MJF vs SLS: Tecnologie di stampa 3D a confronto

La Sinterizzazione Laser Selettiva (SLS) e il Multi Jet Fusion (MJF) sono due delle tecnologie di stampa 3D a fusione a letto di polvere (PBF) più utilizzate per polimeri ed elastomeri.

Nikolaus Mroncz

Ingegnere di Xometry

L’SLS e MJF sono molto simili nel processo e nel flusso di lavoro, in grado di produrre parti quasi identiche. L’MJF, con le sue proprietà isotrope e una risoluzione di stampa leggermente superiore, è ideale per parti funzionali più piccole. SLS, che offre una gamma più ampia di materiali e volumi di costruzione maggiori, è più adatto per prototipi visivi e parti funzionali di medie dimensioni. Entrambi i processi sono paragonabili in termini di costi e velocità di stampa, ma l’MJF è più conveniente per volumi di produzione più grandi e leggermente più rapido grazie al minor tempo di raffreddamento ed alla capacità di riutilizzare più polvere.

Descrizione delle tecnologie di stampa 3D

Sinterizzazione laser selettiva

La sinterizzazione laser selettiva è una tecnica di stampa 3D a letto di polvere utilizzata per realizzare parti da materiali termoplastici come il PA 12 e il PA 11. Questo processo prevede che un laser CO2 fonda selettivamente la polvere di plastica tracciando ogni sezione trasversale della parte, strato per strato. Dopo la sinterizzazione di ogni strato, il piano di stampa si abbassa e viene applicato un nuovo strato di materiale in polvere.

Il termine “sinterizzazione” descrive il riscaldamento delle particelle di plastica finché le loro superfici non si sciolgono e aderiscono tra loro. L’SLS è una tecnologia consolidata che supporta un’ampia gamma di materiali (compresi materiali ignifughi e ad uso alimentare), rendendola più versatile rispetto ai metodi più recenti come MJF.

Multi Jet Fusion

L’HP Multi Jet Fusion è una tecnologia di stampa 3D a letto di polvere sviluppata da Hewlett-Packard nel 2016. Si tratta di un processo in più fasi in cui un sottile strato di polvere viene steso sul piano di stampa e riscaldato appena sotto il punto di sinterizzazione. Viene quindi applicato un agente di fusione per dare forma alla sezione trasversale della parte, seguito da un agente di dettaglio per migliorare la nitidezza dei bordi.

Una fonte di calore a infrarossi passa sopra la polvere trattata, sinterizzando le particelle per creare la parte. L’MJF è progettato per ritmi di produzione più elevati e offre miglioramenti rispetto all’SLS in termini di velocità e precisione.

Differenze tra la stampa 3D MJF e SLS

Materiali MJF vs. SLS

Le tecniche di MJF e SLS utilizzano ampiamente i poliammidi come il Nylon 11 e il Nylon 12, insieme a poliuretano termoplastico (TPU) e polipropilene. La tecnologia SLS è anche in grado di stampare con nylon caricati al carbonio ed alluminio, inoltre le macchine SLS specializzate ad alta temperatura, come quelle di EOS , possono gestire materiali termoplastici tecnici come il PEEK. L’SLS è compatibile anche con le varianti ad uso alimentare di PA 11 e PA 12, oltre a un materiale PA 12 classificato UL 94 V-0 (PA 2210 FR).

Al contrario, MJF è attualmente limitato a un minor numero di materiali, principalmente il Nylon 12, il Nylon 11 ed il TPU. Tuttavia, MJF offre anche il Nylon 12 con opzioni come una variante caricata al vetro al 40% per una maggiore resistenza.

La tabella seguente mette a confronto i materiali comuni utilizzati nelle tecnologie MJF e SLS:

Parte complessa stampata con MJF PA 12

Parti stampate in 3D HP MJF ed assemblate in una sfera

Tazza stampata in 3D SLS

Stampa 3D SLS in nylon

Carter motore stampato in SLS

Parti stampate in MJF

Robustezza delle parti SLS vs. MJF

Quando si confronta la resistenza delle parti in SLS e MJF, è essenziale considerare fattori quali le proprietà dei materiali, le impostazioni della stampante e le tecniche di progettazione. Le parti in SLS sono note per le loro proprietà meccaniche robuste, ma tendono a mostrare un comportamento anisotropo, il che significa che la loro resistenza varia a seconda della direzione del carico applicato (X/Y, Z). Al contrario, l’MJF produce parti con proprietà meccaniche relativamente costanti grazie alla loro natura più isotropa, garantendo resistenza e durata uniformi in tutte le direzioni.

In aggiunta, le impostazioni della stampante, come lo spessore dello strato e i parametri di fusione, influiscono in modo significativo sulla resistenza finale delle parti in SLS e MJF. Ad esempio, la regolazione dello spessore dello strato su una risoluzione più precisa può migliorare i dettagli e la resistenza della parte, mentre una regolazione affinata dei parametri di fusione può garantire un migliore legame tra gli strati. Anche garantire il corretto orientamento delle parti e utilizzare cicli di raffreddamento adeguati contribuisce a ridurre le sollecitazioni interne e la deformazione.

Inoltre, entrambe le tecnologie consentono lo svuotamento delle parti, che può mantenere l’integrità strutturale riducendo al contempo l’utilizzo di materiale. Tuttavia, è importante notare che le parti MJF con spessori di parete superiori ai 7 mm sono spesso scavate per impostazione predefinita, il che può comprometterne la resistenza e renderle più soggette alla rottura sotto pressione. In alternativa, l’integrazione di nuclei, nervature o anche strutture reticolari può migliorare la resistenza meccanica della parte senza la necessità di elementi eccessivamente spessi.

Precisione dimensionale e risoluzione delle lavorazioni

Sia MJF che SLS offrono un’elevata precisione dimensionale, ma sono presenti alcune differenze nella risoluzione delle lavorazioni. Le parti in MJF possiedono una risoluzione delle lavorazioni più accurata di 0,51 mm rispetto a SLS, che possiede una risoluzione di 0,762 mm.

Le tecnologie SLS e MJF non richiedono strutture di supporto, consentendo così la realizzazione di modelli personalizzati senza segni di rimozione del supporto. Tuttavia, entrambi sono soggetti a deformazioni, quindi è meglio evitare aree ampie e piatte nel progetto.

Finitura superficiale MJF e SLS

SLS e MJF producono parti con una finitura superficiale tipicamente ruvida/opaca. Tuttavia, la superficie può essere levigata tramite pallinatura (solo per le parti in SLS) e può essere eseguita la burattatura dei supporti. Inoltre, la lucidatura a vapore chimico ha reso possibile ottenere superfici sigillate e semilucide a costi bassi per entrambi i processi.

MJF levigato a vapore + verniciato nero a spray

SLS levigato a vapore + tinto nero

La tabella seguente illustra le variazioni della rugosità superficiale della PA 12 in base alla tecnica di produzione additiva utilizzata e alla finitura superficiale applicata alla parte:

Tempo di stampa

Il processo di stampa di MJF richiede la stessa quantità di tempo per strato rispetto a SLS, in cui il tempo per strato è dettato dalla complessità della sezione trasversale da scansionare con il laser. In definitiva, le stampe MJF sono più veloci di quelle in SLS e si distinguono da quest’ultima tecnica nelle produzioni in serie in quanto è possibile rimuovere più facilmente i piani di stampa dalla macchina rispetto a quelle in SLS. Entrambi i processi consentono ai piani di stampa di raffreddarsi all’esterno della macchina, con un tempo di raffreddamento che richiede in genere tra le 10 e le 20 ore, a seconda della densità del nesting. Mentre un piatto di stampa si sta raffreddando, è possibile inserire un nuovo piatto nella macchina per avviare una nuova stampa.

Nelle tecniche SLS e MJF, si consigliano tre piani di stampa per ogni macchina: uno che stampando, uno che raffreddi e uno che ha raffreddato le parti smontate e pronte per la lavorazione. Questa configurazione consente di ottimizzare l’utilizzo della macchina con tempi di inattività minimi.

Volume di stampa

Le macchine SLS possono realizzare parti con volumi di stampa maggiori (fino a 550 x 550 x 750 mm) rispetto alla stampa MJF (fino a 380 x 284 x 380 mm). Ma in entrambi i casi, non è consigliabile realizzare componenti grandi quanto l’area di stampa disponibile, poiché ciò può creare condizioni termiche che possono influenzare la parte (deformazione, torsione, restringimento, ecc.) e aumentare il rischio di fallimenti della stampa (scollamento /inceppamento dell’estrusore).

Per massimizzare l’efficienza nella stampa SLS, è fondamentale utilizzare l’intero volume di stampa, poiché il processo consente un riciclo minimo della polvere (l’80% della polvere recuperata dalle parti stampate MJF è riutilizzabile, rispetto alla SLS con una riciclabilità del 30-50%).

Costo di MJF vs. SLS 

Utilizzando il disegno di una parte (vedi file CAD) come modello di prova, abbiamo valutato il prezzo per le tecnologie di stampa 3D MJF e SLS in PA 12 (grigio) utilizzando il nostro Motore di Quotazione Istantaneo Xometry®. I risultati hanno indicato che l’SLS è circa il 20% più costoso per la realizzazione di singole unità, ma SLS e MJF hanno costi simili quando si aumentano le unità. Tuttavia, la MJF diventa più conveniente su larga scala.

Si dovrebbe progettare diversamente per le stampe MJF rispetto a quelle in SLS?

Le regole di progettazione per le tecnologie MJF e SLS sono quasi identiche. Ciò che dovrebbe essere considerato, tuttavia, è la variazione delle tolleranze standard. Entrambi i processi possiedono una tolleranza di ±0,3% per le parti più grandi di 100 mm, ma l’MJF offre una tolleranza leggermente più ristretta per le parti inferiori ai 100 mm (±0,2 mm contro ±0,3 mm per SLS).

MJF e SLS possono essere utilizzati in modo intercambiabile?

Sebbene le tecnologie presentino differenze, in molte applicazioni possono essere utilizzate in modo intercambiabile quando i requisiti relativi alle proprietà meccaniche, alla complessità delle parti e alle proprietà dei materiali si sovrappongono. Ecco alcune applicazioni generali in cui entrambe le tecnologie possono essere adatte:

• Parti di test funzionali: entrambe le tecnologie possono produrre resistenza meccanica e durata sufficienti per resistere a test funzionali di parti quali staffe, clip e alloggiamenti in PA 11, PA 12 o PA 12 caricato al vetro per una maggiore rigidità.
• Parti di produzione ad uso finale: MJF e SLS possono produrre parti resistenti e durevoli come connettori, ingranaggi o alloggiamenti per dispositivi elettronici in PA 12 e PA 12 caricato al vetro.
• Parti elastomeriche: entrambe le tecniche possono lavorare il TPU, un materiale flessibile e durevole, rendendolo adatto alla produzione di parti come guarnizioni, tenute e giunti flessibili, che richiedono elasticità e resilienza.

Come scegliere la giusta tecnologia di stampa 3D

In molte applicazioni di base, sia l’SLS che l’MJF aiutano a ottenere parti con qualità meccaniche e superficiali comparabili. Allo stesso tempo, esistono applicazioni più critiche che potrebbero richiedere risoluzioni più accurate, requisiti di materiali specifici e così via, per le quali è possibile preferire una tecnologia rispetto all’altra.

La tabella seguente mette a confronto i principali fattori decisionali nella scelta tra SLS e MJF:

Ricevete parti MJF e SLS su Xometry

Xometry offre servizi di stampa 3D SLS e servizi di stampa 3D MJF con un’ampia scelta di materiali e opzioni di finitura superficiale per le vostre esigenze di produzione. Con il nostro Motore di Quotazione Istantaneo Xometry®, potete facilmente confrontare e scegliere la tecnologia migliore per le voste esigenze specifiche. Caricate semplicemente il vostro file CAD per ricevere una quotazione istantanea con prezzi e tempi di consegna.

Xometry offre anche feedback DFM e servizi di consulenza per clienti aziendali mediante i nostri esperti ingegneri per aiutarvi a scegliere l’opzione di stampa 3D più adatta al vostro progetto.

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