Guía completa: Material Jetting o inyección de material, ¡te explicamos todo!

Actualmente existen en el mercado varias tecnologías de fabricación aditiva, cada una de ellas asociada a materiales diferentes y aplicaciones muy específicas. Tras nuestros artículos sobre la extrusión y el sinterizado selectivo por láser, hoy presentamos la impresión 3D por inyección de material, también llamado material jetting. Se trata de un proceso que puede utilizarse, entre otras cosas, para producir objetos que combinan varios materiales y colores.

Historia y desarrollo de la impresión 3D por material jetting

La tecnología material jetting, patentada por Objet Ltd. en 1999 (que se fusionó con Stratasys en 2012), combina la tecnología de inyección de tinta y el uso de fotopolímeros. La tecnología de inyección de tinta es la que utilizan las impresoras 2D convencionales sobre papel, mientras que los fotopolímeros son materiales que se endurecen al contacto con la luz ultravioleta. Esta tecnología presenta una serie de ventajas: alta resolución (hasta 0,016 mm), superficies lisas (sin rugosidad, a diferencia de los objetos impresos mediante FDM, por ejemplo) una amplia gama de materiales y colores a un coste y un tiempo de impresión relativamente bajos.

¿Cómo funciona la inyección de material?

La resina líquida se calienta a 30-70°C, lo que le confiere la viscosidad adecuada para la fabricación. A continuación, el cabezal de impresión, muy similar al de una impresora 2D de tinta, pulveriza cientos de microgotas de resina fotopolimérica sensible a la luz ultravioleta. Las boquillas instaladas en el cabezal de impresión pueden proyectar distintos materiales e incluso combinarlos para aprovechar las prestaciones mecánicas, las propiedades estéticas particulares o los soportes solubles. Las gotas de material se proyectan sobre la bandeja de impresión y se solidifican mediante una fuente de luz ultravioleta integrada en el cabezal que endurece el material para formar cada capa. Al igual que la estereolitografía, esta tecnología se basa en el principio de la fotopolimerización.

Aunque la inyección de material también se conoce como PolyJet (desarrollado originalmente por Objet y utilizado actualmente por Stratasys), existen otras tecnologías de impresión 3D por material jetting, entre las que se incluyen :

• Drop on demand (DOD). Esta tecnología utiliza un cabezal de impresión equipado con dos boquillas que depositan el material y los soportes solubles punto por punto. Una vez que las gotas de material de una capa se han pulverizado sobre la bandeja, la impresora pule la superficie mediante un cortador para garantizar un acabado perfectamente plano. La tecnología DOD se utiliza principalmente para crear moldes y objetos para la fundición a la cera perdida.
• Nanoparticle jetting (NPJ). Desarrollada y patentada por XJet, esta tecnología utiliza un cabezal de impresión equipado con una boquilla que pulveriza un líquido que contiene nanopartículas metálicas o cerámicas. Una fuente de calor mantiene la cámara de impresión a una temperatura de unos 300°C para garantizar la evaporación del aglutinante. Después, una fase de sinterización solidifica la pieza tras la impresión.

Principales ventajas de la tecnología

La principal ventaja de la tecnología material jetting reside en su capacidad para imprimir piezas multimaterial y multicolor. Gracias a sus múltiples cabezales de impresión, cada material puede almacenarse en un cabezal independiente, lo que permite procesarlos de forma diferente. El material compuesto obtenido se denomina Material Digital y es adecuado para crear prototipos detallados que se aproximen al modelo final (resistencia a la temperatura, biocompatibilidad, rígido o flexible, etc.).

Funcionamiento de la tecnología Material Jetting. (Créditos: 3DHubs)

Materiales compatibles con la inyección de material

Esta tecnología ofrece una amplia gama de materiales, desde elastómeros hasta materiales rígidos, y permite crear piezas que combinan diferentes propiedades. Los fotopolímeros utilizados en el proceso pueden adaptarse a diversas aplicaciones, incluidas las médicas, gracias a su biocompatibilidad. La variedad de materiales disponibles amplía las posibilidades de diseño y es adecuada para una amplia gama de sectores.

Postratamiento

Dependiendo de la tecnología de inyección de material utilizada, puede ser necesario un paso adicional de postratamiento, como por ejemplo la sinterización.

El mercado del material jetting: fabricantes y aplicaciones

La impresión 3D por inyección de material tiene aplicaciones en la producción de prototipos detallados y funcionales. Es especialmente popular en el sector médico para la creación de modelos anatómicos precisos y coloridos. Entre los fabricantes de máquinas que utilizan esta tecnología, Stratasys, con su serie PolyJet, ocupa una posición de liderazgo. 3D Systems también ofrece impresoras 3D de inyección de material con tecnología MultiJet. 

Como hemos mencionado, Stratasys es pionera en esta tecnología y comercializa varias máquinas de material jetting (PolyJet). Las más conocidas son sin duda la J750 y la J350, ambas compatibles con los colores Pantone y capaces de imprimir prototipos en más de 500.000 colores, texturas, gradaciones, transparencias y durezas de material. 3D Systems también ofrece una gama de impresoras 3D de inyección de material, basadas en una tecnología conocida como MultiJet, como la ProJet MJP 5600. La gama de colores no es tan amplia como la de Stratasys, pero el método también puede utilizarse para fabricar diferentes prototipos, con materiales elásticos o duros.

La tecnología Nanoparticle Jetting. (Créditos: XJet)

Esta tecnología sigue evolucionando, abriendo nuevas oportunidades en sectores como la medicina, el arte, la joyería y muchos otros. Con fabricantes innovadores y aplicaciones en expansión, la impresión 3D por material jetting sigue siendo un método versátil para la fabricación aditiva.

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*Foto de portada: un modelo médico impreso con el Stratasys J750. (Créditos: SYS Systems)