PolyJet

PolyJet — это технология трёхмерной печати, основанная на послойном напылении фотополимерных смол и их последующем отверждении ультрафиолетовым излучением. Относится к классу технологий струйной печати (Material Jetting) и позволяет создавать модели с высокой детализацией, гладкой поверхностью и возможностью комбинирования нескольких материалов в одном изделии.

История

Технология PolyJet была разработана и впервые коммерциализирована израильской компанией Objet Geometries в начале 2000-х годов. В 2000 году компания представила первый принтер, работающий по этой технологии, — Objet Quadra. В 2012 году Objet Geometries объединилась с американской компанией Stratasys, одним из пионеров в области 3D-печати методом FDM. После слияния технология PolyJet стала одним из ключевых продуктов объединённой компании Stratasys. В последующие годы технология развивалась в направлении увеличения скорости печати, расширения палитры совместимых материалов и повышения точности. В 2010-х годах появились системы, позволяющие печатать цветными материалами и создавать градиентные переходы между твёрдыми и эластичными полимерами.

Принцип работы

Процесс печати по технологии PolyJet начинается с создания цифровой 3D-модели в CAD-системе, которая затем нарезается на тонкие слои (обычно толщиной от 16 до 32 микрон). Печатающая головка, аналогичная струйным принтерам, наносит жидкий фотополимер на платформу. Сразу после нанесения каждого слоя он облучается ультрафиолетовыми лампами, что вызывает полимеризацию и отверждение материала. Для формирования нависающих элементов и сложных геометрических форм используется поддерживающий материал (гелеобразная масса), который после завершения печати удаляется вручную или с помощью водяной струи.

Ключевое отличие PolyJet от других технологий (например, FDM или SLA) — возможность использования нескольких печатающих головок, каждая из которых может подавать свой тип материала. Это позволяет в рамках одной модели создавать участки с разными физическими свойствами (твёрдость, цвет, прозрачность).

Материалы

Для технологии PolyJet доступен широкий спектр фотополимерных смол, которые можно разделить на несколько категорий:

• Стандартные жёсткие материалы: имитируют свойства ABS-пластика, полипропилена или поликарбоната. Обеспечивают высокую прочность и термостойкость (до 80–100 °C).
• Эластомеры (резиноподобные материалы): позволяют создавать детали с заданной твёрдостью по Шору (от 30A до 90A). Используются для прототипов уплотнителей, рукояток, гибких шлангов.
• Прозрачные материалы: обеспечивают оптическую прозрачность, близкую к стеклу или акрилу. Применяются для изготовления линз, демонстрационных моделей и медицинских аналогов.
• Биосовместимые материалы: сертифицированы для кратковременного контакта с кожей и слизистыми (стандарт ISO 10993). Используются в стоматологии и хирургии для создания индивидуальных хирургических шаблонов и моделей челюстей.
• Цветные материалы: доступны в виде готовых цветов или смешиваются в процессе печати (CMYK-модель) для получения миллионов оттенков.
• Высокотемпературные материалы: выдерживают нагрев до 200–300 °C, что позволяет использовать их для литья воска или тестирования горячих деталей.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая точность и детализация: минимальная толщина слоя (16–32 мкм) позволяет получать гладкие поверхности без видимой слоистости, что снижает необходимость в постобработке.
• Многоматериальность: возможность печати из нескольких материалов одновременно, включая комбинации твёрдых и эластичных полимеров, а также цветовые градиенты.
• Скорость печати: процесс занимает от нескольких часов до суток в зависимости от объёма модели, что быстрее многих технологий (например, SLS или SLA).
• Простота удаления поддержек: поддерживающий материал растворяется в воде или легко удаляется механически, не повреждая основную модель.
• Широкий выбор материалов: доступны специализированные смолы для различных применений (медицина, стоматология, ювелирное дело).

Недостатки

• Высокая стоимость: как самих принтеров (от нескольких тысяч до сотен тысяч долларов), так и расходных материалов (фотополимеры дороже пластиковых нитей для FDM).
• Ограниченная прочность: детали из стандартных материалов могут быть хрупкими и менее долговечными по сравнению с металлическими или термопластиковыми аналогами.
• Чувствительность к УФ-излучению: готовые изделия со временем могут желтеть или терять механические свойства под воздействием прямого солнечного света.
• Необходимость постобработки: хотя поверхность гладкая, для удаления поддержек и финишной обработки (например, шлифовки) требуется ручное вмешательство.
• Ограниченный размер рабочей камеры: большинство промышленных PolyJet-принтеров имеют рабочую область не более 500 × 400 × 200 мм, хотя существуют крупноформатные модели.

Применение

Технология PolyJet нашла широкое применение в различных отраслях промышленности и науки:

Прототипирование

PolyJet используется для быстрого создания концептуальных и функциональных прототипов. Благодаря многоматериальности, можно изготовить модель, имитирующую конечный продукт по цвету, текстуре и тактильным ощущениям. Это особенно востребовано в автомобилестроении, авиастроении и потребительской электронике.

Медицина и стоматология

В стоматологии PolyJet применяется для печати моделей зубных рядов, хирургических шаблонов для имплантации и временных коронок. В ортопедии и хирургии — для создания анатомических моделей органов и костей на основе данных КТ/МРТ, что помогает в планировании сложных операций. Биосовместимые материалы позволяют изготавливать индивидуальные протезы и имплантаты.

Ювелирное дело

Технология используется для создания мастер-моделей для литья по выплавляемым моделям (литьё воска). Высокая точность позволяет воспроизводить мельчайшие детали ювелирных изделий, а воскоподобные материалы легко выжигаются из формы.

Образование и исследования

PolyJet-принтеры применяются в университетах и лабораториях для изготовления учебных пособий, деталей научных установок и демонстрационных образцов. Возможность печати прозрачных материалов полезна для визуализации внутренних структур.

Производство оснастки

Из фотополимеров изготавливают литейные формы, шаблоны для сборки, приспособления для контроля качества и другие элементы производственной оснастки, где не требуется высокая механическая нагрузка.

Сравнение с другими технологиями

Экологические аспекты

Фотополимеры, используемые в технологии PolyJet, являются синтетическими материалами на основе акриловых и эпоксидных смол. Они не подлежат биоразложению и требуют специальной утилизации. Поддерживающий материал, удаляемый водой, может содержать остатки мономеров, поэтому его сброс в канализацию без очистки не рекомендуется. Компания Stratasys разрабатывает программы по переработке отходов, однако в массовом масштабе эта практика пока не распространена. В 2023 году компания объявила о запуске линейки материалов на основе возобновляемых источников сырья, что может снизить экологический след технологии.

Источники

1. Стратасис (Stratasys Ltd.), официальная документация по технологии PolyJet, 2023.
2. Обзор технологий 3D-печати: Material Jetting / PolyJet. — Журнал «Аддитивные технологии», №4, 2022.
3. Gibson, I., Rosen, D., Stucker, B. Additive Manufacturing Technologies. — Springer, 2021.
4. Исследование механических свойств фотополимеров PolyJet. — Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана, серия «Машиностроение», 2020.
5. Применение PolyJet в стоматологии: обзор литературы. — Российский стоматологический журнал, 2021.