Multi Jet Fusion

Multi Jet Fusion (MJF) — это технология аддитивного производства (3D-печати), разработанная компанией Hewlett-Packard (HP Inc.). Она относится к классу порошковых технологий, в которых в качестве расходного материала используется полимерный порошок, а формирование детали происходит за счет послойного нанесения связующего агента и последующего спекания инфракрасным излучением. MJF позволяет создавать функциональные прототипы и конечные изделия с высокой скоростью, стабильными механическими свойствами и хорошим качеством поверхности.

История

Технология Multi Jet Fusion была анонсирована компанией HP в 2014 году как результат многолетних исследований в области струйной печати и материаловедения. В 2016 году HP представила первые промышленные принтеры серии HP Jet Fusion 3D, предназначенные для серийного производства. Ключевым отличием от существовавших на тот момент методов (например, Selective Laser Sintering — SLS) стало использование струйных печатающих головок для точного нанесения химических реагентов, что позволило ускорить процесс и улучшить контроль над свойствами деталей.

В 2018 году HP выпустила обновлённые модели (HP Jet Fusion 5200 и 5000), ориентированные на высокопроизводительное производство. К 2020-м годам MJF получила распространение в таких отраслях, как авиастроение, автомобилестроение, медицина, производство потребительских товаров и ювелирное дело. В России технология начала внедряться с 2019 года, в основном в рамках прототипирования и мелкосерийного выпуска деталей для машиностроения.

Принцип работы

Процесс MJF включает несколько последовательных этапов:

Нанесение порошка. Рабочая платформа опускается на толщину одного слоя (обычно 80–120 мкм), после чего ролик или лезвие равномерно распределяет слой полимерного порошка (чаще всего нейлона — PA 12 или PA 11).

Нанесение агентов. Струйная печатающая головка (аналогичная тем, что используются в струйных принтерах) наносит на слой два типа веществ:

Связующий агент (fusing agent) — абсорбирует инфракрасное излучение, локально нагревая порошок до температуры плавления.
Детализирующий агент (detailing agent) — наносится по краям области печати для предотвращения перегрева и расплавления соседних частиц, что обеспечивает чёткие границы деталей.

Спекание. Инфракрасные лампы, расположенные над платформой, нагревают весь слой. Участки, обработанные связующим агентом, поглощают больше энергии и плавятся, образуя твёрдую структуру. Нерасплавленный порошок остаётся сыпучим и служит опорой для следующих слоёв.

Повторение. Цикл повторяется до завершения построения всех слоёв.

Охлаждение и извлечение. После окончания печати камера медленно охлаждается (для предотвращения деформаций), затем детали извлекаются из порошковой массы. Оставшийся порошок может быть переработан и использован повторно (с добавлением свежего).

Классификация и виды

Технология MJF делится на два основных режима в зависимости от требований к качеству и скорости:

High Speed (высокая скорость). Используется для быстрого прототипирования или деталей, не требующих высокой точности. Слой толще (до 120 мкм), время печати минимально.
High Quality (высокое качество). Применяется для функциональных деталей с улучшенной поверхностью и точностью. Слой тоньше (80 мкм), процесс дольше, но детали имеют меньше дефектов.

Также выделяют модификации для работы с разными материалами:

Стандартный нейлон (PA 12). Наиболее распространённый материал, обеспечивающий хорошую прочность и ударную вязкость.
Армированные композиты. Например, PA 12 с добавлением стекловолокна или углеродного волокна для повышения жёсткости.
Эластомеры. Термопластичные полиуретаны (TPU) для создания гибких деталей.
Специальные материалы. Для медицинских применений (биосовместимые) или для пищевой промышленности.

Устройство и характеристики

Основные компоненты системы MJF:

Печатающая головка — струйный модуль с сотнями сопел, обеспечивающий точное дозирование агентов.
ИК-лампы — источники тепла для спекания.
Платформа построения — подвижный стол, на котором формируется деталь.
Система рециркуляции порошка — удаление неиспользованного материала и его подготовка к повторному использованию.
Камера печати — герметичный бокс с контролируемой температурой и атмосферой (обычно азотной для предотвращения окисления).

Характеристики типового промышленного принтера (HP Jet Fusion 5200):

Максимальный размер детали: 380 × 284 × 380 мм.
Толщина слоя: 80–120 мкм.
Скорость печати: до 10–15 см³/час (в зависимости от режима).
Точность: ±0,2 мм (для деталей до 100 мм) и ±0,2% (для больших).
Минимальная толщина стенки: 0,3–0,5 мм.

Применение

Благодаря сочетанию скорости, прочности и детализации, MJF используется в различных отраслях:

Прототипирование. Быстрое создание функциональных прототипов для тестирования формы, посадки и функций.
Медицина. Изготовление индивидуальных хирургических шаблонов, ортопедических имплантатов и анатомических моделей (при условии сертификации материалов).
Авиастроение и автомобилестроение. Производство лёгких деталей интерьера, воздуховодов, кронштейнов и корпусов электроники.
Потребительские товары. Создание корпусов гаджетов, игрушек, спортивного инвентаря.
Ювелирное дело. Изготовление восковок для литья (с использованием специальных выжигаемых материалов).

Примеры конкретных изделий

Кронштейны для крепления электроники в самолётах (авиакомпания Airbus).
Индивидуальные протезы пальцев и кистей (медицинские центры).
Детали системы вентиляции для автомобилей (компания BMW).
Корпуса дронов и беспилотников.

Преимущества и недостатки

Преимущества

Высокая скорость. MJF в 2–3 раза быстрее SLS при одинаковом объёме.
Отсутствие опор. Нерасплавленный порошок служит естественной опорой, что упрощает постобработку.
Стабильность свойств. Благодаря равномерному нагреву детали имеют изотропные механические характеристики.
Детализация. Возможность создания мелких элементов (до 0,3 мм) и сложной геометрии.
Экономия материала. До 80% неиспользованного порошка можно переработать.

Недостатки

Высокая стоимость оборудования. Промышленные принтеры MJF стоят от 50 000 до 200 000 долларов.
Ограниченный выбор материалов. Основной материал — нейлон и его композиты; эластомеры и специальные полимеры менее распространены.
Необходимость постобработки. Детали требуют удаления остатков порошка (пескоструйная обработка) и, при необходимости, окрашивания или пропитки.
Чувствительность к влажности. Порошок гигроскопичен, что требует хранения в сухих условиях.

Критика и ограничения

Несмотря на успехи, MJF подвергается критике за:

Экологические аспекты. Производство и утилизация полимерного порошка связаны с выбросами микропластика и энергопотреблением (до 10 кВт·ч на килограмм деталей).
Ограниченная точность. По сравнению с технологиями стереолитографии (SLA) или PolyJet, MJF уступает в разрешении (минимальная толщина стенки 0,3 мм против 0,1 мм у SLA).
Проблемы с крупными деталями. При размерах свыше 300 мм возможны деформации из-за неравномерного охлаждения.

Перспективы развития

В 2020-х годах HP активно развивает MJF в направлении:

Увеличения размеров камеры (до 1 метра в длину).
Расширения спектра материалов (включая биополимеры и металлические порошки).
Автоматизации постобработки (интеграция с системами пескоструйной очистки и окраски).
Снижения себестоимости за счёт повышения скорости и уменьшения расхода агентов.

Источники

HP Inc. — официальная документация по технологии Multi Jet Fusion (2016–2023).
Гибсон, И., Розен, Д., Стакер, Б. «Аддитивные технологии: 3D-печать, быстрое прототипирование и прямое цифровое производство» (2020).
Журнал «Аддитивные технологии» (Additive Manufacturing), выпуски № 4–6 за 2021 год.
Отчёты компании Stratasys о сравнительных тестах технологий SLS и MJF (2019).
Патент США US 2015/0151564 A1 — «Система и способ для трёхмерной печати с использованием струйных головок» (HP Inc., 2015).

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →