Impressão 3D em leito de pó e cabeça a jato de tinta

O leito em pó e a impressão 3D a jato de tinta, conhecidos como “aglutinante” e “gota a gota” – ou simplesmente “impressão 3D” (3DP) – é uma tecnologia de prototipagem e fabricação aditiva rápida para fazer objetos descritos por dados digitais como um arquivo CAD.

História
Esta tecnologia foi desenvolvida pela primeira vez no Massachusetts Institute of Technology em 1993 e em 1995 a Z Corporation obteve uma licença exclusiva. O termo “Impressão tridimensional” foi registrado pela mesma.

Descrição
Como em muitos outros processos de fabricação de aditivos, a peça a ser impressa é construída a partir de muitas seções transversais finas do modelo 3D. Uma cabeça de impressão a jato de tinta se move através de um leito de pó, depositando seletivamente um material ligante líquido. Uma fina camada de pó é espalhada pela seção completa e o processo é repetido com cada camada aderindo ao último.

Quando o modelo está completo, o pó não ligado é removido automaticamente e / ou manualmente em um processo chamado “remoção de pó” e pode ser reutilizado em alguma extensão.

A parte sem pó pode opcionalmente ser submetida a vários infiltrantes ou outros tratamentos para produzir as propriedades desejadas na parte final.

Tecnologia
Na impressão 3D, as peças são construídas camada por camada. Dados 3D (por exemplo, dados CAD) são usados ​​para calcular a geometria a ser gerada para cada camada individual. Na impressão 3D, uma camada de pó ou grânulo é aplicada a uma mesa ajustável em altura e colada por meio de um encadernador nos pontos que pertencem à peça de trabalho. Isso é semelhante a uma impressora a jato de tinta convencional, uma cabeça de impressão usada, que aplica o encadernador em vez de tinta. Subsequentemente, a mesa é baixada por uma camada de espessura e aplicada uma nova camada de pó. Isto é repetido até que a peça de trabalho esteja completamente formada, a qual é então completamente escondida pelo pó circundante. Depois disso, o sobrenadante em pó é devolvido para uso posterior, a peça de trabalho é removida da impressora e liberada dos resíduos de pó.

O princípio do processo é, portanto, semelhante à fusão seletiva a laser, na qual um pó metálico é fundido localmente por um laser.

Materiais
Nas implementações originais, o amido e o estuque de gesso preenchem o leito de pó, sendo o “aglutinante” líquido principalmente água para ativar o gesso. O aglutinante também inclui corantes (para impressão colorida) e aditivos para ajustar a viscosidade, a tensão superficial e o ponto de ebulição para corresponder às especificações da cabeça de impressão. As partes de emplastro resultantes normalmente carecem de “força verde” e requerem infiltração por cera derretida, cola de cianoacrilato, epóxi, etc. antes do manuseio regular.

Embora não seja necessariamente empregando a tecnologia de jato de tinta convencional, várias outras combinações de aglomerantes de pó podem ser implantadas para formar objetos por meios químicos ou mecânicos. As partes resultantes podem então ser submetidas a diferentes regimes de pós-processamento, como infiltração ou bakeout. Isto pode ser feito, por exemplo, para eliminar o ligante mecânico (por exemplo, por queima) e consolidar o material do núcleo (por exemplo, por fusão), ou para formar um material compósito que combina as propriedades do pó e ligante. Dependendo do material, a impressão a cores pode ou não ser uma opção. A partir de 2014, inventores e fabricantes desenvolveram sistemas para formar objetos de areia e carbonato de cálcio (formando um mármore sintético), pó acrílico e cianoacrilato, pó de cerâmica e um ligante líquido, açúcar e água (para fazer doces), etc. os primeiros produtos comercialmente disponíveis que incorporaram o uso de grafeno, foi um composto em pó usado em impressão 3D a jato de tinta em pó para leito de pó.

A tecnologia de impressão 3D tem um potencial limitado para variar as propriedades do material em uma única construção, mas é geralmente limitada pelo uso de um material de núcleo comum. Nos sistemas Z Corporation originais, as seções transversais são normalmente impressas com contornos sólidos (formando uma casca sólida) e um padrão interno de baixa densidade para acelerar a impressão e garantir a estabilidade dimensional à medida que a peça é curada.

Características
Além da cor volumétrica pelo uso de múltiplas cabeças de impressão e fichário colorido, o processo de impressão 3D é geralmente mais rápido do que outras tecnologias de fabricação aditiva, como jateamento de material de modelagem por fusão que requer 100% de material de construção e suporte para a resolução desejada . Na impressão 3D, a maior parte de cada camada impressa, independentemente da complexidade, é depositada pelo mesmo processo de propagação rápida.

Como acontece com outras tecnologias de leito de pó, as estruturas de suporte geralmente não são necessárias porque o pó solto suporta elementos suspensos e objetos empilhados ou suspensos. A eliminação de estruturas de suporte impressas pode reduzir o tempo de construção e o uso de material e simplificar o equipamento e o pós-processamento. No entanto, o descoloramento em si pode ser uma tarefa delicada, confusa e demorada. Algumas máquinas, portanto, automatizam a remoção de pó e a reciclagem de pó, na medida do possível. Como todo o volume de construção é preenchido com pó, como na estereolitografia, meios para evacuar uma parte oca devem ser acomodados no projeto.

Como outros processos de leito de pó, acabamento e precisão da superfície, densidade do objeto e – dependendo do material e do processo – a resistência da peça pode ser inferior a tecnologias como a estereolitografia (SLA) ou a sinterização seletiva a laser (SLS). Embora as propriedades dimensionais de “degraus” e assimétricas sejam características da impressão 3D como a maioria dos outros processos de fabricação em camadas, os materiais de impressão 3D são geralmente consolidados de forma a minimizar a diferença entre a resolução vertical e no plano. O processo também se presta à rasterização de camadas em resoluções de destino, um processo rápido que pode acomodar sólidos em interseção e outros artefatos de dados.

As impressoras 3D de jato de tinta e jato de tinta variam de US $ 50.000 a US $ 2.000.000. No entanto, há um kit DIY de 2 800 dólares para converter uma impressora FDM para impressora de pó / jato de tinta.

Vantagens e desvantagens
Teoricamente, todos os materiais podem ser usados ​​contanto que possam ser colados ao aglutinante. Em particular, alimentos ou substâncias sensíveis à temperatura, como medicamentos, podem ser processados. Além disso, é possível usar ligantes diferentes dentro de uma única peça de trabalho para criar áreas com propriedades mecânicas diferentes. Como um aglutinante, várias substâncias podem ser usadas para. Por exemplo, aqueles baseados em água, resina sintética ou células vivas. Em princípio, os pós não precisam ser idênticos em todas as camadas.

Além disso, no Binder Jetting, similar à sinterização a laser, nenhum material de suporte é necessário porque a peça de trabalho é transportada pelo pó durante o processo de produção.

No entanto, a impressão 3D não fornece uma peça muito forte. Especialmente ao usar metais como materiais, as peças de trabalho devem ser removidas do aglomerante e sinterizadas para garantir resistência suficiente. Isso leva ao encolhimento, de modo que a geometria final é difícil de definir com antecedência, mas isso é basicamente gerenciável com experiência suficiente.