Овладяване на последващата обработка при 3D принтиране: Изчерпателно ръководство

3D принтирането революционизира производството, прототипирането и дизайна по целия свят. Въпреки че самият процес на принтиране е завладяващ, истинската магия често се крие в етапите на последващата обработка. Това изчерпателно ръководство изследва света на последващата обработка при 3D принтиране, обхващайки основни техники, най-добри практики и усъвършенствани методи, приложими за различни материали и технологии за принтиране.

Защо последващата обработка е важна?

Последващата обработка е поредицата от операции, извършвани върху 3D принтирана част, след като тя излезе от принтера. Тези стъпки са от решаващо значение по няколко причини:

• Подобрена естетика: Необработените 3D отпечатъци често показват линии на слоевете, следи от подпори и като цяло грапава повърхност. Последващата обработка подобрява външния вид на частта.
• Подобрена функционалност: Последващата обработка може да подобри механичните свойства на частта, като нейната здравина, издръжливост и устойчивост на топлина или химикали.
• Постигане на специфични толеранси: Някои приложения изискват много точни размери. Техниките за последваща обработка могат да помогнат за постигане на тези строги толеранси.
• Изисквания за повърхностно покритие: В зависимост от приложението, може да е необходимо специфично повърхностно покритие (например гладко, матово, лъскаво).
• Премахване на поддържащи структури: Много процеси на 3D принтиране изискват поддържащи структури за изграждане на сложни геометрии. Тези подпори трябва да бъдат премахнати след принтиране.

Обичайни 3D технологии за принтиране и техните нужди от последваща обработка

Специфичните стъпки за последваща обработка, които се изискват, зависят в голяма степен от използваната технология за 3D принтиране. Ето разбивка на обичайните технологии и техните типични работни процеси за последваща обработка:

Моделиране чрез отлагане на стопилка (FDM)

FDM, известен също като Fused Filament Fabrication (FFF), е широко използвана технология, която екструдира разтопен пластмасов филамент слой по слой. Популярните материали включват PLA, ABS, PETG и Nylon.

Типични стъпки за последваща обработка при FDM:

• Премахване на подпори: Премахването на поддържащите структури обикновено е първата стъпка. Това може да се направи ръчно с инструменти като клещи, ножове или специализирани инструменти за премахване на подпори. За разтворими поддържащи материали (напр. PVA), частта може да бъде потопена във вода, за да се разтворят подпорите.
• Шлайфане: Шлайфането се използва за изглаждане на линиите на слоевете и премахване на несъвършенства. Започнете с шкурка с груба зърненост (напр. 120-180 зърненост) и постепенно преминете към по-фина зърненост (напр. 400-600 зърненост) за по-гладко покритие.
• Запълване: Пролуките и несъвършенствата могат да бъдат запълнени с пълнители като епоксиден кит или специализирани пълнители за 3D принтиране.
• Грундиране: Слой грунд помага за създаване на гладка, еднородна повърхност за боядисване.
• Боядисване: Боядисването може да добави цвят, детайли и защита към частта. Използвайте бои, специално проектирани за пластмаси.
• Покритие: Нанасянето на прозрачен слой или уплътнител може да защити боята и да добави лъскаво или матово покритие.

Пример: Последваща обработка на FDM-принтиран ABS корпус за Raspberry Pi

Представете си, че сте 3D принтирали корпус за Raspberry Pi с помощта на ABS филамент. Процесът би включвал: 1. Премахване на подпори: Внимателно отстранете поддържащите структури с клещи или остър нож. 2. Шлайфане: Започнете с шкурка със зърненост 180, за да премахнете забележимите линии на слоевете, след което преминете към зърненост 320 и 400 за по-гладка повърхност. Съсредоточете се върху видимите външни повърхности. 3. Запълване (по избор): Ако има някакви малки пролуки или несъвършенства, ги запълнете с ABS каша (разтворен ABS филамент в ацетон). Оставете го да изсъхне напълно. 4. Грундиране: Нанесете тънък, равномерен слой пластмасов грунд. Оставете го да изсъхне напълно. 5. Боядисване: Нанесете два или три тънки слоя от желания от вас цвят, като използвате спрей боя, предназначена за пластмаси. Оставете всеки слой да изсъхне напълно, преди да нанесете следващия. 6. Прозрачно покритие (по избор): Нанесете прозрачен слой, за да защитите боята и да осигурите лъскаво покритие.

Стереолитография (SLA) и цифрова обработка на светлината (DLP)

SLA и DLP са технологии за 3D принтиране, базирани на смола, които използват светлина за втвърдяване на течна смола. Тези технологии предлагат висока разделителна способност и гладки повърхностни покрития, което ги прави подходящи за детайлни части.

Типични стъпки за последваща обработка при SLA/DLP:

• Измиване: След принтиране частите трябва да бъдат измити в изопропилов алкохол (IPA) или специализиран препарат за почистване на смола, за да се отстрани незаздравената смола.
• Втвърдяване: Частите обикновено се втвърдяват под UV светлина, за да се втвърди напълно смолата и да се подобрят техните механични свойства.
• Премахване на подпори: Подпорите обикновено се отстраняват ръчно с машинки за подстригване или остър нож.
• Шлайфане: Може да е необходимо леко шлайфане, за да се премахнат следите от подпори или несъвършенствата.
• Полиране: Полирането може да подобри повърхностното покритие и да създаде лъскав вид.
• Покритие: Могат да се нанасят покрития за подобряване на химическата устойчивост или добавяне на защитен слой.

Пример: Последваща обработка на SLA-принтирана миниатюрна фигурка

Да кажем, че сте 3D принтирали много детайлна миниатюрна фигурка с помощта на SLA принтер. Последващата обработка би включвала: 1. Измиване: Потопете фигурката в IPA за 10-20 минути, като леко я разклащате, за да отстраните незаздравената смола. Използвайте мека четка, за да почистите труднодостъпните места. 2. Втвърдяване: Поставете фигурката в камера за UV втвърдяване за препоръчителното време, обикновено 30-60 минути, в зависимост от използваната смола. 3. Премахване на подпори: Внимателно отстранете поддържащите структури с остри машинки за подстригване или хоби нож, като внимавате за деликатните детайли. 4. Шлайфане (по избор): Ако е необходимо, леко шлифовайте останалите следи от подпори с много фина шкурка (напр. 600-800 зърненост). 5. Боядисване (по избор): Грундирайте и боядисайте фигурката с акрилни бои, за да я съживите. 6. Прозрачно покритие (по избор): Нанесете прозрачен слой, за да защитите боята и да добавите лъскаво или матово покритие.

Селективно лазерно синтероване (SLS)

SLS е технология за 3D принтиране на прахова основа, която използва лазер за сливане на прахови частици. Материалите включват Nylon, TPU и други полимери.

Типични стъпки за последваща обработка при SLS:

• Отстраняване на прах: Отстраняването на несинтероването прах от частта е основната стъпка за последваща обработка. Това може да се направи със сгъстен въздух, четки или автоматизирани системи за отстраняване на прах.
• Бластиране с мъниста: Бластирането с мъниста може да изглади повърхността и да премахне всички останали остатъци от прах.
• Боядисване: SLS частите могат да бъдат боядисани, за да се добави цвят.
• Покритие: Могат да се нанасят покрития за подобряване на химическата устойчивост, водонепроницаемост или други свойства.

Пример: Последваща обработка на SLS-принтирана найлонова скоба

Представете си, че сте 3D принтирали найлонова скоба за промишлено приложение с помощта на SLS. Последващата обработка би включвала: 1. Отстраняване на прах: Внимателно отстранете несинтероването прах от скобата със сгъстен въздух и четки. Уверете се, че всички вътрешни кухини са старателно почистени. 2. Бластиране с мъниста: Бластирайте скобата с мъниста, за да изгладите повърхността и да премахнете всички останали прахови частици. Използвайте фина среда за мъниста за последователно покритие. 3. Боядисване (по избор): Ако желаете, боядисайте скобата в определен цвят за идентификация или естетически цели. 4. Покритие (по избор): Нанесете защитно покритие за подобряване на химическата устойчивост или водонепроницаемост, в зависимост от изискванията на приложението.

Селективно лазерно топене (SLM) и директно лазерно синтероване на метал (DMLS)

SLM и DMLS са технологии за 3D принтиране на метал, които използват лазер за стопяване на метален прах. Материалите включват алуминий, титан, неръждаема стомана и никелови сплави.

Типични стъпки за последваща обработка при SLM/DMLS:

• Премахване на подпори: Подпорите обикновено се отстраняват с помощта на жично EDM (електроерозийна обработка) или механична обработка.
• Топлинна обработка: Топлинната обработка може да облекчи напрежението и да подобри механичните свойства на частта.
• Механична обработка: Може да е необходима механична обработка за постигане на точни размери и повърхностни покрития.
• Повърхностна обработка: Техниките за повърхностна обработка като полиране, шлифоване или пясъкоструене могат да подобрят качеството на повърхността.
• HIP (Горещо изостатично пресоване): HIP може да намали порьозността и да подобри плътността на частта.

Пример: Последваща обработка на DMLS-принтиран титанов имплант

Разгледайте титанов имплант, създаден с помощта на DMLS за медицински приложения. Последващата обработка включва: 1. Премахване на подпори: Отстранете поддържащите структури с помощта на жично EDM, за да сведете до минимум напрежението и повредите на импланта. 2. Топлинна обработка: Подложете импланта на топлинна обработка, за да облекчите остатъчните напрежения и да подобрите неговите механични свойства, като гарантирате биосъвместимост и структурна цялост. 3. Механична обработка (по избор): Прецизно обработете критичните зони на импланта, за да постигнете необходимите размери и повърхностно покритие за оптимално прилягане и функционалност. 4. Повърхностна обработка: Полирайте или пасивирайте повърхността, за да създадете гладка, биосъвместима повърхност, която насърчава остеоинтеграцията (растеж на кост около импланта). 5. HIP (по избор): Използвайте HIP за допълнително намаляване на всяка оставаща порьозност и подобряване на плътността на импланта, увеличавайки неговата здравина и устойчивост на умора.

Подробни техники за последваща обработка

Премахване на подпори

Премахването на поддържащите структури е основна стъпка в много работни процеси за последваща обработка при 3D принтиране. Най-добрият подход зависи от материала на подпорите, геометрията на частта и желаното повърхностно покритие.

• Ръчно премахване: Използвайки инструменти като клещи, резачки и ножове, внимателно отчупете подпорите. Отделете време и избягвайте да повредите частта.
• Разтворими подпори: Разтворете разтворими поддържащи материали във вода или специализиран разтворител. Това е чист и ефективен метод за сложни геометрии.
• Отчупващи се подпори: Тези подпори са проектирани да бъдат лесно отчупени.

Шлайфане

Шлайфането е важна техника за изглаждане на повърхности и премахване на линии на слоевете. Ключът е да започнете с груба зърненост и постепенно да преминете към по-фина зърненост.

• Мокро шлайфане: Мокрото шлайфане може да помогне за предотвратяване на запушването на шкурката и да осигури по-гладко покритие. Използвайте вода с капка сапун.
• Електрическо шлайфане: Електрическите шлифовъчни машини могат да ускорят процеса на шлайфане, но внимавайте да не прегреете пластмасата.
• Събиране на прах: Винаги носете маска и работете в добре проветриво помещение, за да избегнете вдишването на прах от шлайфане.

Запълване

Запълването се използва за поправяне на пролуки, несъвършенства и шевове в 3D принтирани части. Предлагат се няколко вида пълнители:

• Епоксиден кит: Епоксидният кит е универсален пълнител, който може да се използва върху различни материали.
• Пълнители за 3D принтиране: Специализираните пълнители са проектирани специално за 3D принтирани части и често съответстват на свойствата на материала на частта.
• ABS каша: ABS каша (разтворен ABS филамент в ацетон) може да се използва за запълване на пролуки в ABS части.

Грундиране

Грундирането създава гладка, еднородна повърхност за боядисване и помага на боята да се залепи по-добре към пластмасата. Изберете грунд, който е съвместим с пластмасовия материал.

• Спрей грунд: Спрей грундовете са лесни за нанасяне и осигуряват последователно покритие.
• Грунд за нанасяне с четка: Грундовете за нанасяне с четка могат да се използват за детайлни зони.

Боядисване

Боядисването добавя цвят, детайли и защита към 3D принтирани части. Използвайте бои, специално проектирани за пластмаси. Акрилните бои са популярен избор.

• Спрей боядисване: Спрей боядисването осигурява гладко, равномерно покритие. Нанесете няколко тънки слоя, а не един дебел слой.
• Боядисване с четка: Боядисването с четка може да се използва за детайлни зони и фини линии.
• Аерография: Аерографията осигурява най-голям контрол и позволява сложни дизайни и градиенти.

Покритие

Покритието добавя защитен слой към боята и може да осигури лъскаво, матово или сатенено покритие. Покритията също могат да подобрят химическата устойчивост и водонепроницаемост.

• Прозрачен слой: Прозрачните слоеве защитават боята и добавят лъскаво или матово покритие.
• Епоксидно покритие: Епоксидните покрития осигуряват отлична химическа устойчивост и водонепроницаемост.

Изглаждане с пари

Изглаждането с пари е техника, която използва химически пари за стопяване на повърхността на 3D принтирана част, създавайки гладко, лъскаво покритие. Тази техника обикновено се използва с ABS и други разтворими пластмаси. Внимание: Изглаждането с пари включва потенциално опасни химикали и трябва да се извършва с подходящи предпазни мерки и вентилация.

Полиране

Полирането се използва за създаване на гладка, лъскава повърхност върху 3D принтирани части. Тази техника обикновено се използва с отпечатъци на базата на смола.

• Ръчно полиране: Използва полиращи кърпи и съединения за изглаждане на повърхността.
• Механично полиране: Използва инструменти като ротационни инструменти с полиращи приставки за ускоряване на процеса.

Усъвършенствани техники за последваща обработка

Галванизация

Галванизацията е процес на покриване на 3D принтирана част с тънък слой метал. Това може да подобри външния вид, издръжливостта и електрическата проводимост на частта.

Прахово боядисване

Праховото боядисване е процес на нанасяне на сухо прахово покритие върху 3D принтирана част. След това прахът се втвърдява с топлина, създавайки издръжливо, равномерно покритие. Това често се използва върху метални 3D принтирани части.

Текстуриране на повърхността

Текстурирането на повърхността може да добави уникални естетически и функционални свойства към 3D принтирани части. Техниките включват:

• Пясъкоструене: Създава матово покритие.
• Лазерно ецване: Добавя сложни дизайни и шарки.

Съображения за безопасност

Последващата обработка може да включва опасни материали и инструменти. Винаги спазвайте тези предпазни мерки за безопасност:

• Носете подходящи лични предпазни средства (ЛПС), включително ръкавици, маски и защита за очите.
• Работете в добре проветриво помещение.
• Следвайте инструкциите на производителя за всички материали и инструменти.
• Изхвърляйте отпадъчните материали правилно.

Избор на правилните техники за последваща обработка

Най-добрите техники за последваща обработка за дадена 3D принтирана част зависят от няколко фактора:

• Материал: Различните материали изискват различни техники за последваща обработка.
• Технология за принтиране: Използваната технология за принтиране ще повлияе на повърхностното покритие и видовете подпори, които трябва да бъдат премахнати.
• Приложение: Предвидената употреба на частта ще определи необходимото ниво на покритие и функционалност.
• Бюджет: Някои техники за последваща обработка са по-скъпи от други.

Глобални примери за приложения за последваща обработка

• Медицински импланти (Европа): Компании в Европа използват усъвършенствани техники за последваща обработка като HIP и специализирани покрития, за да създадат биосъвместими и издръжливи 3D принтирани медицински импланти. Последващата обработка гарантира, че имплантите отговарят на строгите регулаторни изисквания за безопасност и ефективност.
• Автомобилни прототипи (Северна Америка): Автомобилните производители в Северна Америка използват FDM и SLA 3D принтиране за бързо прототипиране. Последващата обработка, включително шлайфане, запълване и боядисване, е от решаващо значение за създаване на реалистични прототипи, които могат да бъдат използвани за валидиране на дизайна и маркетингови цели.
• Потребителска електроника (Азия): В Азия компаниите използват 3D принтиране за създаване на персонализирани корпуси за потребителска електроника. Последващата обработка, като изглаждане с пари и галванизация, се използва за постигане на висококачествени повърхностни покрития, които отговарят на естетическите изисквания на пазара.
• Аерокосмически компоненти (Австралия): Австралийските аерокосмически компании използват метално 3D принтиране за производство на леки и сложни компоненти. Стъпките за последваща обработка, като топлинна обработка и механична обработка, са от решаващо значение за гарантиране, че компонентите отговарят на строгите аерокосмически стандарти за здравина и издръжливост.

Заключение

Овладяването на последващата обработка при 3D принтиране е от съществено значение за отключване на пълния потенциал на адитивното производство. Като разберете различните техники и техните приложения, можете да създавате части, които са не само функционални, но и визуално привлекателни и готови за реална употреба. Независимо дали сте любител, дизайнер или производител, инвестирането в знания и умения за последваща обработка значително ще подобри качеството и стойността на вашите 3D принтирани творения. Тъй като технологията за 3D принтиране продължава да се развива, така ще се развиват и техниките за последваща обработка, предлагайки още повече възможности за иновации и персонализиране в различни индустрии по целия свят.