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Con el continuo avance tecnológico, la impresión 3D se ha convertido en un método de fabricación muy popular, y la tecnología de inyección de tinta también desempeña un papel crucial en ella. Por ejemplo, la aplicación de la tecnología de inyección de cera piezoeléctrica por parte de Flashforge ha supuesto una profunda transformación en la industria joyera, dando lugar a diseños en constante evolución. Este artículo ofrece una breve descripción de la aplicación de la tecnología de inyección de tinta en la impresión 3D.

1. Descripción general de la tecnología de inyección de tinta

La tecnología de inyección de tinta es una técnica de impresión que permite imprimir imágenes o texto controlando la expulsión de gotas. El componente principal de la tecnología de inyección de tinta es el cabezal de impresión, que se divide en dos tipos: cabezales piezoeléctricos y cabezales térmicos.

Principio de funcionamiento de los cabezales de impresión de inyección de tinta piezoeléctricos:

La tecnología de inyección de tinta piezoeléctrica funciona de la siguiente manera: Cerca de la boquilla del cabezal de impresión se colocan pequeñas cerámicas piezoeléctricas. Estas cerámicas se deforman al aplicar voltaje. Posteriormente, la tinta se expulsa desde la boquilla, formando patrones en la superficie del sustrato. Gracias al diseño optimizado del cabezal y al eficaz control de voltaje para ajustar el tamaño y la cantidad de gotas de tinta, se logra una alta precisión y calidad de impresión.

Fabricantes representativos de cabezales de impresión de inyección de tinta piezoeléctricos: Epson, Kyocera, Konica, Fuji, etc.

Principio de funcionamiento de los cabezales de impresión de inyección de tinta térmica:

La tecnología de inyección térmica de tinta funciona de la siguiente manera: utiliza resistencias de película fina para calentar instantáneamente la tinta con un volumen inferior a 5 μL a una temperatura superior a 300 °C en la zona de expulsión. Este proceso crea numerosas burbujas diminutas que se agrupan y expanden rápidamente, convirtiéndose en burbujas más grandes a una velocidad extremadamente rápida (menos de 10 μs), lo que obliga a las gotas de tinta a expulsarse de la boquilla. Tras un breve periodo de crecimiento, las burbujas desaparecen en la resistencia. Al desaparecer las burbujas, la tinta de la boquilla también se retrae. Posteriormente, gracias a la succión generada por la tensión superficial de la tinta, se introduce tinta nueva para rellenar la zona de expulsión para el siguiente ciclo de impresión.

Fabricantes representativos de cabezales de impresión de inyección de tinta térmica: Canon, HP, etc.

2. Descripción general de la aplicación de la tecnología de inyección de tinta en la impresión 3D

La aplicación de la tecnología de inyección de tinta en la impresión 3D se remonta a la tecnología de impresión 3D (3DP) (impresión 3D de lecho de polvo e inyección de tinta) desarrollada por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos en 1993. A diferencia de las impresoras 3D FDM (como MakerBot y RepRap) que construyen objetos utilizando filamentos de plástico fundido, la tecnología 3DP funciona como una impresora de escritorio 2D del pasado. Su proceso es algo similar al de la tecnología de sinterización selectiva por láser (SLS), pero en lugar de utilizar láseres para sinterizar materiales, emplea un cabezal de impresión de inyección de tinta para rociar adhesivo líquido sobre polvo de yeso. Rocía una capa, luego aplica una capa delgada de polvo de yeso, repitiendo este proceso hasta que el objeto 3D está completamente formado.

Posteriormente, se desarrollaron diversas tecnologías basadas en esta técnica, incluyendo la impresión 3D a todo color con polvo de yeso y arena. A continuación, se presenta un resumen de algunos fabricantes de impresoras 3D que utilizan la tecnología de inyección de tinta:

3. Ventajas de la aplicación de la tecnología de inyección de tinta en la impresión 3D

Los cabezales de impresión de inyección de tinta piezoeléctricos de grado industrial suelen tener un ancho de entre 10 mm y 120 mm, con un número de orificios de entre 256 y 2048. La frecuencia del cabezal varía aproximadamente entre 1000 Hz y 200 000 Hz, y el tamaño de gota oscila entre 2 y 80 pl. La resolución puede variar entre 36 ppp y 1200 ppp. Los cabezales de impresión de inyección de tinta térmica suelen tener un ancho de entre 24 mm y 300 mm, con un número de orificios de entre 300 y 30 000.

Según los parámetros de los cabezales de impresión de inyección de tinta, se observa que esta tecnología ofrece alta resolución, alto rendimiento, alta velocidad de respuesta y la capacidad de imprimir con múltiples materiales. Las impresoras 3D que utilizan tecnología de impresión de inyección de tinta pueden lograr una impresión rápida y de alta resolución de objetos 3D. Por ejemplo, la impresora 3D de cera de Flashforge puede producir patrones de cera de alta calidad para joyería con una precisión de 50 μm. Además, los cabezales de impresión de inyección de tinta permiten un ensamblaje sencillo y rápido, lo que permite imprimir objetos de gran tamaño con impresoras 3D. Por ejemplo, Voxeljet y GE están desarrollando una impresora 3D de inyección de aglutinante de arena con un volumen de construcción de 8 m² x 4 m² x 2 m².

4. Desafíos en la aplicación de la tecnología de inyección de tinta en la impresión 3D

Debido a la compleja estructura de los cabezales de impresión de inyección de tinta y al pequeño diámetro de los orificios (normalmente de entre 20 μm y 40 μm), los requisitos en cuanto a la tensión superficial, la viscosidad y el tamaño de partícula de la tinta son elevados. Si la tinta es de mala calidad, pueden producirse problemas como saltos de tinta, puntos dispersos y obstrucciones en las boquillas. Cuando la tinta impacta sobre el sustrato o la superficie del polvo a una velocidad de 5-10 m/s, pueden producirse fenómenos de difusión, penetración e incluso salpicaduras. Una configuración incorrecta de los parámetros puede afectar significativamente la calidad de la impresión. Por lo tanto, para tener éxito en la tecnología de impresión 3D de inyección de tinta, el equipo de I+D debe poseer un sólido conocimiento de los principios de la impresión de inyección de tinta y un amplio conocimiento de los materiales y las tintas.