С развитием технологии 3D-печати все больше и больше пользователей используют ее для исследований и разработок продуктов, а также для массового производства. Несмотря на то, что применение 3D-печати становится все более зрелым, на поверхности печатной продукции все еще есть некоторые видимые проблемы, такие как очевидные линии слоев и шероховатые поверхности. Сглаживание паром и вибрационная полировка являются двумя основными способами постобработки, чтобы улучшить это. Теперь давайте посмотрим на сравнение двух методов.
Сглаживание пара
Сглаживание паром, также известное как химическое сглаживание парами, представляет собой метод, который включает в себя воздействие на напечатанные детали среды растворителя для обработки поверхности. В промышленных процессах сглаживания паров отдельные или несколько деталей тщательно подвешиваются в закрытой камере для максимального воздействия. Смесь химических растворителей (таких как FA 326) впрыскивается и распыляется в камеру, где она конденсируется и затвердевает на деталях, устраняя неровности поверхности за счет контролируемого плавления. При повышении температуры камеры остаточный растворитель испаряется и восстанавливается. Конечная деталь становится водонепроницаемой, сохраняя при этом гладкие внутренние поверхности, точные размеры и первоначальный объем материала.
Для достижения оптимальных результатов сглаживания пара рекомендуется использовать промышленное оборудование, специально разработанное для 3D-печати сглаживания паров в контролируемой среде. Для тех, кто интересуется методами «сделай сам», ацетон или этанол можно использовать в качестве химических растворителей для сглаживания паров. Тем не менее, необходимо соблюдать осторожность и принимать надлежащие меры безопасности и оборудование.
△ Левая сторона - это секция с плавным паром, а правая сторона - стандартная обработка поверхности (Фото: ProtoLabs)
Вибрационная полировка
С другой стороны, вибрационная полировка не использует химикаты для обработки поверхности. Вместо этого он полагается на шлифовальные тела для улучшения поверхности деталей, напечатанных на 3D-принтере. В этом процессе несколько деталей, напечатанных на 3D-принтере, помещаются в вибрационную чашу, заполненную выбранными мелющими телами и составной смазкой. При включении станка барабан начинает двигаться, создавая механическое трение между деталями и мелющими телами. Этот субтрактивный процесс может свести к минимуму и аккуратно удалить внешний слой материала для улучшения качества поверхности деталей. Вибрационная полировка требует специальных мер и оборудования и предлагает два метода: метод вибрации и метод галтовки. Вибрационный метод особенно подходит для более крупных объектов с меньшим количеством деталей и позволяет быстрее достичь желаемых результатов.
Выбор абразивов или сколов имеет решающее значение при вибрационной полировке. Абразивные фрагменты могут быть изготовлены из керамики, пластика или стали, каждый из которых дает разные результаты. Керамические абразивы особенно эффективны для удаления заусенцев и достижения яркой поверхности поверхности. Благодаря высокой плотности они выдерживают высокое давление и подходят для обработки деталей из нержавеющей стали, металла и пластика. Пластиковые абразивы идеально подходят для бережной обработки мягких деликатных поверхностей. Они бывают пирамидальной или конической формы. Кроме того, компания Walther Trowal разработала абразивы в форме сосков, которые подходят для сверхмелких деликатных деталей в труднодоступных местах. Стальной дробеструйный абразив в основном имеет сферическую форму, обеспечивающую минимальное удаление материала, что делает их особенно подходящими для полировки и механической очистки металлических, серебряных или алюминиевых деталей, обеспечивая гладкие поверхности без царапин.
△ Абразивы на керамической основе выдерживают высокое давление. (Источник: Vibrafinish)
Помимо абразивов, необходимы смазочные материалы, также известные как составы. Эти составы используются для поглощения и снятия износа с деталей, а также для их очистки и обезжиривания. Для обработки металлических деталей можно использовать кислотные составы для травления. После обработки требуется сушка. Детали могут быть помещены в вибрационную сушилку для сушки вместе с нагретыми сушильными средами, такими как кукурузная крупа, крупа скорлупы грецкого ореха или куски древесины.
Совместимые материалы
Сглаживание паром совместимо с большинством полимеров и эластомеров для 3D-печати. Распространенные материалы, подходящие для сглаживания паром, включают акрилонитрил-стиролакрилат (ASA), акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS), ударопрочный полистирол (в зависимости от машины), нейлон 11 (PA 11), нейлон 12 (PA 12), полипропилен (PP) и поликарбонат / акрилонитрил-бутадиен-стирол (PC-ABS). Однако следует отметить, что ТПУ и некоторые специальные нити не рекомендуются для сглаживания пара. Каждый растворитель, такой как ацетон, метилэтилкетон (MEK), тетрагидрофуран (THF), дихлорметан (DCM) и этилацетат, имеет свою эффективность и соображения применения.
С другой стороны, вибрационная полировка совместима со многими различными материалами. Например, вибрационная полировка может использоваться не только для 3D-печатных деталей, изготовленных из термореактивных пластмасс, термопластичных пластмасс и эластомеров (таких как полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП) или полиэтилентерефталат (ПЭТ)), но и для металлов, таких как алюминий, нержавеющая сталь, медь или латунь. Это делает его более универсальным методом, который можно использовать в качестве метода постобработки для различных технологий 3D-печати, таких как FDM/FFF и сварка в порошковом слое.
△ До и после сравнения металлических деталей, обработанных вибрационной полировкой (Источник: Acton Finishing)
Ограничения и преимущества методов постобработки
Оба метода имеют много преимуществ с точки зрения внешнего вида поверхности и характеристик. Паровое сглаживание позволяет получить поверхности, такие же гладкие и водонепроницаемые, как детали, изготовленные методом литья под давлением, а также улучшить удлинение, прочность на растяжение, характеристики изгиба, сохранить характеристики, прочность и точность деталей. С другой стороны, виброполировка не может обеспечить водонепроницаемость, но она может обеспечить исключительно гладкие поверхности, удаляя следы покрытия и создавая устойчивые к царапинам и грязеотталкивающие поверхности. Детали, обработанные с использованием методов вибрационной полировки и сглаживания паром, могут создавать глянцевые гладкие поверхности. Однако, по сравнению с вибрационной полировкой, паровое сглаживание обеспечивает более блестящую поверхность. Кроме того, детали, обработанные вибрационной полировкой, демонстрируют заметно более мягкие и приятные тактильные ощущения.
С другой стороны, виброполировка подходит для более широкого спектра деталей, напечатанных на 3D-принтере, чем сглаживание паром, поскольку она может адаптироваться к любым индивидуальным требованиям, свойствам материалов и структурам, выбирая различные абразивы / методы. До тех пор, пока этот процесс всегда профессионально выполняется специалистами, вибрационная полировка применяется практически ко всем компонентам, напечатанным на 3D-принтере. Однако виброметрия может привести к потере геометрической формы для определенных компонентов. Например, углы и кончики компонента могут стать чрезмерно закругленными и потерять свою форму, чего не происходит при сглаживании паром. Кроме того, вибрационная полировка иногда требует дальнейших процедур сушки впоследствии, что продлевает процесс.
Области применения
Сглаживание паром является предпочтительной технологией в таких отраслях, как медицина, автомобилестроение и аэрокосмическая промышленность для обработки водонепроницаемых, антибактериальных деталей без химических веществ. Когда дело доходит до вибрационной полировки, медицинская, автомобильная и спортивная промышленность особенно выигрывают от этой техники. В каждой области гладкая поверхность (особенно металлические компоненты) имеет решающее значение для обеспечения правильной работы и условий безопасности деталей. Тем не менее, как сглаживание паром, так и вибрационная полировка могут быть реализованы на протяжении всего цикла разработки продукта, превращая концептуальные модели в прототипы и конечные продукты, и широко используются в различных отраслях промышленности, включая медицинскую, автомобильную и потребительскую. Например, детали, обработанные с использованием методов вибрационной полировки, включают автомобильные детали или спортивное оборудование, такое как коньки или оборудование для фитнеса. Кроме того, ювелирные изделия и столовые приборы также полируются с использованием методов вибрационной полировки для потребительского использования. Примером в автомобильной промышленности, где часто используются компоненты, сглаженные паром, являются внутренние компоненты транспортных средств, такие как приборные панели, дверные ручки и элементы центральной консоли. Сглаживание паром также используется для деталей самолетов в аэрокосмической промышленности, таких как крылья, воздуховоды и компоненты двигателя.
△ Сглаживание паром, обычно применяемое к деталям самолетов в аэрокосмической промышленности (Источник изображения: Fast Radius)
Поставщики и цены
Различные поставщики услуг, такие как SPALECK GmbH, VibraFinish или Rohde AG, предлагают услуги вибрационной полировки для частных клиентов и компаний. Для сглаживания пара известные поставщики услуг включают Xometry, AMT, DyeMansion, Protolabs и Hubs. Они предоставляют услуги по сглаживанию пара с помощью специальных машин для последующей обработки растворов или на основе спецификаций материалов. 3Faktur — немецкая компания, предлагающая услуги как по сглаживанию пара, так и по вибрационной полировке. Популярные машины для сглаживания пара, такие как серии AMT PostPro3D и Powerfuse S, поставляются Xometry и DyeMansion соответственно. В протолабораториях и концентраторах используется технология SLS (селективное лазерное спекание) с материалами MJFHPA 12 (Multi Jet Fusion High-Performance PA 12), PA 12 (полиамид 12), MJF Ultrasint™TPU-01.
Что касается вибрационной полировки, то большие промышленные машины, производимые такими производителями, как Walther, Trowal, AVATec или Garant, имеют цены от 18 до 21 тысячи долларов США (от 17 до 20 тысяч евро). Цена абразива весом 2 кг колеблется от 21 до 44 долларов США (от 20 до 40 евро), в то время как компаунд из 5 литров стоит примерно столько же (21 - 44 доллара США / 20 - 40 евро). Цены могут значительно варьироваться в зависимости от количества и размера обрабатываемых деталей. Стоимость одной детали может варьироваться от 5 до 15 долларов США (4–14 евро) в зависимости от сложности; Хотя многие производители обычно предлагают эту услугу только в комплектах не менее десяти деталей. Стоимость покупки самого устройства для разглаживания паров составляет от 10 до 30 тысяч долларов США (от 11 до 33 тысяч евро), в зависимости от региона, производителя и уровня качества.
