Ако някога сте държали найлонова SLS 3D отпечатана част, току що извадена от платформата за изграждане, знаете, че основният продукт има сурово, текстурирано покритие, рохкава пудра, полепнала по всяка цепнатина, и остри ръбове, които могат да се закачат за плат или да надраскат кожата. Като доставчик на найлонови SLS 3D печатни части, прекарах последните пет години в усъвършенстване на работни потоци за последваща обработка, които превръщат тези неполирани строителни части във функционални, високопроизводителни части за индустрии, вариращи от роботика до медицински устройства. Правилната последваща обработка не само подобрява естетиката – тя усилва присъщата на найлона здравина, гъвкавост и издръжливост, което прави разликата между прототип, който работи, и част за крайна употреба, която издържа години на износване. В тази публикация ще разбия най-надеждните, тествани в индустрията методи за последваща обработка на найлонови SLS части, ще споделя примери от реалния свят за това как прилагаме тези техники и ще очертая как да изберете правилния работен процес за вашия конкретен проект.
Първо, важно е това да се основава на това, което прави найлоновите SLS части уникални. Селективното лазерно синтероване (SLS) стопява найлонов прах слой по слой с високомощен лазер, така че частите са изградени в слой от неспечен прах, който действа като естествени поддържащи структури. Това означава, че няма нужда от допълнителен поддържащ материал по време на печат, което е огромно предимство за сложни геометрии – като единствените по рода си вътрешни канали в персонализиран корпус на роботизирана ръка за хуманоидни и сръчни роботи, които произведохме през последното тримесечие. Дори и с това предимство, последващата обработка не подлежи на обсъждане за отключване на пълния потенциал на детайла. Процесът започва с обезпрашаване, основополагаща стъпка, която повечето доставчици правят правилно, но която може да направи или провали последващата работа.
Обезпудриването е първата критична стъпка и тук няма универсален подход. За малки, сложни части с тесни вътрешни кухини (като зъбни колела или електрически съединители) използваме бластиране със сгъстен въздух със система със сух въздух под ниско налягане. Въздухът под високо налягане може да повреди тънките стени от SLS найлон, които са порести веднага след отпечатването, така че ние регулираме въздуха до 20-30 PSI и го насочваме през специално изработени дюзи, които достигат до скрити пукнатини. За по-големи части или партиди от компоненти със среден размер, центробежната вана за обезпрахване работи дори по-добре. Зареждаме части и найлонови носители за многократна употреба във въртящ се барабан, където триенето от движението на преобръщане измества насипния прах, без да надраска повърхностите на частите. За много сложни сглобки, като части от модел за 3D отпечатване, предназначени за архитектурни прототипи, ние ще комбинираме въздушно бластиране с ръчно четкане с помощта на твърди найлонови четки, за да извадим прах от малки празнини, които барабаните не могат да достигнат. Целта тук не е само козметична – хванатият прах може да причини задръстване на части по време на сглобяване или дори да изтрие съединителните повърхности, така че тази стъпка отнема толкова време, колкото е необходимо, за да се гарантира, че всяка кухина е чиста.
След като дадена част е напълно обезпрашена, следващата стъпка е обработката на повърхността, където се случват най-големите подобрения във външния вид и производителността. Естествената пореста текстура на найлона (страничен продукт от процеса на синтероване на SLS) може да бъде недостатък за части, които трябва да издържат на влага, химикали или да имат гладко, индустриално покритие. Най-разпространеният метод за довършване на повърхността на найлонови SLS части е парното изглаждане и това промени играта за нашите клиенти. Парното изглаждане работи чрез излагане на найлоновата част на изпаренията на разтворител като дихлорометан или етанол, които леко разтопяват външния слой на найлон, запълвайки повърхностните пори и сливайки линиите на слоя, които са присъщи на SLS печата. Ние контролираме времето на излагане и температурата, за да избегнем прекомерното изглаждане - прекомерната обработка може да доведе до загуба на повърхностните детайли на частите или дори до изкривяване, особено за тънкостенни компоненти. Например, когато произведохме партида от медицински корпуси, които трябваше да бъдат напълно запечатани и лесни за дезинфекция, използвахме 10-минутен цикъл на изглаждане с пара, който намали грапавостта на повърхността от Ra 12 (суров SLS) до Ra 2, създавайки гладко, непоресто покритие, което премина теста за биосъвместимост ISO 10993. Говорейки за медицински части, този метод също се използва широко за SLA 3D печат за медицински части, които изискват високо ниво на чистота и консистенция, въпреки че сместа от разтворители се коригира леко за различни видове пластмаса.
За клиенти, които се нуждаят от матово, леко текстурирано покритие вместо лъскаво, механичното полиране е по-добра алтернатива. Има два основни метода за механично полиране, на които разчитаме в нашия обект. Първо, вибрационно полиране, при което частите се зареждат във вана с керамична среда и мека полираща смес и се вибрират при висока скорост в продължение на 4-8 часа. Това е чудесно за партиди от малки, идентични части като крепежни елементи или дистанционни елементи, тъй като създава еднакво покритие, без да изисква ръчен труд. За по-големи, еднократни части, като персонализирани компоненти на роботизирана ръка, ние използваме ръчно полиране с памучни колела и полираща паста на найлонова основа. Ръчното полиране ни позволява да се насочим към конкретни зони – като острите ръбове на зъбно колело, които може да са твърде гладки за някои приложения, или плоска монтажна повърхност, която трябва да бъде идеално равна – като същевременно оставяме други зони с фина, неплъзгаща се текстура. Недостатъкът на механичното полиране е, че може да отстрани малко количество материал, така че ние коригираме нашите толеранси за печат съответно за части, които трябва да поддържат точни размери.
Друга стъпка на последваща обработка, която често се пренебрегва, е отгряването, което подобрява механичните свойства на найлона чрез намаляване на вътрешното напрежение, което се натрупва по време на SLS печат. SLS частите се охлаждат бързо след синтероване, което оставя малки вътрешни напрежения, които могат да причинят изкривяване, напукване или непостоянна работа с течение на времето - особено за части, които са изложени на високи температури или повтарящи се натоварвания. Отгряването работи чрез нагряване на детайла до температура точно под точката на топене на найлона (около 170°C за стандартен PA12, най-често срещаният SLS найлон) и го държи там за 2-4 часа, след което го оставяте да се охлади бавно в фурна с контролирана температура. Тествахме това върху части за промишлено оборудване и отгряването увеличи якостта на опън на нашите найлонови SLS части с до 15%, правейки ги способни да издържат на по-големи натоварвания, без да се счупят. Например, клиент, който се нуждаеше от корпус за роботизиран задвижващ механизъм с високо натоварване, първоначално имаше части, които се напукаха след 10 000 цикъла на натоварване; след отгряване същите тези части преминаха през 50 000 цикъла без повреда. Отгряването също е критично за части, които ще се използват на открито, тъй като прави материала по-устойчив на температурни колебания и UV излагане.
За части, които се нуждаят от допълнителна издръжливост, устойчивост на химикали или цветно покритие, ние прилагаме покритие и боядисване като последна стъпка. Найлонът е полукристален полимер, така че не прилепва добре към стандартни бои или покрития без подготовка на повърхността. Винаги шлайфаме и почистваме части с изопропилов алкохол преди нанасяне на покритие, за да отстраним всички останали замърсители, които биха попречили на адхезията. Най-често срещаните покрития, които използваме, са прахови покрития, които се нанасят електростатично и се втвърдяват в пещ. Праховите покрития създават плътно, издръжливо покритие, което е устойчиво на драскотини, химикали и влага – идеално за външни части или корпуси на промишлено оборудване. За клиенти, които искат по-леко, гъвкаво покритие, ние използваме прозрачни или оцветени полиуретанови покрития, които добавят тънък слой защита, без да намаляват характерната гъвкавост на найлона. Ние също така експериментирахме с цветни найлонови SLS части, като добавихме пигмент към праха по време на печат, но последващото покритие дава на клиентите повече контрол върху точните съвпадения на цветовете, както и опцията за добавяне на UV инхибитори към покритието за външни приложения.
Сега нека поговорим за това как да изберете правилния метод за последваща обработка за вашия конкретен проект, защото един размер определено не пасва на всички. Ако правите прототип, който просто трябва да изглежда добре за търговско изложение, парното изглаждане или вибрационното полиране ще ви осигурят готово покритие за изложбена зала за няколко часа. Ако правите част за крайна употреба, която трябва да издържа на големи натоварвания, отгряването не подлежи на обсъждане и ще искате да го съчетаете или с механично полиране, или с прахово покритие за издръжливост. За медицинските части обезпрашаването е изключително критично и ние често ще добавяме вторична ултразвукова стъпка на почистване в дестилирана вода, за да гарантираме, че във вътрешните кухини няма остатъчен прах.
Също така си струва да се отбележи, че последващата обработка добавя време за изпълнение, така че когато планирате графика на проекта си, трябва да вградите 1-3 допълнителни дни за тези стъпки, в зависимост от сложността на детайла. Необработените SLS части отнемат около 1-2 дни за печат, но последващата обработка може да добави още 1-5 дни, в зависимост от метода. Ние винаги съобщаваме ясно тази времева линия на клиентите предварително, така че няма изненади.
Като доставчик, ние също научихме, че вслушването в специфичните нужди на нашите клиенти е от ключово значение. Преди няколко години стартираща компания дойде при нас с персонализиран роботизиран ръчен корпус за хуманоидни и сръчни роботи, със сложна геометрия, включваща 12 малки вътрешни канала и гладка външна обвивка. Те се нуждаеха от частта да бъде достатъчно здрава, за да захваща предмети, без да се счупи, но достатъчно лека, за да поддържа ниското тегло на робота, и имаха нужда вътрешните канали да бъдат напълно без прах, така че въздухът да може да тече през тях за интегриране на сензора. Използвахме комбинация от центробежно обезпрашаване, за да извадим по-голямата част от праха, последвано от струя със сгъстен въздух с фина дюза, за да изчистим вътрешните канали, след това отгряване, за да намалим вътрешното напрежение, и накрая тънко полиуретаново покритие за запечатване на повърхността. Частта работи перфектно за първия им прототип и оттогава са поръчали още 50 бройки.
Разбира се, ние не произвеждаме само найлонови части в нашето съоръжение. Ние работим с широка гама от материали, включително ABS пластмаса за бързи прототипи, когато устойчивостта на удар е основен приоритет, както можете да видите на тази връзка за услугата за 3D печат ABS Plastic Rapid Prototype. За метални части предлагаме висококачествен 3D печат на метални части SLA алуминий от неръждаема стомана за промишлени приложения, а за медицински устройства имаме дългогодишен опит с SLA 3D печат за медицински части, които отговарят на строги регулаторни стандарти. Всички наши части, независимо от материала, преминават през строга последваща обработка, за да се гарантира, че отговарят на точните спецификации на нашите клиенти.
Ако работите по проект, който използва найлонови SLS части, правилният работен процес за последваща обработка може да превърне една добра част в страхотна. В нашето съоръжение ние не просто следваме общи стъпки за последваща обработка – ние приспособяваме всеки работен процес към нуждите на клиента, като тестваме проби, коригираме сроковете и проверяваме качеството на всяка стъпка, за да сме сигурни, че крайната част е точно това, от което се нуждаят. Независимо дали правите прототип, персонализиран роботизиран компонент или медицинско устройство, ние имаме експертния опит да ви преведем през целия процес, от дизайна до крайната част.
Ако имате въпроси относно последващата обработка на вашите найлонови SLS части или ако искате да поискате оферта за следващия си проект, ще се радваме да ви помогнем да разработите работен процес, който отговаря на вашите нужди. Свържете се с нашия екип днес, за да започнете разговора.
препратки:
- Gibson, I., Rosen, DW, & Stucker, B. (2015). Технологии за адитивно производство: 3D печат, бързо прототипиране и директно дигитално производство. Спрингър.
- Ан, Д. (2015). "Обезпрахване и довършване на селективни лазерно синтеровани части." Journal of Manufacturing Processes, vol. 20, стр. 492-500.
- ISO 10993-5:2009, Биологично оценяване на медицински изделия – Част 5: Тестове за in vitro цитотоксичност.
- Ding, J., et al. (2020 г.). „Ефект от отгряването върху механичните свойства на части от найлон 12, произведени чрез селективно лазерно синтероване.“ Материали и дизайн, том. 192, стр. 108765.
