Multi Jet Fusion (MJF): tutto quello che c’è da sapere

Quando si parla di produzione additiva, non ci riferiamo ad una soluzione unica. Infatti, attualmente esistono 7 famiglie di tecnologie di produzione additiva: fotopolimerizzazione; estrusione di materiale; Material Jetting; Binder Jetting; Powder Bed Fusion; Directed Energy Deposition e laminazione. Una tecnologia che non rientra in nessuna di queste famiglie è invece la tecnologia Multi Jet Fusion (MJF) di HP.

Tecnicamente parlando, la MJF appartiene alla famiglia della fusione a letto di polvere. Questo non sorprende, visto che la tecnologia si avvale sia di un letto di polvere che di agenti di fusione. Condivide, però, anche caratteristiche con altri processi, in particolare con il Binder Jetting. Abbiamo quindi analizzato nel dettaglio questa tecnologia: funzionamento, vantaggi, limiti e applicazioni!

Crediti foto: HP

Come funziona la tecnologia Multi Jet Fusion?

Ma cos’è esattamente la Multi Jet Fusion? La tecnologia è stata creata da HP nel 2016, sulla base dell’esperienza dell’azienda nella stampa a getto d’inchiostro, ed è compatibile con polimeri rigidi ed elastomerici. Sebbene abbia rappresentatoo una novità nel mercato della stampa 3D (per fare un paragone, la stereolitografia e la modellazione a deposizione fusa sono state entrambe sviluppate nei primi anni ’80 e molti processi di AM in metallo sono nati negli anni ’90), ha avuto un rapido successo, soprattutto per la produzione di parti in polimero altamente precise e resistenti.

Si potrebbe vedere la MJF come una tecnologia di stampa 3D a metà strada tra la fusione a letto di polvere e il binder jetting. Questo perché la tecnologia, come suggerisce il nome, contiene sia il getto di legante che la fusione. Il processo inizia con uno strato di polvere che viene riscaldato per garantire un controllo costante e accurato della temperatura; questo viene poi ricoperto con un agente di fusione prima e un agente di dettaglio in seguito nelle aree appropriate, utilizzando la tecnologia a getto d’inchiostro. L’agente di fusione genera appunto la fusione del materiale, mentre l’agente di dettaglio va a modificare la fusione per creare dettagli definiti e rifinire i bordi del pezzo. Successivamente, l’energia viene applicata allo strato in un’unica soluzione, il che rende il processo molto più veloce rispetto ai processi basati sul laser, che fondono punto per punto. Questa operazione viene ripetuta strato per strato fino alla creazione del pezzo finale. Va notato che l’aspetto diverso della MJF è che i nuovi strati di materiale e di agente vengono posizionati mentre gli strati precedenti sono ancora fusi, consentendo a entrambi di fondersi in modo completo e migliorando la resistenza e i dettagli del pezzo.

Dopo la stampa, i pezzi realizzati con MJF richiedono una post-elaborazione, che consiste in particolare nell’eliminazione della polvere sciolta che circonda il pezzo. Questa polvere sciolta, tuttavia, elimina la necessità di strutture di supporto, proprio come come nel caso di SLS e Binder Jetting. Il pezzo viene quindi post-elaborato in una stazione di lavorazione separata, fornita come parte delle soluzioni MJF di HP, che consente di aspirare la polvere non fusa, di sabbiarla e riutilizzarla. Sono inoltre possibili molte altre fasi di post-processing per migliorare le caratteristiche del pezzo o per levigare le superfici.

Al momento, la tecnologia è di proprietà esclusiva di HP. L’azienda ha due soluzioni MJF attualmente disponibili: HP Jet Fusion 4200 e HP Jet Fusion 5200. Al momento è compatibile solo con i polimeri, ovvero: TPU, PP, TPU, PA11, PA12 e PA12 con microsfere di vetro.

Schema del processo Multi Jet Fusion (MJF) che comprende l’unità di stampa e l’unità di post-lavorazione (crediti fotografici: Amer Alomarah via ResearchGate)

Vantaggi e limiti della tecnologia Multi Jet Fusion

Ma quali sono esattamente i pro e i contro dell’utilizzo della tecnologia Multi Jet Fusion? Se consideriamo gli svantaggi, uno dei principali è che l’investimento iniziale per la stampante è costoso. Dato che solo l’azienda proprietaria offre soluzioni Multi Jet Fusion, non esistono opzioni più economiche sul mercato. La HP Jet Fusion 4200 ha un prezzo di partenza di oltre 200.000 dollari, mentre la HP Jet Fusion 5200 parte da circa 350.000 dollari. Con il passare del tempo, il prezzo dei componenti scende sicuramente, ma l’investimento iniziale resta considerevole.

Un altro svantaggio significativo è che la tecnologia è ancora relativamente limitata in termini di scelta dei materiali, sebbene questa sia stata notevolmente ampliata dal 2016. Al momento, HP dispone di sette materiali compatibili con le sue macchine, anche se non tutti sono compatibili con entrambe le soluzioni. La HP Jet Fusion 4200 è compatibile con Estane® 3D PU M95A, TPA, PA11, PA12 e PA12 Glass Beads; mentre la HP Jet Fusion 5200 è compatibile con questi tre materiali, più PP e BASF Ultrasint® TPU01. I materiali variano notevolmente e consentono un’ampia varietà di applicazioni, ma rispetto a molte altre tecnologie AM sono comunque limitanti.

Un altro svantaggio potrebbe essere che il prodotto finale si presenta grigio, senza agenti coloranti, e leggermente ruvido (anche se ora sono disponibili anche parti bianche). Nella maggior parte dei casi quindi gli utenti hanno bisogno di attuare ulteriori fasi di post-processing. Questo può causare la perdita di piccole scritte in rilievo e di dettagli estetici. La tecnologia non è inoltre in grado di produrre geometrie curve e cave.

Parti create con MJF (crediti fotografici: Hubs)

Tuttavia, la tecnologia HP Multi Jet Fusion offre anche una serie di vantaggi significativi. Simile al binder jetting, HP Multi Jet Fusion ha una velocità di stampa e un ciclo di produzione elevati grazie all’uso della tecnologia a getto d’inchiostro e alla capacità di stampare molti pezzi contemporaneamente. È in grado di produrre pezzi a velocità elevata senza influire negativamente sulla qualità, il che la rende ideale per tutto, dalla prototipazione ai pezzi per uso finale.

L’isotropia dei pezzi finali è uno dei principali vantaggi della Multi Jet Fusion. Definita come la proprietà di essere identici, o di avere le stesse proprietà fisiche, in tutte le direzioni, l’isotropia non è necessaria per tutte le parti stampate in 3D, ma è fondamentale per quelle che devono essere in grado di sostenere carichi o forze in tutte le direzioni. Per questo motivo, la tecnologia MJF è comprensibilmente popolare tra gli utenti che necessitano di parti con proprietà meccaniche isotrope costanti.

Inoltre, nonostante i limiti, con l’MJF si ha generalmente una grande libertà di progettazione grazie al fatto che non sono necessari supporti. Rispetto ad altri processi di fusione a letto di polvere, la tecnologia presenta anche un’elevata percentuale di riciclo della polvere, fino all’80-85% a seconda del materiale ed è altamente precisa. La produzione voxel per voxel di HP MJF, in particolare, consente di ottenere dettagli molto precisi per i pezzi e di ottenere una finitura superficiale di alta qualità, soprattutto dopo un’ulteriore post-elaborazione.

Applicazioni della tecnologia

Visti i numerosi vantaggi della stampa 3D Multi Jet Fusion, le applicazioni settoriali sono diverse e numerose. Anche con le limitazioni dei materiali, la MJF viene utilizzata in settori molto vasti e diversi come quelli industriale, medico, automobilistico e dei beni di consumo.

MJF può essere utilizzata in diversi settori, tra cui quello medico, come dimostra questa ortesi (foto: Invent Medical).

La tecnologia MJF continua a crescere, HP sta continuamente migliorando la tecnologia, introducendo nuovi materiali e migliorando i processi per un processo di produzione ancora più snello ed efficace. Per ora, è uno dei processi più popolari e probabilmente lo sarà per il prossimo futuro. Inoltre, HP ha recentemente presentato la propria soluzione di stampa 3D in metallo, HP Metal Jet, con la quale l’azienda vuole coprire un numero ancora maggiore di applicazioni. Per saperne di più, rimandiamo al sito web di HP: QUI.

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*Crediti foto copertina: HP