WaterJet) jest używany do usunięcia żelowego materiału podporowego (SUP705™) bez uszkadzania samej części.

② Usuwanie rozpuszczalnych podpór: W przypadku delikatnych części o skomplikowanych kanałach wewnętrznych stosuje się rozpuszczalny w wodzie materiał podporowy (SUP706B™). Część jest po prostu zanurzana w kąpieli roztworu czyszczącego, a materiał podporowy rozpuszcza się, wymagając minimalnej pracy ręcznej.

③ Usuwanie ręczne: W przypadku prostszych części podpory można usunąć ręcznie za pomocą małych narzędzi lub przez namoczenie części w roztworze wody/sody kaustycznej.

Szlifowanie i polerowanie:

• Szlifowanie: Szlifowanie na mokro papierem ściernym o coraz drobniejszej gradacji może służyć do usunięcia pozostałych śladów po podporach lub do uzyskania jeszcze gładszego, matowego wykończenia.
• Polerowanie: W przypadku przezroczystych części wykonanych z VeroClear™ szlifowanie i polerowanie pastą polerską może zapewnić niemal optyczną przejrzystość.

② Malowanie i barwienie: Chociaż PolyJet oferuje druk w pełnym kolorze, części nadal można malować, aby uzyskać określone wykończenia metaliczne lub dopasować kolor spoza palety Pantone. Dla najlepszej przyczepności zalecany jest podkład.

③ Powłoka bezbarwna: Nanoszenie bezbarwnej powłoki odpornej na UV jest wysoce zalecane dla części, które będą często dotykane lub wystawione na działanie światła słonecznego. Poprawia ona wygląd i znacząco zwiększa długoterminową trwałość części oraz jej stabilność na UV.

Dlaczego warto wybrać nasze usługi druku PolyJet?

Często zadawane pytania (FAQ) dotyczące druku PolyJet