Polyjet

Questa tecnologia di prototipazione rapida è stata lanciata dalla Objet Geo- metries Ltd, che nel 2011 si è fusa con Stratasys, e si basa sullo stesso prin- cipio di funzionamento di una stampante ink-jet, solamente che qui, al posto dell’inchiostro, viene utilizzato un polimero fotoindurente. Come è possinile osservare in figura 1.12, il fotopolimero viene espulso da degli uguelli conte- nuti in una testina di stampa che si muovene in modo controllato nel piano X-Y, e lampade UV posizionate ai lati di questa iniziano a polimerizzarlo. Infine il fotopolimero si deposita sul pezzo e conclude la reticolazione (le mi- cro particelle di fotopolimero durante il volo tendono a raggrupparsi a causa della reticolazione, riducendo la risoluzione). Anche questo è un processo che avviene per strati, quindi deposta la prima slice, il piano di deposizione si abbassa lungo l’asse Z della quantità necessaria e il procedimento si ripete. Il prototipo in costruzione è sostenuto da una matrice di cera o di gel molto viscoso, depositato dalla testina in contemporanea al polimero destinato a costruire il pezzo.

I modelli sono pronti per essere maneggiati e utilizzati immediatamente appena usciti dalla stampante 3D, senza ulteriori trattamenti, infatti rispetto alla tecnologia SLA la polimerizzazione è completa, quindi non richiede un trattamento in una camera ultravioletta a fine processo.

Figura 1.12: Rappresentazione di un sistema per applicazione della tecnologia Polyjet

Per quanto riguarda il prototipo uscente dalla macchina, esso ha solo bi- sogno di un lavaggio per rimuovere la cera o, eventualmente, il gel rigido che costituisce le strutture di sostegno; se i sostegni sono fatti da cere l’utente può usare solitamente dei solventi che non intaccano ovviamente il polimero fotoreticolato, se invece per i sostegni si utilizza il gel, può adoperare un getto d’acqua, essendo il gel idrosolubile. Per aumentare ulteriormente la re- sistenza dei pezzi e la qualità della finitura superficiale si possono immergere i prototipi in bagni di resine o vernici che penetrando nelle cavità riempiono i pori superficiali.

Rispetto alla tecnologia SLA la polimerizzazione è completa, quindi non richiede un trattamento in una camera ultravioletta a fine processo. Se al fotopolimero viene aggiunto un colorante, è possibile ottenere prototipi con diverse tonalità di colore. Per quanto riguarda la precisione di questa mac- china abbiamo due dati da considerare: il primo è costituito dall’errore sul posizionamento della testina di stampa che si aggira sempre intorno ai 20ö30

mm, mentre, per quanto riguarda l’eiezione di fotopolimero, si quantifica la

sua "risoluzione di stampa" come fosse una nomale stampante a getto di inchiostro, cioè in dpi ovvero "drop per inch", con valori attorno ai 200 dpi (6 “drop per mm”) per gli assi X e Y e con valori di 1270 dpi (ovvero 49 “drop per mm”) per l’asse Z.

Le stampanti per questa tecnologia di prototipazione sono di tipo “Drop on demand” in quanto eiettano il materiale solo quando richiesto, e sfruttano la modalità piezoelettrica per far espellere dagli ugelli una micro goccia di fo- topolimero. La modalità termica non è molto diffusa per questa applicazione perché la resistenza, oltre a creare la bolla di vapore, andrebbe a riscaldare il fotopolimero alterandone le sue proprietà.

La tecnologia PolyJet consente di eseguire la stampa 3D nella più ampia gamma di materiali, a nché sia possibile creare prototipi realistici in grado di rispecchiare fedelmente i prodotti finiti. I modelli vengono stampati con la massima precisione in strati sottilissimi fino a 16 mm per superfici lisce e geometrie complesse. Le proprietà dei materiali spaziano da simil-gomma a consistenze rigide, da superfici opache a trasparenti, da colori neutri a bril- lanti e da plastiche standard a biocompatibili, ad esempio tra i fotopolimelieri che attualmente commmercia la Stratasys individuiamo[14]:

• RGD720 è un fotopolimero trasparente multiuso per la simulazione della normale plastica chiara. Unisce un’elevata stabilità dimensionale all’uniformità delle superfici;

• MED610 è un fotopolimero PolyJet biocompatibile per la prototipa- zione medicale rapida. Presenta un’elevata stabilità dimensionale ed è trasparente e rigido. Il materiale è ideale per applicazioni che richiedo- no un contatto prolungato con la pelle di oltre 30 giorni e un contatto con membrane/mucose fino a 24 ore;

• TangoGray FLX95 è un materiale in simil-gomma che presenta carat- teristiche tipiche degli elastomeri come, l’allungamento anti-rottura, resistenza all’usura e forza tensile.

I sistemi PolyJet più avanzati combinano materiali di stampa 3D diversi in un unico modello depositando simultaneamente più materiali. Ciò significa che puoi utilizzare più materiali in modo selettivo in un prototipo stampato e persino combinarne due o tre per creare materiali digitali compositi con proprietà prevedibili distinte.

I vantaggi comportati da questa tecnica sono i seguenti: • Alta qualità, garantita dallo spessore degli strati costruiti; • Velocità del processo;

• Ampia gamma di materiali; • Facilità d’uso;

• Possibilità di sostituire le cartucce senza interrompere il processo; • Sicurezza e pulizia.

Gli svantaggi sono rappresentati da:

• Rimozione dei supporti, il getto d’acqua richiesto per eliminare i sup- porti può danneggiare i particolari più delicati;

• Materiale di scarto, i supporti eliminati non possono essere riutilizzati. Attualmente il principale produttore di sistemi basati sulla tecnologia di stampa 3D PolyJet è la Sratasys. Tra i prodotti più conosciti di Stratasys troviamo l’Objet24 è il primo sistema di stampa desktop che consente di riprodurre modelli realistici caratterizzati da componenti mobili di piccole dimensioni, pareti sottili e superfici lisce colorabili. Objet24 si caratterizza per una risoluzione di stampa lungo l’asse Z di 28 mm e per un volume di stampa di vassoio di 240x200x150 mm.

Invece Objet260 Connex è uno degli ultimi prodotti di Stratasys nel mondo della prototipazione di precisione multimateriale. Objet Connex 3D consente di utilizzare simultaneamente fino a 14 materiali durante la stampa di un singolo elemento. Stampa strati da 16 mm in uno spazio di lavoro di dimensioni 260x260x200 mm.