For at polere 3D-printede dele for at opnå en raffineret finish, anvender ingeniører en række industrielle efterbehandlingsteknikker, herunder belægning, sandblæsning og håndbearbejdningsmetoder. Selvom 3D-print kan producere komplekse dele, udviser indledende print ofte ru overflader og markante laglinjer, især i dele produceret ved hjælp af fusioneret depositionsmodellering (FDM). Af denne grund er efterbehandling en ekstremt vigtig del af delproduktionen, idet den udjævner den ru overflade af den ufærdige del ved at tilføje eller fjerne lag af delen. I denne artikel vil Antarctic Bear systematisk introducere og sammenligne to almindelige overfladebehandlingsprocesser, der i øjeblikket er på markedet – dampudjævning og vibrationsfinpolering, for at lette forståelsen af de respektive processer, fordele og ulemper ved hver metode.
damp glat
Vapor Smoothing, også kendt som kemisk dampudglatning, er en overfladebehandlingsteknik, der udsætter trykte dele for et fordampende opløsningsmiddelmiljø. Den industrielle dampudjævningsproces kræver omhyggelig suspension af enkelte eller flere komponenter i et lufttæt kammer for maksimal eksponering. En kemisk opløsningsmiddelblanding, såsom FA 326, injiceres og sprøjtes ind i et kammer, hvor den kondenserer og hærder på delen, hvilket eliminerer overfladeuregelmæssigheder gennem en kontrolleret smeltning. Når kammertemperaturen stiger, fordamper det resterende opløsningsmiddel og genvindes. Den sidste del bliver vandtæt og bevarer sit glatte indre hulrum, præcise dimensioner og originale materialevolumen. For at opnå de bedste dampudjævningsresultater anbefales det, at processen udføres i et kontrolleret miljø ved hjælp af industrielt udstyr designet til 3D-print dampudjævning. For dem, der er interesseret i en gør-det-selv-metode, kan dampudjævning opnås ved at bruge acetone eller ethanol som et kemisk opløsningsmiddel, eller i dette tilfælde kendt som opløsningsmiddelimprægnering. Der skal dog udvises forsigtighed, og passende sikkerhedsforanstaltninger og udstyr skal være på plads.
△Den glatte del er til venstre, og standard overfladebehandling er til højre (fotokilde: ProtoLabs)
Vibrations fin polering
Vibrerende efterbehandling bruger derimod ikke kemikalier til overfladebehandling. I stedet er den afhængig af slibende medier til at forbedre overfladen af den 3D-printede del. Under processen placeres flere 3D-printede dele i en vibrerende spand fyldt med udvalgte slibemedier og sammensat smørevæske. Når maskinen er tændt, begynder tønden at bevæge sig, hvilket skaber mekanisk friktion mellem delen og slibemediet. Denne subtraktive proces forbedrer overfladekvaliteten af delen ved at minimere og forsigtigt fjerne det yderste lag af materiale. Vibrerende finpolering kræver særlige foranstaltninger og udstyr, og tilbyder to metoder: vibrationsmetode og tumlemetode. Vibrationsmetoden er især velegnet til større genstande med færre detaljer og kan hurtigere opnå det ønskede resultat.
Valget af slibemiddel eller spåner er afgørende ved vibrerende finpolering. Slibespåner kan være lavet af keramik, plastik eller stål, der hver især giver forskellige resultater. Keramiske slibemidler er særligt velegnede til afgratning og opnåelse af en skinnende overflade. På grund af deres høje densitet kan de modstå høje tryk og er velegnede til bearbejdning af rustfrit stål, metal og plastdele. Plastslibemidler er ideelle til bløde, sarte overflader, der kræver skånsom efterbehandling. De kommer i både pyramideformede og koniske former. Derudover har Walther Trowl udviklet nippelformede slibemidler til meget små, sarte dele på svært tilgængelige områder. Stålslibemidler er for det meste sfæriske og har minimal materialefjernelse, hvilket gør dem ideelle til polering og mekanisk rensning af metal-, sølv- eller aluminiumsdele for at sikre en glat og ridsefri overflade.
△Slibemidler lavet af keramik kan modstå højt tryk. (Kilde: Vibrafinish)
Ud over slibemidler kræver den vibrerende finpoleringsproces også smørevæsker, altså forbindelser. Forbindelser bruges til at absorbere og fjerne slid fra dele og til at rense og affedte dele. Sure forbindelser kan vælges til bearbejdning af metaldele til bejdsning. Efter forarbejdning kræves tørring. Disse dele kan tørres i en vibrerende tørretumbler, hvor de placeres med et opvarmet tørremedium såsom majskolbemel, nøddemel eller træblokke og vibreres. Alternativt er bæltetørrere særligt velegnede til følsomme og omfangsrige dele med indvendige kanaler og huller. I en båndtørrer føres de 3D-printede dele gennem et varmluftsystem på båndet og tørres på denne måde.
Dampudjævning og vibrerende finish polering behandlinger varierer i tid, fra ti minutter til flere timer, afhængigt af antallet og kompleksiteten af de dele, der behandles.
kompatibelt materiale
Vapor Smooth er kompatibel med de fleste 3D-printpolymerer og elastomerer. Almindelige materialer til dampudjævning inkluderer Acrylonitril Styren Acrylate (ASA), Acrylonitril Butadien Styren (ABS), High Impact Polystyren (afhængigt af maskine), Nylon 11 (PA 11), Nylon 12 (PA 12), polypropylen (PP) og polycarbonat /acrylonitrilbutadienstyren (PC-ABS). Det er dog værd at bemærke, at dampudjævning med TPU og visse specialfilamenter ikke anbefales. Hvert opløsningsmiddel, såsom acetone, methylethylketon (MEK), tetrahydrofuran (THF), dichlormethan (DCM) og ethylacetat, har sine egne effektivitets- og anvendelsesovervejelser.
Vibrerende finpolering er dog kompatibel med mange andre forskellige materialer. For eksempel er vibrerende finpolering ikke kun tilgængelig for 3D-printede dele lavet af hærdeplast, termoplast og elastomerer såsom polyethylen (PE), polypropylen (PP) eller polyethylenterephthalat (PET), kan også bruges til metaller såsom aluminium, rustfrit stål, messing eller kobber. Dette gør det til en mere alsidig metode, der kan bruges som en efterbehandlingsmetode til forskellige 3D-printteknikker såsom FDM/FFF og pulverbedfusion.
△Før og efter sammenligning af vibrationspolerede metaldele (Kilde: Acton Finishing)
Begrænsninger og fordele ved efterbehandlingsteknikker
Begge processer giver mange fordele med hensyn til overfladens udseende og ydeevne. Dampudjævning kan opnå glatte og vandafvisende overfladefinishdele, der kan sammenlignes med sprøjtestøbning, og forbedre forlængelse, trækegenskaber, bøjningsegenskaber af dele, opretholde egenskaber, styrke og præcision. Vibrerende efterbehandling opnår derimod ikke en vandafvisende finish, men giver også en exceptionelt glat overflade, fjerner belægningsmærker og giver en ridse- og pletfast overflade. Komponenter behandlet med vibrofinishing og dampudjævningsmetoder giver glatte overflader med et blankt udseende. Dampudjævning giver dog en mere skinnende finish end vibrerende finpolering. Derudover udviste dele behandlet med vibrerende finpolering en betydeligt blødere, mere behagelig taktil oplevelse.
Det er dog værd at bemærke, at dampudjævning ikke er den bedste løsning til alle print. Modeller, der er for komplekse, for små, for store eller for flade, kan forvrænge eller miste detaljer, og artefakter kan være synlige bagefter. Efter dampudjævning kan dele udvise defekter såsom brodannelse, vabler, bidemærker, kantpuljer, pletter, huller eller ufuldstændige funktioner. Derudover er det værd at bemærke, at fleksible materialer er mere tilbøjelige til overfladefejl end stive materialer. Derfor skal der tages omhyggelig timing ved dampudjævning af bevægelige dele eller komponenter med samlinger for at undgå at kompromittere leddets integritet eller forårsage klæbning på grund af overeksponering for damp.
På den anden side er vibrerende finpolering velegnet til en bredere række af 3D-printede dele end dampudjævning, da den kan tilpasses til alle individuelle krav, materialeegenskaber og delens struktur ved at vælge forskellige slibemidler og metoder. Vibrerende efterbehandling er velegnet til næsten alle 3D-printede dele, så længe processen altid udføres professionelt af specialister. Vibrerende finishpolering kan dog føre til tab af delens geometri. For eksempel kan hjørnerne og spidserne af komponenter være alt for afrundede og miste deres form, hvilket ikke sker ved dampudjævning. Derudover kræver vibrationsbehandling nogle gange efterfølgende yderligere tørreprocedurer, hvilket forlænger processen.
Ansøgningsfelt
Dampudjævning er en teknologi, der foretrækkes af industrier som medicin, bilindustrien og rumfart til behandling af vandbestandige, antimikrobielle og kemikaliefrie komponenter. Når det kommer til vibrerende finpolering, drager især medicin-, bil- og sportsindustrien fordel af denne teknologi. På alle områder er glatte overflader, især metaldele, vigtige for at sikre korrekt funktion og sikre forhold for komponenter. Imidlertid kan dampudjævning og vibrerende finpolering implementeres gennem hele produktudviklingscyklussen, fra konceptmodeller til prototyper til slutprodukter, og bruges i en lang række industrier, herunder medicinal-, bil- og forbrugsvarer. Eksempler på dele behandlet med vibrerende finpolering er bildele til bilindustrien eller rulleskøjter og fitnessudstyr til sportsindustrien. Derudover er smykker og service vibrationsfinpoleret til forbrugerbrug. Et eksempel på en dampudjævnet del, der ofte bruges i bilindustrien, er de indvendige komponenter i køretøjer, såsom instrumentbrætter, dørhåndtag og midterkonsoller. Dampudjævning bruges også i rumfartsindustrien til blandt andet flydele som vinger, luftkanaler og motordele.
billede
△Dampudjævning anvendes ofte på flydele i rumfartsindustrien (Billedkilde: Fast Radius)
leverandører og priser
Forskellige serviceudbydere, såsom SPALECK GmbH, VibraFinish eller Rohde AG, tilbyder vibrerende finpolering til private kunder og virksomheder. Til dampudjævning er Xometry, AMT, DyeMansion, Protolabs og Hubs fremtrædende tjenesteudbydere, der tilbyder dampudjævningstjenester enten ved en specificeret efterbehandlingsløsningsmaskine eller materialebaseret. 3Faktur er en tysk virksomhed, der tilbyder dampudjævning og vibrerende finpolering. Velkendte VaporSmoothing-maskiner såsom AMT PostPro3D-serien og Powerfuse S-serien er løsninger leveret af Xometry og DyeMansion, mens Protolabs og Hubs bruger henholdsvis SLS og MJFHPA 12, PA 12 og MJF Ultrasint™ TPU-01 materialer.
Til vibrerende finpolering koster store industrimaskiner fra producenter som Walther Trowal, AVAtec eller Garant omkring $18,000 til $21,000 (€17,000 til €20,{{ 7}}). 2 kg slibemidler koster mellem $21 – 44 (€20 – 40) og 5 liter slibemiddel omkring $21 – 44 (€20 – 40). Priserne varierer meget afhængigt af mængden og størrelsen af dele, der skal bearbejdes. For dampudjævning kan servicegebyret for udglatning af individuelle dele være $5-$15 (€4-€14) afhængigt af delens kompleksitet, selvom mange producenter typisk kun tilbyder servicen i bundter af 10 eller flere dele. At købe selve dampudjævneren kan koste omkring $10,000 til $30,000 (€11,000–33,000), afhængigt af område, producent og kvalitet .
