Aby wypolerować części wydrukowane w 3D w celu uzyskania wyrafinowanego wykończenia, inżynierowie stosują różne przemysłowe techniki wykańczania, w tym metody powlekania, piaskowania i ręcznego wykańczania. Chociaż druk 3D może wytwarzać złożone części, początkowe wydruki często wykazują szorstkie powierzchnie i wyraźne linie warstw, szczególnie w częściach wyprodukowanych przy użyciu modelowania osadzania topionego (FDM). Z tego powodu obróbka końcowa jest niezwykle ważną częścią produkcji części, wygładzając chropowatą powierzchnię niedokończonej części poprzez dodawanie lub usuwanie warstw części. W tym artykule Antarctic Bear będzie systematycznie przedstawiać i porównywać dwa główne procesy wykańczania powierzchni dostępne obecnie na rynku — wygładzanie parowe i dokładne polerowanie wibracyjne, aby ułatwić zrozumienie odpowiednich procesów, zalet i wad każdej metody.
gładka na parze
Wygładzanie z użyciem pary, znane również jako chemiczne wygładzanie z użyciem pary, jest techniką obróbki powierzchni, w której drukowane części są wystawiane na działanie odparowującego rozpuszczalnika. Przemysłowy proces wygładzania oparów wymaga starannego zawieszenia pojedynczych lub wielu elementów w hermetycznej komorze w celu uzyskania maksymalnej ekspozycji. Chemiczna mieszanina rozpuszczalników, taka jak FA 326, jest wtryskiwana i rozpylana do komory, w której skrapla się i twardnieje na części, eliminując nierówności powierzchni poprzez kontrolowane stopienie. Wraz ze wzrostem temperatury w komorze pozostały rozpuszczalnik odparowuje i jest odzyskiwany. Końcowa część staje się wodoodporna i zachowuje swoją gładką wewnętrzną wnękę, dokładne wymiary i pierwotną objętość materiału. Aby uzyskać najlepsze wyniki wygładzania parowego, zaleca się przeprowadzanie procesu w kontrolowanym środowisku przy użyciu sprzętu klasy przemysłowej przeznaczonego do wygładzania parowego w druku 3D. Dla osób zainteresowanych metodą DIY, wygładzanie parą można osiągnąć za pomocą acetonu lub etanolu jako rozpuszczalnika chemicznego lub w tym przypadku znanego jako impregnacja rozpuszczalnikiem. Należy jednak zachować ostrożność i zastosować odpowiednie środki bezpieczeństwa i sprzęt.
△Gładka część parowa znajduje się po lewej stronie, a standardowa obróbka powierzchni po prawej (źródło zdjęcia: ProtoLabs)
Dokładne polerowanie wibracyjne
Z drugiej strony wykańczanie wibracyjne nie wykorzystuje środków chemicznych do przygotowania powierzchni. Zamiast tego opiera się na środkach ściernych w celu ulepszenia powierzchni drukowanej części 3D. Podczas tego procesu wiele części wydrukowanych w 3D jest umieszczanych w wibrującym wiadrze wypełnionym wybranymi środkami ściernymi i złożonym płynem smarującym. Gdy maszyna jest włączona, lufa zaczyna się poruszać, powodując tarcie mechaniczne między częścią a materiałem szlifierskim. Ten subtraktywny proces poprawia jakość powierzchni części, minimalizując i delikatnie usuwając najbardziej zewnętrzną warstwę materiału. Dokładne polerowanie wibracyjne wymaga specjalnych środków i sprzętu i oferuje dwie metody: metodę wibracyjną i metodę bębnową. Metoda wibracyjna jest szczególnie odpowiednia w przypadku większych obiektów o mniejszej szczegółowości i umożliwia szybsze osiągnięcie pożądanego rezultatu.
Wybór materiału ściernego lub wiórów ma kluczowe znaczenie w dokładnym polerowaniu wibracyjnym. Wióry ścierne mogą być wykonane z ceramiki, tworzywa sztucznego lub stali, z których każdy daje inne rezultaty. Ceramiczne materiały ścierne nadają się szczególnie do usuwania zadziorów i uzyskiwania błyszczącej powierzchni. Dzięki dużej gęstości wytrzymują wysokie naciski i nadają się do obróbki części ze stali nierdzewnej, metali i tworzyw sztucznych. Plastikowe materiały ścierne są idealne do miękkich, delikatnych powierzchni, które wymagają delikatnego wykończenia. Występują zarówno w kształcie piramidy, jak i stożka. Ponadto firma Walther Trowl opracowała materiały ścierne w kształcie sutków do bardzo małych, delikatnych części w trudno dostępnych miejscach. Stalowe materiały ścierne są w większości kuliste i mają minimalne usuwanie materiału, dzięki czemu idealnie nadają się do polerowania i mechanicznego czyszczenia części metalowych, srebrnych lub aluminiowych, aby zapewnić gładką i wolną od zarysowań powierzchnię.
△Materiały ścierne wykonane z ceramiki wytrzymują wysokie ciśnienie. (Źródło: Vibrafinish)
Oprócz materiałów ściernych proces dokładnego polerowania wibracyjnego wymaga również płynów smarujących, czyli związków. Mieszanki służą do wchłaniania i usuwania zużycia części oraz do czyszczenia i odtłuszczania części. Do obróbki części metalowych do wytrawiania można wybrać związki kwaśne. Po przetworzeniu wymagane jest suszenie. Części te można suszyć w suszarce wibracyjnej, gdzie umieszcza się je w podgrzewanym środku suszącym, takim jak mączka z kolb kukurydzy, mączki orzechowej lub bloków drewna i wibruje. Alternatywnie suszarki taśmowe są szczególnie odpowiednie do wrażliwych i nieporęcznych części z wewnętrznymi kanałami i otworami. W suszarce taśmowej wydrukowane części 3D przechodzą przez system gorącego powietrza na taśmie i suszą w ten sposób.
Zabiegi wygładzania parą i polerowania wibracyjnego trwają od dziesięciu minut do kilku godzin, w zależności od liczby i złożoności obrabianych części.
kompatybilny materiał
Vapor Smooth jest kompatybilny z większością polimerów i elastomerów do drukowania 3D. Typowe materiały do wygładzania oparów obejmują akrylonitryl-styren-akrylan (ASA), akrylonitryl-butadien-styren (ABS), polistyren wysokoudarowy (w zależności od maszyny), nylon 11 (PA 11), nylon 12 (PA 12), polipropylen (PP) i poliwęglan /akrylonitryl-butadien-styren (PC-ABS). Warto jednak zauważyć, że wygładzanie parą za pomocą TPU i niektórych specjalistycznych włókien nie jest zalecane. Każdy rozpuszczalnik, taki jak aceton, keton metylowo-etylowy (MEK), tetrahydrofuran (THF), dichlorometan (DCM) i octan etylu, ma swoją własną skuteczność i zastosowanie.
Jednak dokładne polerowanie wibracyjne jest kompatybilne z wieloma innymi materiałami. Na przykład dokładne polerowanie wibracyjne jest dostępne nie tylko w przypadku części drukowanych 3D wykonanych z termoutwardzalnych, termoplastycznych i elastomerów, takich jak polietylen (PE), polipropylen (PP) lub politereftalan etylenu (PET), ale może być również stosowane do metali takich jak aluminium, stal nierdzewna stal, mosiądz lub miedź. To sprawia, że jest to bardziej wszechstronna metoda, która może być stosowana jako metoda post-processingu dla różnych technik drukowania 3D, takich jak FDM/FFF i fuzja łoża proszkowego.
△ Porównanie części metalowych polerowanych wibrująco przed i po (Źródło: Acton Finishing)
Ograniczenia i zalety technik post-processingu
Oba procesy oferują wiele korzyści pod względem wyglądu powierzchni i wydajności. Wygładzanie parowe może uzyskać gładkie i wodoodporne wykończenie powierzchni części porównywalne z formowaniem wtryskowym oraz poprawić wydłużenie, właściwości rozciągające, właściwości zginania części, zachować właściwości, wytrzymałość i precyzję. Wykańczanie wibracyjne z drugiej strony nie zapewnia wodoodpornego wykończenia, ale zapewnia wyjątkowo gładką powierzchnię, usuwa ślady powłoki i tworzy powierzchnię odporną na zarysowania i plamy. Komponenty poddane obróbce wibracyjnej i wygładzania parą dają gładkie powierzchnie o błyszczącym wyglądzie. Jednak wygładzanie parą zapewnia bardziej błyszczące wykończenie niż dokładne polerowanie wibracyjne. Ponadto części poddane dokładnemu polerowaniu wibracyjnemu wykazywały znacznie bardziej miękkie i przyjemniejsze wrażenia dotykowe.
Warto jednak zauważyć, że wygładzanie parą nie jest najlepszym rozwiązaniem dla każdego wydruku. Modele, które są zbyt złożone, zbyt małe, zbyt duże lub zbyt płaskie, mogą zniekształcać lub tracić szczegóły, a następnie mogą być widoczne artefakty. Po wygładzeniu parą części mogą wykazywać defekty, takie jak mostki, pęcherze, ślady ugryzień, kałuże krawędzi, plamy, dziury lub niekompletne elementy. Ponadto warto zauważyć, że materiały elastyczne są bardziej podatne na wady powierzchniowe niż materiały sztywne. Dlatego podczas wygładzania parą ruchomych części lub komponentów ze złączami należy zachować ostrożność, aby uniknąć naruszenia integralności połączenia lub spowodowania przywierania z powodu nadmiernego wystawienia na działanie pary.
Z drugiej strony dokładne polerowanie wibracyjne nadaje się do szerszego zakresu części drukowanych w 3D niż wygładzanie parowe, ponieważ można je dostosować do indywidualnych wymagań, właściwości materiału i struktury części, wybierając różne materiały ścierne i metody. Wykańczanie wibracyjne jest odpowiednie dla prawie wszystkich części drukowanych w 3D, o ile proces ten jest zawsze wykonywany profesjonalnie przez specjalistów. Jednak polerowanie wibracyjne może prowadzić do utraty geometrii części. Na przykład rogi i końce elementów mogą być nadmiernie zaokrąglone i stracić swój kształt, co nie zdarza się w przypadku wygładzania parą. Ponadto obróbka wykańczająca wibracyjna wymaga czasem kolejnych procedur suszenia, co wydłuża ten proces.
Pole aplikacji
Wygładzanie parą to technologia preferowana przez branże takie jak medycyna, motoryzacja i lotnictwo do obróbki wodoodpornych, przeciwdrobnoustrojowych i wolnych od chemikaliów komponentów. Jeśli chodzi o precyzyjne polerowanie wibracyjne, branża medyczna, motoryzacyjna i sportowa odnoszą szczególne korzyści z tej technologii. W każdej dziedzinie gładkie powierzchnie, zwłaszcza części metalowe, są ważne dla zapewnienia prawidłowego funkcjonowania i bezpiecznego stanu podzespołów. Jednak wygładzanie parą i dokładne polerowanie wibracyjne można wdrażać w całym cyklu opracowywania produktu, od modeli koncepcyjnych, przez prototypy, po produkty końcowe, i są one stosowane w wielu różnych gałęziach przemysłu, w tym w medycynie, motoryzacji i towarach konsumpcyjnych. Przykładami części poddanych dokładnemu polerowaniu wibracyjnemu są części samochodowe dla przemysłu motoryzacyjnego lub wrotki i sprzęt fitness dla przemysłu sportowego. Ponadto biżuteria i zastawa stołowa są dokładnie polerowane wibracyjnie do użytku konsumenckiego. Przykładem części wygładzanej parą, często stosowanej w przemyśle motoryzacyjnym, są elementy wnętrza pojazdów, takie jak deski rozdzielcze, klamki drzwi czy elementy konsoli środkowej. Wygładzanie oparów jest również stosowane w przemyśle lotniczym w przypadku części samolotów, takich jak między innymi skrzydła, kanały powietrzne i części silników.
zdjęcie
△Wygładzanie oparów jest często stosowane w częściach samolotów w przemyśle lotniczym (źródło zdjęcia: Fast Radius)
dostawcy i ceny
Różni usługodawcy, tacy jak SPALECK GmbH, VibraFinish lub Rohde AG, oferują dokładne polerowanie wibracyjne dla klientów prywatnych i firm. W przypadku wygładzania oparów Xometry, AMT, DyeMansion, Protolabs i Hubs są czołowymi dostawcami usług oferującymi usługi wygładzania oparów za pomocą określonych maszyn do przetwarzania końcowego lub w oparciu o materiały. 3Faktur to niemiecka firma oferująca usługi wygładzania parowego oraz wibracyjnego polerowania precyzyjnego. Dobrze znane maszyny VaporSmoothing, takie jak seria AMT PostPro3D i seria Powerfuse S, to rozwiązania dostarczane przez Xometry i DyeMansion, podczas gdy Protolabs i Hubs używają odpowiednio materiałów SLS i MJFHPA 12, PA 12 i MJF Ultrasint™ TPU-01.
Do dokładnego polerowania wibracyjnego duże maszyny przemysłowe producentów takich jak Walther Trowal, AVAtec lub Garant kosztują około 18–21 USD000 (17–20 EUR{5}}–20 EUR{{ 7}}). 2 kg materiałów ściernych kosztuje od 21 do 44 USD (20 – 40 EUR), a 5 litrów pasty około 21 – 44 USD (20 – 40 EUR). Ceny różnią się znacznie w zależności od ilości i wielkości części do obróbki. W przypadku wygładzania parą opłata za usługę wygładzania poszczególnych części może wynosić 5- 15 USD (4- EUR 14) w zależności od złożoności części, chociaż wielu producentów zazwyczaj oferuje usługę tylko w pakietach po 10 lub więcej części. Zakup samego wygładzacza parowego może kosztować około 10,{24}}–30,{26}} USD (11,000–33,000 EUR), w zależności od regionu, producenta i jakości .
