MultiJet Printing

MultiJet Printing (MJP) — это технология аддитивного производства (трёхмерной печати), относящаяся к классу струйных методов и основанная на послойном нанесении фотополимерных материалов с помощью массива печатающих головок. В отличие от одноголовочных струйных систем, MJP использует множество микросопел (от сотен до тысяч), работающих параллельно, что позволяет достигать высокой скорости построения и детализации изделий. Технология была разработана и коммерциализирована компанией 3D Systems (США) в начале 2010-х годов как развитие метода PolyJet (Stratasys) и Multi-Jet Modeling (MJM).

История развития

Технология MultiJet Printing ведёт свою историю от струйной печати на бумаге, адаптированной для трёхмерного синтеза. Первые патенты на струйную 3D-печать фотополимерами были получены ещё в 1980-х годах, однако коммерчески успешные системы появились только в 2000-х.

Предшественники

• PolyJet (Stratasys, 2000) — первая технология, использующая струйную головку для нанесения фотополимера с последующим УФ-отверждением. Ограничивалась одной или двумя печатающими головками.
• Multi-Jet Modeling (MJM) (3D Systems, 1996) — ранняя версия, применявшаяся для создания восковых моделей для литья. Использовала термопластичные материалы, а не фотополимеры.

Коммерциализация MJP

В 2011 году компания 3D Systems выпустила серию принтеров ProJet 3500/5000, в которых впервые применила массив из нескольких сотен микросопел (MultiJet). Это позволило значительно увеличить скорость печати по сравнению с PolyJet при сопоставимом качестве. В 2013 году была представлена серия ProJet 6000/7000 с поддержкой металлических и керамических материалов (через технологию CeraJet). К 2020 году MJP-принтеры стали стандартом в стоматологии, ювелирном деле и прототипировании.

Принцип работы

Процесс MJP включает несколько этапов, выполняемых циклически:

1. Нанесение материала: Печатающая головка (или массив головок) с микросоплами (диаметр 10–30 мкм) наносит капли фотополимерной смолы на платформу. Одновременно могут наноситься два типа материала: модельный (основной) и поддерживающий (для нависающих элементов).
2. Отверждение: Каждый слой сразу после нанесения облучается ультрафиолетовыми лампами, что вызывает полимеризацию (затвердевание) смолы.
3. Выравнивание: После отверждения слой выравнивается вращающимся валиком (roller) для обеспечения точной толщины (обычно 16–32 мкм).
4. Повторение: Платформа опускается на толщину одного слоя, и процесс повторяется до завершения модели.
5. Удаление поддержек: После печати изделие извлекается, а поддерживающий материал удаляется механически, водой или в специальном растворе (в зависимости от типа).

Ключевые особенности

• Параллельность: Одновременная работа сотен сопел (например, в принтере ProJet MJP 2500 — 352 сопла) позволяет печатать большие объёмы за короткое время.
• Точность: Разрешение по осям X/Y достигает 600–1200 DPI (точек на дюйм), что соответствует минимальной детали 0,025–0,05 мм.
• Многообразие материалов: Возможность использования нескольких типов фотополимеров в одном цикле (например, жёстких, эластичных, прозрачных, биосовместимых).

Классификация MJP-принтеров

По типу используемых материалов и назначению MJP-системы делятся на несколько категорий:

По материалу

• Фотополимерные (стандартные) — наиболее распространённые. Используют акриловые или эпоксидные смолы, отверждаемые УФ-излучением.
• Восковые — применяются для литья по выплавляемым моделям (ювелирное дело, стоматология). Материал — воскоподобные полимеры.
• Керамические и металлические — реализованы в технологии CeraJet (керамика) и Direct Metal Printing (металл). Требуют постобработки (спекания).

По размеру рабочей камеры

• Настольные (например, ProJet MJP 2500) — камера до 200×150×150 мм.
• Промышленные (ProJet MJP 5000/6000) — камера до 300×250×250 мм.
• Крупноформатные (ProJet MJP 7000) — до 500×400×400 мм.

Применение

MultiJet Printing востребована в отраслях, где требуется высокая точность, гладкая поверхность и возможность создания сложных геометрий.

Прототипирование

• Дизайн и инжиниринг: Быстрое создание функциональных прототипов (корпуса, шестерни, механизмы) с точностью, сопоставимой с литьём под давлением.
• Медицина: Анатомические модели для планирования операций, хирургические шаблоны, имплантаты (из биосовместимых материалов).

Стоматология

• Коронки, мосты, виниры: Изготовление восковых моделей для литья или прямых реставраций из керамики (через спекание).
• Ортодонтические каппы: Печать высокоточных моделей челюстей для последующего термоформования.

Ювелирное дело

• Литьё по выплавляемым моделям: Создание восковых мастер-моделей для последующего литья драгоценных металлов. MJP обеспечивает гладкую поверхность, не требующую дополнительной полировки.

Медицина и биотехнологии

• Биопринтинг: Экспериментальные системы на основе MJP используются для печати тканей и органов (с применением гидрогелей и клеточных культур). Однако коммерческое применение ограничено из-за сложности стерилизации и жизнеспособности клеток.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая скорость: Параллельная печать сокращает время изготовления на 30–50% по сравнению с SLA или PolyJet при одинаковом объёме.
• Отличное качество поверхности: Шероховатость Ra = 0,5–1,5 мкм без постобработки.
• Многообразие материалов: Возможность комбинировать разные свойства в одной модели (например, жёсткий каркас и эластичные вставки).
• Точность: Минимальная толщина слоя 16 мкм позволяет воспроизводить мелкие детали (до 0,025 мм).

Недостатки

• Высокая стоимость оборудования и расходников: Промышленные MJP-принтеры стоят от 2 до 10 млн рублей, а фотополимерные смолы — от 5 до 20 тыс. рублей за литр.
• Ограниченная прочность: Фотополимеры уступают по механическим свойствам термопластам (например, ABS или нейлону).
• Необходимость постобработки: Удаление поддерживающего материала (особенно из труднодоступных полостей) может быть трудоёмким.
• Чувствительность к УФ-излучению: Готовые изделия со временем желтеют и теряют прочность под воздействием солнечного света.

Сравнение с другими технологиями

Интересные факты

• В 2015 году компания 3D Systems представила принтер ProJet MJP 2500, который стал первым настольным MJP-устройством, способным печатать биосовместимыми материалами (сертифицированными по ISO 10993).
• Технология MJP используется для создания микрофлюидных устройств (каналов диаметром до 50 мкм) для лабораторных исследований.
• В 2018 году исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) адаптировали MJP для печати функциональных электронных схем, нанося токопроводящие чернила параллельно с фотополимером.

Источники

• 3D Systems. «MultiJet Printing Technology Overview». — 3D Systems Corporation, 2019.
• Gibson, I., Rosen, D., Stucker, B. «Additive Manufacturing Technologies: 3D Printing, Rapid Prototyping, and Direct Digital Manufacturing». — Springer, 2015.
• Wohlers, T. «Wohlers Report 2023: 3D Printing and Additive Manufacturing State of the Industry». — Wohlers Associates, 2023.
• Патент США US 7,625,200 B2 (3D Systems, 2009) — «Multi-jet printing system with a plurality of printheads».
• ГОСТ Р 57558-2017 «Аддитивные технологические процессы. Термины и определения». — Москва, 2017.