Inicio »Noticias» Noticias »Binder Jetting vs. Material Jetting, ¿qué tecnología usar?

Si bien en la actualidad existen muchos procesos de fabricación aditiva, algunos son similares en ciertos aspectos. Desde los materiales utilizados, la fuente de calor, el cabezal de impresión y muchos más puntos. Tomemos, por ejemplo, las tecnologías Material Jetting y Binder Jetting, que consisten en inyectar material en un chorro sobre un área de impresión. Sin embargo, estas dos técnicas no son completamente iguales y, de hecho, son dos ramas distintas en la familia de tecnologías de fabricación aditiva. La inyección de material (Material Jetting) deposita gotas de resina fotosensible que luego se curan con luz ultravioleta. Por otro lado, la inyección de aglutinante (Binder Jetting) proyecta un agente aglutinante sobre el lecho de polvo, lo que permite que las partículas del material en polvo se unan. Queríamos comparar estas dos tecnologías para comprender mejor sus especificidades, sus similitudes y diferencias, y saber cuál es la más adecuada para cada aplicación en particular.

Antes de entrar en el tema, veamos el contexto de desarrollo de estas dos tecnologías. El proceso Material Jetting (MJ) fue patentado en 1999 por el fabricante Objet Ltd. Después de ser adquirida por Stratasys en 2012, la compañía llamó a la tecnología PolyJet, un término con el que seguramente estará familiarizado. En cuanto al Binder Jetting (BJ), encontramos el primer trabajo de desarrollo iniciado por el MIT en 1993, que fue rápidamente absorbido por Z Corporation, adquirida a su vez por 3D Systems en 2012. Para la parte Metal Binder Jetting, es el fabricante ExOne quien desarrolló una primera máquina lanzada en 1996.

El proceso de inyección de material se basa en el mismo principio que el de la impresión 2D. Varios cabezales de impresión depositan gotas de material en una placa de impresión, como una impresora 2D que aplica tinta a la hoja de papel. En este caso, el material utilizado es una resina fotosensible que se endurece por el paso de la luz ultravioleta sobre la bandeja. El material se deposita en una sola pasada, y luego de eso, la bandeja de impresión baja para comenzar el proceso nuevamente.

El uso de varios cabezales de impresión le permite combinar diferentes tipos de fotopolímeros y mezclar varios colores. Además, ofrece una rápida velocidad de fabricación. Al igual que con los procesos SLA, DLP o LCD, Material Jetting requiere el uso de estructuras de soporte, creadas a partir de un material soluble que puede ser eliminado por el usuario una vez finalizada la impresión.

La inyección de material utiliza varios cabezales de impresión. | Créditos: Stratasys

Este proceso de fabricación aditiva dio lugar al NanoParticle Jetting patentado de Xjet, que consiste en proyectar nanopartículas de material cargadas con polvo metálico o cerámico. Una vez que las gotas se asientan en la bandeja, se evaporan por efecto del calor, dejando espacio para el metal o la cerámica en cuestión. También cabe mencionar el proceso DOD o Drop-On-Demand que utiliza dos cabezales de impresión, uno para el material de fabricación y otro para el soporte. La principal diferencia radica en el hecho de que el material solo se deposita donde se necesita, a diferencia de Material Jetting que proyecta el material de forma lineal. El método DOD es compatible con materiales más viscosos y se utiliza principalmente para hacer modelos de cera de fundición de alta precisión.

Como su nombre indica, esta tecnología se basa en el uso de un material aglutinante y en polvo. En concreto, la máquina deposita el aglutinante sobre una capa de polvo. actuando como un adhesivo que permite que las partículas se adhieran. El proceso se repite capa a capa hasta obtener la parte final. Al igual que con el proceso de sinterización selectiva por láser, el chorro de aglutinante no requiere ningún medio de impresión ya que el polvo actúa como tal. Una vez finalizada la impresión, se debe retirar y limpiar el contenedor de polvo, los restos de material de la pieza. Por lo tanto, se deben tener en cuenta pasos adicionales de posprocesamiento. También es posible agregar color a las impresiones. De hecho, existen bobinas de colores que, una vez aplicadas, darán color al material final.

Esta tecnología es compatible con muchos materiales, incluidos el metal y la cerámica. Dependiendo del tipo de polvo utilizado, el proceso de fabricación será diferente. De hecho, el uso de metal, por ejemplo, implica etapas adicionales de sinterización o recocido para unir las partículas de polvo y dar a la pieza buenas propiedades mecánicas. Por el contrario, un molde de arena de fundición, por ejemplo, estará listo para usar nada más sacarlo de la impresora 3D. Pero nos centraremos en todo lo relacionado con los materiales más adelante.

No olvidemos que la tecnología desarrollada por HP, denominada Multi Jet Fusion, es muy similar a Binder Jetting en que también utiliza un lecho de polvo y un agente que actúa como aglutinante. También se compara mucho con el SLS. Sin embargo, MJF sigue siendo un proceso separado, que no cae en la misma rama que Binder Jetting.

Empecemos por la inyección de material. Es una tecnología que puede mezclar varios colores y materiales, permitiendo así la creación de piezas ultra detalladas pero también transparentes. Así podemos obtener estructuras muy realistas, un punto que abordaremos en el apartado de aplicaciones. Otras características notables son el acabado superficial y la alta velocidad de impresión. Generalmente se obtiene una superficie muy lisa, con posibilidad de obtener un efecto mate o brillante. Además, el uso de múltiples cabezales de impresión permite depositar múltiples gotas de material a la vez más rápidamente.

Al igual que con la estereolitografía, la inyección de material requerirá pasos posteriores al tratamiento. De hecho, los soportes de impresión son obligatorios y, por lo tanto, deben retirarse después de que la máquina se haya detenido. Dado que las resinas utilizadas son fotosensibles, se degradarán si se exponen en exceso a la luz. En general, las piezas producidas por inyección de material son frágiles y no tendrán buenas propiedades mecánicas. Por eso se utiliza más para la creación de prototipos visuales y estéticos. Por último, suele tener un volumen de impresión medio, lo que no es ideal para crear piezas muy grandes.

Material Jetting ofrece transparencia y múltiples detalles | Créditos: Stratasys

Para la inyección de aglutinante (excluiremos Metal BJ por ahora), también podemos hablar de impresión 3D multicolor incluso si esta no es su característica principal. Destaca por la posibilidad de imprimir sin soporte, aprovechando toda la superficie de la bandeja. De esta forma, el usuario podrá crear piezas de mayor tamaño (especialmente con arena y cerámica). Sin embargo, todavía se requiere un procesamiento posterior, como aspirar el exceso de polvo restante.

La inyección de aglutinante tiene como resultado un menor riesgo de deformación y distorsión en comparación con otras tecnologías, porque el proceso se lleva a cabo a temperatura ambiente. También tiene propiedades mecánicas medias y alta porosidad.

El Binder Jetting también puede producir piezas coloreadas. | Créditos: Joseph Forslund / Universidad de Lund

Si, por el contrario, nos fijamos en la inyección de polvo metálico, nos encontramos con que es un proceso menos costoso que los que se basan en el uso de un láser. Más barato pero quizás menos interesante en algunos aspectos. El proceso crea una pieza "verde", que deberá recocerse o sinterizarse en un horno específico. Habrá que tener en cuenta el encogimiento de la pieza y las posibles deformaciones que pueda sufrir. También será necesario un paso de infiltración para llenar los huecos que dejó el aglutinante eliminado. Esto es similar al moldeo por inyección de metal, que no ofrece las mismas propiedades mecánicas. Por tanto, es un proceso que no necesariamente será adecuado para la producción de piezas acabadas. Sin embargo, MBJ ofrece una mejor rugosidad superficial y permitirá el diseño de piezas más grandes, debido a la ausencia de soportes.

Las tecnologías de inyección de material son compatibles con la mayoría de los polímeros. De hecho, asociado a este proceso, a menudo encontramos termoplásticos clásicos como ABS y PLA. Otros polímeros, como el nailon y el policarbonato, también son ampliamente utilizados por los usuarios del proceso de inyección de material.

En cuanto a los materiales más habituales para el proceso de inyección de aglutinantes, en su mayoría son metales y cerámicas, pero también arena. Todos se utilizan en formato granular. Entre los diferentes metales destaca la implementación habitual de aleaciones metálicas, como el titanio, los aceros inoxidables o incluso el cobre. Por sus características, permiten la fabricación de piezas mucho más resistentes y ligeras. Además, desde hace varios años, también es posible utilizar polímeros convencionales, como ABS o PLA. Finalmente, en algunas aplicaciones, la tecnología Binder Jetting a veces se asocia con comestibles. Por ejemplo, The Sugar Lab, como su nombre indica, usa azúcar en lugar de materiales tradicionales.

Pieza impresa en 3D con metal mediante el proceso Binder Jetting. | Créditos: Kreos

Con su capacidad para crear piezas multicolores y con detalles precisos, Material Jetting ha demostrado su valía en la industria médica. Permite crear modelos anatómicos para facilitar el trabajo de los profesionales, lo que ayuda a los cirujanos a formarse durante la fase preoperatoria, o mostrar a los pacientes en un modelo físico qué patología están padeciendo. Sin embargo, la principal ventaja del proceso de inyección de material radica en la fabricación de prototipos, principalmente gracias a su capacidad para producir rápidamente piezas muy precisas.

Por su parte, la tecnología Binder Jetting está destinada a diversos sectores. Se puede encontrar en la industria del cine para crear accesorios y decorados. De manera más general, el Binder Jetting permite fabricar moldes de fundición en arena. Estos moldes deben llenarse de metal antes de romperse. Debido a su corto tiempo de entrega y la capacidad de producir piezas individuales, este proceso es muy popular en la industria. Además, en algunos casos, como la asociación entre el Ejército de EE. UU. Y ExOne, esta tecnología viene en ayuda del sector militar. El fabricante estadounidense de impresoras 3D ha desarrollado una planta de impresión 3D móvil para las tropas estadounidenses para que puedan reemplazar rápidamente las piezas defectuosas. Por último, pero no menos importante, el aglutinante en polvo se utiliza en el campo de la joyería.

Moldes de fundición impresos en 3D. | Créditos: Voxeljet

Como se mencionó, Objet Ltd desarrolló el proceso Material Jetting en 1999. Después de haber comercializado varias máquinas basadas en este proceso, la compañía fue adquirida en 2012 por Stratasys. El gigante americano a su vez ha desarrollado su tecnología Polyjet. Si bien Stratasys puede ser el líder en tecnología de inyección de materiales, otras empresas también se han especializado en esta área. Es el caso del fabricante japonés de impresoras 3D y 2D Mimaki que, al igual que la 3DUJ-553, lleva varios años ofreciendo máquinas basadas en el mismo proceso. También en Asia, la empresa israelí Xjet ha desarrollado una tecnología similar a Material Jetting. Este proceso, denominado NanoParticle Jetting, permite crear piezas utilizando gotas de líquido cargadas con nanopartículas de metal o cerámica. Finalmente, 3D Systems también ha desarrollado su proceso denominado MultiJet.

El fabricante Mimaki ha desarrollado una gama de máquinas basadas en Material Jetting.

Inventado en 1993 por el MIT y adquirido dos años más tarde por Z Corporation, varias empresas son hoy líderes en el campo de la impresión 3D de unión en polvo. Al igual que con la tecnología de inyección de material, 3D Systems es uno de los principales actores de la industria. La empresa estadounidense, que compró Z Corporation en 2012, utiliza este proceso con materiales cerámicos y llamó a esta tecnología ColorJet Printing. Y 3D Systems está lejos de ser la única empresa estadounidense que utiliza este proceso. ExOne, con sede en Pensilvania, también utiliza la tecnología Binder Jetting, pero basada en materiales metálicos. Al otro lado del Atlántico, Digital Metal, una subsidiaria de Höganäs, también se especializa en rociar aglutinante en polvo metálico. Finalmente, la empresa alemana VoxelJet utiliza este proceso para imprimir piezas termoplásticas y cerámicas.

Como puedes imaginar, ya sea para Material Jetting o Binder Jetting, los precios de las impresoras 3D basadas en estos procesos son altísimos. Para la mayoría de ellos, se necesitan cientos de miles de dólares. Como no es posible proporcionar precios exactos, para tales impresoras es necesario solicitar una cotización, sin embargo, el costo de las máquinas se puede estimar aproximadamente. Por ejemplo, el ProJet MJP 5600 de 3D Systems estaría disponible por una tarifa de poco más de 100.000 €, mientras que el Stratasys J5 MediJet se acercaría a los 60.000 €. Como ambas impresoras se basan en el proceso de inyección de polvo, la diferencia de precio puede explicarse por su volumen de impresión. Por último, cuando se trata del presupuesto que se requiere a la hora de adquirir este tipo de impresora, es muy importante tener en cuenta el coste de los materiales. Obviamente, si desea hacer piezas a partir de un polvo metálico específico, el precio será más alto que si usa polímeros convencionales.

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