Для получения гладкой и ровной поверхности изделий после 3D печати производители используют разные методы финишной отделки: нанесение покрытий, ручную или пескоструйную обработку и многое другое. Постобработка очень важна для аддитивного производства, так как изначально готовые детали имеют шероховатую поверхность и заметные линии слоев (особенно при FDM-печати). Из статьи вы узнаете о двух распространенных способах финишной отделки: сглаживании паром и виброшлифовании. Мы сравним их процессы, преимущества и недостатки, совместимые материалы, сферы применения и поставщиков.
Процесс
А. Сглаживание паром (vapor smoothing)
Сглаживание паром или химический горячий пар – это метод постобработки, при котором напечатанные на 3D принтере детали обрабатывают испаряющимся растворителем. В промышленности их помещают в закрытую камеру и распыляют там смесь химических растворителей (например, FA 326). Далее она конденсируется и затвердевает на детали, тем самым выравнивая ее поверхность. По мере повышения температуры в камере остатки растворителя испаряются.
После постобработки деталь становится водонепроницаемой, сохраняя гладкие внутренние полости, исходные размеры и объем материала. Для достижения оптимального результата процесс рекомендуется проводить в контролируемой среде на специальном промышленном оборудовании, подходящем для 3D печати. На любительском уровне сглаживание паром можно выполнить путем погружения изделий в растворитель (ацетон или этанол).
Б. Виброшлифование (vibratory finishing)
Для следующего популярного метода постобработки используется абразивная среда, а не химические вещества. В ходе этого процесса несколько напечатанных на 3D принтере деталей помещают в вибрационную ванну с абразивами и смазочной жидкостью (компаундом). При запуске ванна начинает двигаться, создавая механическое трение между деталью и абразивной средой. В результате верхний слой изделия аккуратно снимается, что улучшает качество его поверхности. Существует две технологии виброшлифования: вибрация и галтовка. Первая выполняется быстрее и подходит для более крупных и менее детализированных объектов. Вторая же проводится медленнее и мягче, поэтому она лучше подходит для мелких деталей с высокой детализацией.
Не менее важен выбор абразивов для виброшлифования, которые изготавливаются из керамики, пластика или стали. Керамические абразивы хорошо удаляют заусенцы и придают поверхности блеск. Они имеют высокую плотность, поэтому оптимальны для обработки металлических и полимерных изделий. Пластиковые абразивы конической формы идеально подходят для мягких и тонких поверхностей, требующих бережной обработки. Стальные абразивы (в основном сферической формы) минимально воздействуют на материал. Их часто используют для полировки и механической очистки деталей из металлов (в том числе серебра и алюминия), чтобы придать им гладкую поверхность без царапин.
Как сглаживание паром, так и виброшлифование могут длиться от десяти минут до нескольких часов, в зависимости от количества и сложности обрабатываемых деталей.
Совместимые материалы
Технология vapor smoothing подходит для обработки большинства печатаемых на 3D принтере полимеров и эластомеров. С ней совместимы такие материалы, как ASA, ABS, ударопрочный полистирол (зависит от устройства), нейлон PA 11 и PA 12, полипропилен (PP) и PC-ABS. Стоит отметить, что сглаживание паром не рекомендуется применять для термопластичного полиуретана (TPU) и некоторых специальных филаментов. Для него используют такие растворители, как ацетон, метилэтилкетон (МЭК), тетрагидрофуран (ТГФ), дихлорметан (ДХМ) и этилацетат. Каждый из них имеет разную эффективность и свойства.
Виброшлифование – это более универсальная технология, подходящая для обработки изделий из реактопластов, термопластов и эластомеров: таких как полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП) или полиэтилентерефталат (ПЭТ). Еще ее можно использовать для некоторых металлов, включая алюминий, нержавеющую сталь, латунь и медь. Это делает ее совместимой с рядом технологий 3D печати, в том числе FDM/FFF и селективным лазерным плавлением.
Преимущества и недостатки
Сглаживание паром делает поверхность гладкой и водонепроницаемой, как у изготовленных при помощи литья под давлением изделий. Также оно сохраняет прочность и качество деталей, улучшая их свойства удлинения, растяжения и изгиба. Виброшлифование не придает водонепроницаемость, но делает поверхность гладкой и устойчивой к царапинам, а еще удаляет следы покрытий. После vapor smoothing детали становятся более блестящими, а после vibratory finishing мягче и приятнее на ощупь.
Впрочем, сглаживание паром не подходит для слишком мелких или сложных изделий с большим количеством компонентов: из-за него они могут деформироваться или потерять детали. Также процесс нередко приводит к образованию дефектов на деталях, которые чаще появляются на гибких изделиях. Следует с осторожностью обрабатывать движущиеся части или детали с соединениями, чтобы не нарушить их целостность.
Виброшлифование не имеет столь строгих ограничений и легче адаптируется к конструкции изделия и свойствам материала, благодаря выбору абразивов и способов обработки. Эта технология подходит практически для всех деталей, напечатанных на 3D принтере. Однако она может привести к потере геометрии компонента – например, излишнему скруглению углов и кончиков. Также после нее требуется сушка изделий.
Сферы применения
Сглаживание паром активно применяется в медицине, автомобилестроении и аэрокосмической отрасли для тех изделий, которым важна водонепроницаемость, стойкость к химикатам и стерильность. Виброшлифование также востребовано в медицинской, автомобильной и спортивной индустрии. Еще вибрационной отделке нередко подвергают ювелирные изделия и столовые приборы перед отправкой в продажу. А сглаживание паром задействуют для элементов салона автомобилей (приборные панели, дверные ручки и т.д.) и деталей самолетов (крыльев, воздуховодов, компонентов двигателей и т.д.). Обе технологии постобработки используются на протяжении всего цикла разработки продукта: от концептов и прототипов до готовых изделий.
Поставщики
Технологию виброшлифования поставляют компании SPALECK GmbH, VibraFinish и Rohde AG как для частных, так и для корпоративных клиентов. Известными поставщиками технологии сглаживания паром являются компании Xometry, AMT, DyeMansion, Protolabs и Hubs. Они предлагают ее в виде оборудования для постобработки или в виде материала. Немецкая компания 3Faktur предоставляет услуги по сглаживанию паром и виброшлифовке. Бренды Xometry и DyeMansion известны своими машинами для vapor smoothing, куда входит линейка AMT PostPro3D и серия Powerfuse S. Решения от Protolabs и Hubs работают с материалами SLS и MJF HPA 12, PA 12 и MJF Ultrasint™ TPU-01 соответственно.
