MJF - Multi Jet Fusion

Simile alla SLS (Selective Laser Sintering, sinterizzazione laser selettiva), la stampa 3D MJF è una tecnologia a fusione su letto di polvere (Powder Bed Fusion, PBF) che utilizza una fonte di calore per fondere le particelle all'interno di una camera di costruzione riempita di polvere termoplastica, spesso nylon o TPU. Il processo però differisce dalla SLS perché la Multi Jet Fusion non utilizza laser, bensì una fonte energetica a infrarossi unita a un agente di fusione per produrre ogni strato della parte. Le sua proprietà meccaniche e le finiture delle superfici sono comparabili a quelle della SLS, con strati alti circa 80µm; tuttavia, la MJF è leggermente più veloce. La stampa 3D MJF funziona così: a partire da un modello CAD (Computer Automated Design) che utilizza il software proprietario di HP, il modello viene inviato alla stampante. L'operatore della macchina deve caricare manualmente la polvere nella camera.

Prima un recoater stende un sottile strato di polvere sul piano di lavoro, poi le testine a getto d'inchiostro della stampante possono iniziare a stampare il primo strato. Per farlo, proiettano selettivamente un agente di fusione (in pratica, una sorta di colla) sulla polvere, disegnando gli strati delle parti al proprio passaggio. Viene inoltre proiettano un agente di dettaglio intorno ai bordi degli oggetti per migliorarne la risoluzione. Gli agenti di fusione e di dettaglio sono sensibili al calore ed è così che avviene la magia: una volta che le testine di stampa depositano gli agenti, una lampada termica solidifica e consolida le aree in cui sono presenti. Successivamente, il piano di lavoro scende leggermente e il recoater stende un altro sottile strato di polvere sullo strato precedente. Il processo viene ripetuto fino al completamento di tutti gli strati.

Dopo la stampa, l'operatore della macchina deve portare le parti in una stazione di post-lavorazione per la pulizia semi-manuale. È possibile riciclare la polvere inutilizzata per le creazioni successive. Dopo la fase di rimozione della polvere, le parti vengono sottoposte a un processo di sabbiatura. Un flusso ad alta pressione proietta delle microsfere di vetro sulle parti per migliorare la qualità della superficie ed eliminare gli eventuali residui di polvere.

Le parti stampate in 3D con tecnologia MJF presentano un'alta risoluzione e proprietà meccaniche isotrope costanti, risultando adatte per applicazioni funzionali destinate all'uso finale. Questa tecnologia offre inoltre tempistiche rapide. A livello di qualità e di funzionalità, la Multi Jet Fusion risulta per molti versi superiore alla Fused Deposition Modeling (FDM) e alla stereolitografia (SLA). La sua principale concorrente è la SLS. Come con la SLS e altre tecnologie PBF, le parti MJF possono essere stampate senza strutture di supporto. Infatti, la polvere non fusa stessa funge da supporto, consentendo geometrie complesse. Le stampanti Multi Jet Fusion hanno per lo più prezzi adatti all'uso industriale o di stampa on-demand, con la maggior parte dei modelli che costano centinaia di migliaia di euro. Tuttavia, di recente HP ha lanciato diverse stampanti più accessibili, a prezzi inferiori a 100.000 euro.

Sebbene le stampanti MJF in generale abbiano prezzi più elevati rispetto a quelle SLS, possono risultare più convenienti su altri versanti. Innanzitutto, la luce infrarossa rappresenta una fonte di energia più efficiente rispetto ai laser. Un altro vantaggio riguarda il riciclo della polvere in eccesso nelle stampe successive: le percentuali di riciclo sono leggermente maggiori per la stampa MJF, attorno all'80%, contro il 50%-70% della stampa SLS. Un altro potenziale vantaggio della stampa 3D MJF rispetto alle tecnologie rivali è la velocità. Secondo un white paper di HP, i test interni e la simulazione hanno confrontato le macchine MJF rispetto ai sistemi FDM e SLS comparabili, evidenziando tra l'altro che le macchine di HP erano fino a dieci volte più veloci dei concorrenti, sebbene ciò non sia stato verificato in modo indipendente.

Sebbene HP offra poche (e costose) stampanti MJF a colori, la maggior parte delle stampanti del marchio produce parti di un colore grigio spento, caratteristico di HP PA12. Di conseguenza, la tecnologia MJF potrebbe non essere adatta alle applicazioni che richiedono fin dall'inizio parti con colori vivaci. Un altro inconveniente consiste l'impegnativa post-lavorazione necessaria per rimuovere la polvere in eccesso dalle parti stampate. Questo processo non solo richiede tempo, ma la sabbiatura può causare danni ai dettagli più piccoli delle parti MJF.

 

Le stampanti Multi Jet Fusion utilizzano prevalentemente l'HP PA12 (nylon). Il nylon è un materiale tecnico con proprietà meccaniche bilanciate e finiture superficiali dettagliate. Questa plastica vanta anche una buona resistenza chimica e può essere tinta in acqua. È possibile stampare parti MJF a tenuta stagna con HP PA12 e il materiale presenta una tolleranza di base di +/- 0,3 mm.

Oltre al PA12, esiste qualche altra opzione, come il PA11 (più adatto per le parti duttili) e un materiale in polipropilene (HP High Reusability PP) creato dalla società chimica tedesca BASF. HP ha inoltre annunciato un progetto Open Platform in cui l'azienda cerca la collaborazione di partner per sviluppare nuovi materiali.

 

Le parti stampate in 3D con tecnologia MJF sono generalmente utili nei casi che richiedono solidità e moderata resistenza alla temperatura, come ad esempio alloggiamenti dei motori, soffietti, paratie o maschere e fissaggi. Vediamo qualche caso di applicazioni specifiche. Nel Rhode Island, un innovatore nel campo delle protesi, Michael Nunnery, ha incaricato una struttura di stampa MJF di produrre un'invasatura completamente funzionale per la protesi alla gamba di un paziente. Secondo Nunnery, il paziente era soddisfatto della protesi stampata e ha aggiunto: "La vecchia invasatura era inadeguata e pesante, perciò il paziente è soddisfatto della leggerezza del materiale".

La società di robotica olandese Avular utilizza Materialise, partner della rete di produzione digitale HP, per creare parti personalizzate on demand per i droni. Avular ricorre alla partnership per produrre varie parti di droni, dalle guide di cablaggio ai supporti delle batterie. Avular spiega di apprezzare la possibilità di personalizzare le parti in tempo reale e il fatto di poter ricevere le parti entro una settimana. In Michigan, General Motors ha aperto una struttura di stampa 3D che offre funzionalità MJF. La società utilizza le stampanti MJF 3D per produrre, tra l'altro, condotti HVAV per i cambi manuali delle Cadillac CT4-V e CT5-V.

Dal momento che HP sta lanciando la produzione di stampanti MJF più accessibili, anche con funzionalità complete a colori, è chiaro che l'immediato futuro della tecnologia Multi Jet Fusion sarà incentrato su metodi di stampa più versatili e accessibili. Ciò significa anche una maggiore scelta e disponibilità di materiali, che appare promettente vista la richiesta di collaborazione da parte di HP, sebbene quest'ultima mantenga il controllo proprietario sulla propria tecnologia.

Una domanda che riguarda il futuro è in che misura questa tecnologia sia protetta da brevetti. Le altre società potrebbero sviluppare variazioni della stampa 3D MJF, riducendo ulteriormente i costi e aumentando la versatilità? Solo il tempo potrà dirlo. Per ora, HP ha chiaramente prodotto una delle più interessanti ultime innovazioni nella produzione additiva, che sicuramente vedrà molte applicazioni aggiuntive negli anni a venire.