Щоб відшліфувати надруковані на 3D-принтері деталі для отримання вишуканої обробки, інженери використовують різноманітні промислові методи фінішної обробки, включаючи нанесення покриттів, піскоструминну обробку та методи ручної обробки. Незважаючи на те, що 3D-друк може створювати складні деталі, початкові відбитки часто демонструють шорсткі поверхні та яскраво виражені лінії шару, особливо в деталях, виготовлених за допомогою моделювання наплавлення (FDM). З цієї причини додаткова обробка є надзвичайно важливою частиною виробництва деталей, вирівнюючи шорстку поверхню незавершеної деталі шляхом додавання або видалення шарів деталі. У цій статті Antarctic Bear систематично представить і порівняє два основні процеси обробки поверхні, які зараз є на ринку — парове згладжування та вібраційне полірування, щоб полегшити розуміння відповідних процесів, переваг і недоліків кожного методу.
гладкий пар
Парове згладжування, також відоме як хімічне парове згладжування, — це техніка обробки поверхні, яка піддає надруковані деталі впливу розчинника, що випаровується. Процес промислового парового згладжування вимагає ретельного підвішування одного або кількох компонентів у герметичній камері для максимального впливу. Суміш хімічних розчинників, наприклад FA 326, впорскується та розпилюється в камеру, де вона конденсується та твердне на деталі, усуваючи поверхневі нерівності за допомогою контрольованого плавлення. Коли температура в камері підвищується, залишковий розчинник випаровується та відновлюється. Кінцева частина стає водонепроникною і зберігає гладку внутрішню порожнину, точні розміри та початковий об’єм матеріалу. Для отримання найкращих результатів парового згладжування рекомендується проводити процес у контрольованому середовищі з використанням промислового обладнання, призначеного для 3D-друку парового згладжування. Для тих, хто зацікавлений у методі DIY, парове згладжування може бути досягнуто за допомогою ацетону або етанолу як хімічного розчинника, або в цьому випадку відомого як просочення розчинником. Однак слід бути обережним і вживати відповідних заходів безпеки та обладнання.
△Гладка частина з парою розташована ліворуч, а стандартна обробка поверхні – праворуч (джерело фото: ProtoLabs)
Вібраційне полірування
Вібраційна обробка, з іншого боку, не використовує хімічних речовин для підготовки поверхні. Натомість він покладається на абразивні матеріали для покращення поверхні 3D-друкованої частини. Під час процесу кілька надрукованих на 3D-принтерах деталей поміщають у вібраційний ковш, наповнений вибраним абразивним середовищем і складною мастильною рідиною. При включенні верстата стовбур починає рухатися, створюючи механічне тертя між деталлю і мелуючим тілом. Цей субтрактивний процес покращує якість поверхні деталі шляхом мінімізації та обережного видалення зовнішнього шару матеріалу. Вібраційне тонке полірування вимагає спеціальних заходів та обладнання та пропонує два методи: метод вібрації та метод акробатики. Метод вібрації особливо підходить для великих об’єктів з меншою кількістю деталей і дозволяє швидше досягти бажаного результату.
Вибір абразиву чи стружки має вирішальне значення для вібраційного тонкого полірування. Абразивні чіпи можуть бути виготовлені з кераміки, пластику або сталі, кожна з яких дає різні результати. Керамічні абразиви особливо підходять для видалення задирок і досягнення блискучої поверхні. Завдяки високій щільності вони витримують високий тиск і підходять для обробки деталей з нержавіючої сталі, металу та пластику. Пластикові абразиви ідеально підходять для м’яких делікатних поверхонь, які потребують дбайливої обробки. Вони бувають як пірамідальної, так і конічної форми. Крім того, Walther Trowl розробив абразиви у формі ніпеля для дуже дрібних делікатних деталей у важкодоступних місцях. Сталеві абразиви здебільшого мають сферичну форму та мають мінімальне видалення матеріалу, що робить їх ідеальними для полірування та механічного очищення металевих, срібних або алюмінієвих деталей для забезпечення гладкої поверхні без подряпин.
△Абразиви з кераміки витримують високий тиск. (Джерело: Vibrafinish)
Для процесу вібраційного тонкого полірування, крім абразивів, потрібні також мастильні рідини, тобто компаунди. Склади використовуються для поглинання та видалення зносу деталей, а також для очищення та знежирення деталей. Кислотні сполуки можуть бути обрані для обробки металевих деталей для травлення. Після обробки необхідна сушка. Ці деталі можна висушити у вібраційній сушарці, де вони поміщаються разом із нагрітим сушильним середовищем, таким як кукурудзяне борошно, горіхове борошно або дерев’яні блоки, і вібрують. Крім того, стрічкові сушарки особливо підходять для чутливих і громіздких деталей із внутрішніми каналами та отворами. У стрічковій сушарці 3D-друковані деталі пропускають через систему гарячого повітря на стрічці та сушать таким чином.
Терміни парового згладжування та вібраційного полірування варіюються за часом від десяти хвилин до кількох годин, залежно від кількості та складності деталей, що обробляються.
сумісний матеріал
Vapor Smooth сумісний з більшістю полімерів і еластомерів для 3D-друку. Загальні матеріали для парового згладжування включають акрилонітрил-стирол-акрилат (ASA), акрилонітрил-бутадієн-стирол (ABS), ударостійкий полістирол (залежно від машини), нейлон 11 (PA 11), нейлон 12 (PA 12), поліпропілен (PP) і полікарбонат. /акрилонітрилбутадієнстирол (PC-ABS). Однак варто зазначити, що розгладжування парою за допомогою ТПУ та певних спеціальних ниток не рекомендується. Кожен розчинник, наприклад ацетон, метилетилкетон (MEK), тетрагідрофуран (THF), дихлорметан (DCM) і етилацетат, має власну ефективність і особливості застосування.
Проте вібраційне полірування сумісне з багатьма іншими матеріалами. Наприклад, вібраційне тонке полірування доступне не лише для надрукованих на 3D-принтерах деталей із реактопластів, термопластів та еластомерів, таких як поліетилен (PE), поліпропілен (PP) або поліетилентерефталат (PET), але також може використовуватися для таких металів, як алюміній, нержавіюча сталь сталь, латунь або мідь. Це робить його більш універсальним методом, який можна використовувати як метод пост-обробки для різних методів 3D-друку, таких як FDM/FFF і сплавлення порошкового шару.
△Порівняння вібраційно-полірованих металевих деталей до та після (Джерело: Acton Finishing)
Обмеження та переваги методів постобробки
Обидва процеси пропонують багато переваг щодо зовнішнього вигляду поверхні та продуктивності. Парове згладжування може отримати гладку та водостійку поверхню деталей, порівнянну з литтям під тиском, і покращити подовження, властивості розтягування, властивості вигину деталей, зберегти характеристики, міцність і точність. З іншого боку, вібраційна обробка не забезпечує водостійкість, але також забезпечує винятково гладку поверхню, видаляє сліди покриття та створює поверхню, стійку до подряпин і плям. Компоненти, оброблені методами віброфінішування та парового вирівнювання, створюють гладкі поверхні з глянцевим виглядом. Однак парове згладжування забезпечує більш блискуче покриття, ніж вібраційне тонке полірування. Крім того, деталі, оброблені вібраційним тонким поліруванням, показали значно м’якше та приємніше на дотик.
Однак варто зазначити, що парове згладжування не є найкращим рішенням для кожного друку. Занадто складні, занадто малі, занадто великі або плоскі моделі можуть спотворювати або втрачати деталі, а згодом можуть бути видимі артефакти. Після парового згладжування деталі можуть мати такі дефекти, як перемички, пухирі, сліди укусів, краї, плями, отвори або неповні деталі. Крім того, варто відзначити, що гнучкі матеріали більш схильні до дефектів поверхні, ніж жорсткі. Таким чином, під час парового згладжування рухомих частин або компонентів із з’єднаннями необхідно ретельно вибирати час, щоб уникнути порушення цілісності з’єднань або спричинення прилипання через надмірний вплив пари.
З іншого боку, вібраційне тонке полірування підходить для ширшого діапазону деталей, надрукованих на 3D, ніж парове згладжування, оскільки його можна адаптувати до будь-яких індивідуальних вимог, властивостей матеріалу та структури деталі шляхом вибору різних абразивів і методів. Вібраційна обробка підходить майже для всіх деталей, надрукованих на 3D, за умови, що процес завжди виконується фахівцями. Однак вібраційне полірування може призвести до втрати геометрії деталі. Наприклад, кути і кінчики деталей можуть бути надмірно закругленими і втрачати форму, чого не відбувається при згладжуванні парою. Крім того, вібраційна обробка іноді вимагає подальших процедур сушіння, що подовжує процес.
Область застосування
Парове згладжування – це технологія, яка використовується в таких галузях промисловості, як медицина, автомобільна та авіакосмічна промисловість для обробки водостійких, антимікробних і не хімічних компонентів. Коли мова заходить про вібраційне тонке полірування, медична, автомобільна та спортивна промисловість особливо виграють від цієї технології. У будь-якій галузі гладкі поверхні, особливо металеві частини, важливі для забезпечення належного функціонування та безпечного стану компонентів. Однак парове згладжування та вібраційне тонке полірування можуть бути реалізовані протягом усього циклу розробки продукту, від концептуальних моделей до прототипів і кінцевих продуктів, і використовуються в багатьох галузях промисловості, включаючи медичну, автомобільну та споживчу промисловість. Прикладами деталей, оброблених вібраційним поліруванням, є автомобільні деталі для автомобільної промисловості або роликові ковзани та тренажери для спортивної індустрії. Крім того, ювелірні вироби та посуд проходять вібраційне полірування для споживчого використання. Прикладом обробленої парою деталі, яка часто використовується в автомобільній промисловості, є внутрішні компоненти транспортних засобів, такі як панелі приладів, дверні ручки та елементи центральної консолі. Парове згладжування також використовується в аерокосмічній промисловості для деталей літаків, таких як крила, повітропроводи та деталі двигуна, серед іншого.
картина
△Парове згладжування часто застосовується до деталей літаків в аерокосмічній промисловості (Джерело зображення: Fast Radius)
постачальники і ціни
Різні постачальники послуг, такі як SPALECK GmbH, VibraFinish або Rohde AG, пропонують вібраційне полірування для приватних клієнтів і компаній. Для парового згладжування Xometry, AMT, DyeMansion, Protolabs і Hubs є відомими постачальниками послуг, які пропонують послуги з парового згладжування за допомогою певної машини для постобробки або на основі матеріалу. 3Faktur — німецька компанія, що пропонує послуги парового згладжування та вібраційного полірування. Відомі машини VaporSmoothing, такі як серія AMT PostPro3D і серія Powerfuse S, є рішеннями, наданими Xometry і DyeMansion, тоді як Protolabs і Hubs використовують матеріали SLS і MJFHPA 12, PA 12 і MJF Ultrasint™ TPU-01 відповідно.
Для вібраційного тонкого полірування великі промислові машини таких виробників, як Walther Trowal, AVAtec або Garant, коштують приблизно від 18,{1}} до 21,000 (від 17,000 до 20 євро,{{ 7}}). 2 кг абразивів коштують від 21 до 44 доларів (20 – 40 євро), а 5 літрів суміші – від 21 до 44 доларів (20 – 40 євро). Ціни сильно варіюються залежно від кількості та розміру деталей, які потрібно обробити. Плата за розгладжування парою може становити $5-$15 (€4-€14) залежно від складності деталі, хоча багато виробників зазвичай пропонують послугу лише в комплекті по 10 штук. або більше частин. Придбання самого парового вирівнювача може коштувати від 10{24}} до 30$000 (11{28}}–33000) доларів США, залежно від регіону, виробника та якості .
