Ако някога сте работили с 3D печат, знаете, че дори най-прецизният дигитален дизайн може да се превърне в част, пълна с малки ръбове, линии на слоеве и несъвършенства, когато излезе от принтера. Като доставчик на части за модели за 3D печат, който е работил със стотици клиенти – от екипи по роботика до дизайнери на медицински устройства – прекарах години в отстраняване на проблеми с гладката повърхност и позволете ми да ви кажа: не става въпрос само за завъртане на настройките на принтера. Получаването на това безупречно, елегантно покритие изисква комбинация от интелигентна подготовка, правилните материали и последваща обработка, която е съобразена с целта на вашата част. Независимо дали печатате метални, пластмасови или персонализирани компоненти, има последователни, научно обосновани стъпки, които превръщат груб прототип в част, която изглежда и работи като завършен продукт.
Първо, нека започнем с основата: избор на правилния печатен процес и материали. Много начинаещи скачат към FDM принтерите, защото са достъпни, но екструдирането слой по слой на FDM по своята същност е предразположено към забележими ръбове, особено върху извити повърхности. Ето защо препоръчвам на нашите клиенти да търсят процеси като SLA (стереолитография) или SLS (селективно лазерно синтероване) за по-гладки основни повърхности, в зависимост от техните нужди. За метални части нашата услуга за 3D печат SLA използва алуминий и неръждаема стомана, които произвеждат части с много по-малко линии на първоначалния слой от FDM, благодарение на прецизността на UV втвърдяване или лазерно топене. Ако имате нужда от пластмасови части, нашата линия за пластмасови части за 3D печат е проектирана да сведе до минимум неравностите по повърхността веднага след печатното легло, с гладки, последователни слоеве, които изискват по-малко работа след отпечатване. За медицински части използваме SLA 3D печат за медицински части, които отговарят на строги стандарти за биосъвместимост, а гладката повърхност от смола вече е идеална за приложения, които трябва да влязат в контакт с кожата или вътрешната среда. Дори за персонализирани функционални части, найлоновите части за 3D печат SLS имат естествено гладка повърхност в сравнение с FDM, без необходимост от почистване на линията на слоя в много случаи. Изборът на правилния процес за материала и функцията на вашата част е първата стъпка, която не подлежи на обсъждане – пропускането й ще направи последващата обработка много по-трудна и по-малко ефективна.
На следващо място, прецизното калибриране на вашия принтер и настройки е от ключово значение за намаляване на повърхностните несъвършенства при източника. Много хора пренебрегват колко дребни, ежедневни проблеми с калибрирането допринасят за грубите повърхности. Нека разделим това: първо, нивелиране на дюзата и леглото. За FDM, дюза, която е твърде близо до леглото, изстисква твърде много нишка, което води до издутини и неравномерни слоеве, докато дюза, която е твърде далеч, причинява празнини между слоевете, които се показват като линии. За SLA принтерите височината на слоя смола е критична настройка - по-тънките слоеве (като 0,02 mm вместо 0,1 mm) означават по-малки стъпки между слоевете, така че ръбовете са почти невидими с невъоръжено око. Но ето една уловка: по-тънките слоеве увеличават времето за печат, така че трябва да балансирате скоростта и финала. Друга често пренебрегвана настройка е скоростта на печат. Прекалено бързото печатане означава, че екструдерът или лазерът нямат достатъчно време за равномерно отлагане или втвърдяване на материала, което води до празнини, петна и груби петна. За SLA препоръчваме скорост 20-30 мм в секунда за повечето части; за SLS, 15-25 mm/s дава последователни, гладки слоеве. Температурата също играе роля – за FDM, дюза, която е твърде хладна, причинява неправилно топене на нишката, което води до образуване на бучки, докато за смола SLA, смола, която е твърде топла, може да се втвърди неравномерно, което води до лепкави или грапави повърхности. Винаги казвам на новите клиенти първо да отпечатат малък калибриращ куб - да измерят размерите му и да проверят повърхността за линии - за да променят тези настройки, преди да отпечатат последната ви част. Това са допълнителни 30 минути работа, но спестяват часове последваща обработка по-късно.
След като вашата част е отпечатана, фазата на последваща обработка е мястото, където наистина превръщате грапавата повърхност в гладка и тази стъпка варира в зависимост от материала, който сте използвали. Нека започнем с най-често срещаните процеси, които използваме в нашия магазин:
За частите от SLA смола първата стъпка е измиване и втвърдяване. След отпечатването трябва да отстраните излишната невтвърдена смола – ние използваме изопропилов алкохол (IPA) за това и извършваме измиване от две части: първо 10-минутно накисване, след това 5-минутно изплакване с прясна IPA, за да премахнете всяка част от свободната смола. Ако пропуснете това, останалата смола ще се втвърди неравномерно, оставяйки лепкава, грапава повърхност. След измиване частта отива в камера за UV втвърдяване. Правилното време за втвърдяване е важно – твърде малко и частта е мека и податлива на надраскване, твърде много и може да стане крехка или да образува матова, прашна повърхност. Използваме 10-минутно втвърдяване при 405 nm, което дава твърда, стабилна основа, готова за изглаждане. За SLS части, първата стъпка е обезпрашаване—отстраняване на излишния найлонов прах, който е полепнал по повърхността. Използваме комбинация от въздушна струя и търкаляне с медия, за да отстраним насипния прах, и след това фин вакуум, за да влезе в пукнатините. Найлоновите SLS части могат да имат леко пореста повърхност, ако не се обезпрашат правилно, така че тази стъпка е критична преди изглаждането.
За метални части, след отпечатване на нашата услуга за 3D печат на SLA метал, първата стъпка след това е премахването на носещата конструкция – металните опори се залепват към частта, така че използваме комбинация от прецизна машинна обработка и шлайфане, за да ги премахнем, без да оставяме драскотини. След това извършваме топлинна обработка, за да облекчим вътрешните напрежения, които могат да доведат до изкривяване на детайла и създаване на неравни повърхности. След като това е направено, стъпките на изглаждане стават по-интензивни: комбинация от бластиране с перли (използване на фини стъклени перли за равномерно ецване на повърхността, премахване на малки линии на слоя) и след това шлайфане с фино зърно, последвано от полиране с полиращо колело и смес. За медицински части, които се нуждаят от супер гладка, непореста повърхност, ние също извършваме стъпка на химическо полиране, която използва мек киселинен разтвор, за да разтопи най-горния слой на метала, запълвайки всички малки празнини и оставяйки огледално покритие.
След това има специализирани техники за изглаждане за части, които трябва да изглеждат добре и да функционират добре. За персонализирани части, като нашия персонализиран роботизиран ръчен корпус за хуманоидни и сръчни роботи, повърхността трябва да е достатъчно гладка, за да се движи без захващане, но също така да изглежда чиста за презентации на клиенти. За тях пропускаме по-агресивното шлайфане и бластиране и използваме изглаждане с пара. Парното изглаждане работи чрез излагане на пластмасовата част (като ABS или ASA, обичайно за роботизираните корпуси) на пари от разтворител, които разтопяват горния слой на пластмасата, запълвайки всички линии на слоя и малки несъвършенства. Резултатът е идеално гладка, лъскава повърхност - не е необходимо шлайфане. Ключът тук е контролирането на времето на експозиция: твърде дълго и частта може да се изкриви, твърде кратко и няма да се изглади правилно. Използваме затворена камера, която ни позволява да наблюдаваме температурата и концентрацията на парите, така че всяка част да получава последователни резултати. За части, които трябва да бъдат матирани вместо лъскави, можем да регулираме времето за изпаряване или да използваме стъпка на бластиране с перли след изглаждане с пара, за да създадем мека, равномерна текстура, която все още е гладка на допир.
Друг фактор, който много хора не вземат предвид, е дизайнът на опорната структура. Подпорите са необходими за задържане на надвеси и сложни геометрии по време на печат, но ако са поставени неправилно или са проектирани с твърде много материал, те оставят следи върху повърхността на детайла, когато бъдат премахнати. Например, голяма опора върху извита повърхност ще остави голяма вдлъбнатина, която ще трябва да изглаждате с часове. Ето защо в нашия магазин нашите дизайнери работят в тясно сътрудничество с клиентите, за да поставят опори само там, където са необходими, и използват отделящи се опори (вместо разтварящи се, в зависимост от материала), които оставят минимални следи. За надвеси, по-стръмни от 45 градуса, ние проектираме тънки, редки опори, които лесно се отстраняват с чифт прецизни клещи, като почти не оставят следи. За части с деликатни характеристики, като малки панти или дупки, ние използваме персонализирани поддържащи скелета, които предпазват функцията от повреда по време на печат, така че не се налага да шлифовате счупените ръбове.
Контролът на качеството е последната стъпка, която гарантира, че вашата гладка повърхност остава гладка, дори след като детайлът е използван. Много клиенти смятат, че изглаждането е еднократна стъпка, но части, които са изложени на употреба (като роботизирани корпуси, които се търкат, или медицински части, които се дезинфекцират), могат да получат малки драскотини с течение на времето. Тестваме всяка част за издръжливост на повърхността: за роботизираните части правим тест за триене с мека кърпа, за да сме сигурни, че покритието няма да се надраска лесно; за медицинските части, ние тестваме устойчивост на обикновени дезинфектанти, за да сме сигурни, че гладката повърхност няма да се нарани. Ние също така използваме повърхностен профилометър в нашия магазин, за да измерим стойността на грапавостта (Ra) на всяка част – нашият стандарт за гладки части е Ra < 1,6 микрометра, което е толкова гладко, че едва усещате линиите на слоя, и много по-гладко от повечето готови 3D отпечатани части.
През годините съм виждал клиенти да се борят с гладкостта на повърхността по най-различни причини: избират грешен материал, пропускат калибриране или изрязват ъгли при последваща обработка. Добрата новина е, че всичко е поправимо с правилния подход. Независимо дали отпечатвате персонализиран роботизиран ръчен корпус за вашия екип по роботика, пластмасова част за потребителски продукт или метален компонент за медицинско устройство, започнете с правилния процес (като нашата услуга за 3D отпечатване на метални части SLA от алуминиева неръждаема стомана или нашата линия за 3D отпечатване на SLA за медицински части), правилното калибриране на вашия принтер и използването на целенасочена последваща обработка ще ви осигури онази безупречна гладка повърхност, от която се нуждаете.
Ако сте готови да преминете отвъд грубите 3D отпечатани прототипи и да получите персонализирани части с гладкото покритие, което вашият проект изисква, нашият екип е тук, за да ви помогне. Ние работим с клиенти от различни индустрии, от малки стартиращи компании до големи производствени компании, за да доставяме части, които отговарят както на функционални, така и на естетически изисквания. Свържете се с нашия екип, за да обсъдим вашия проект, независимо дали е обикновена пластмасова част, сложен метален компонент или персонализиран корпус за роботизирано устройство. Ще ви преведем през всяка стъпка, от проектирането до последващата обработка, за да сме сигурни, че получавате гладките, висококачествени части, от които се нуждаете.
Референции
- Gibson, I., Rosen, DW, & Stucker, B. (2015). Технологии за адитивно производство: 3D печат, бързо прототипиране и директно дигитално производство. Спрингър.
- Кампо, Е. (2020). Науката за 3D принтиране на повърхности. 3D печатна индустрия.
- Kalpakjian, S., & Schmid, SR (2019). Производствени процеси за инженерни материали. Пиърсън.
- Griffith, ML, et al. (2014 г.). Повърхностно покритие в адитивното производство: преглед. Journal of Manufacturing Science and Engineering.
