Zvládnutí následného zpracování 3D tisku: Komplexní průvodce

3D tisk způsobil revoluci ve výrobě, prototypování a designu po celém světě. Zatímco samotný proces tisku je fascinující, skutečné kouzlo často spočívá v fázích následného zpracování. Tento komplexní průvodce zkoumá svět následného zpracování 3D tisku a pokrývá základní techniky, osvědčené postupy a pokročilé metody použitelné pro různé materiály a tiskové technologie.

Proč je následné zpracování důležité?

Následné zpracování je série operací prováděných na 3D tištěném dílu poté, co vyjde z tiskárny. Tyto kroky jsou zásadní z několika důvodů:

Vylepšená estetika: Surové 3D výtisky často vykazují vrstevnice, stopy po podpěrách a obecně hrubý povrch. Následné zpracování vzhled dílu vylepšuje.
Vylepšená funkčnost: Následné zpracování může zlepšit mechanické vlastnosti dílu, jako je jeho pevnost, trvanlivost a odolnost vůči teplu nebo chemikáliím.
Dosažení specifických tolerancí: Některé aplikace vyžadují velmi přesné rozměry. Techniky následného zpracování mohou pomoci dosáhnout těchto úzkých tolerancí.
Požadavky na povrchovou úpravu: V závislosti na aplikaci může být nutná specifická povrchová úprava (např. hladká, matná, lesklá).
Odstranění podpůrných struktur: Mnoho procesů 3D tisku vyžaduje podpůrné struktury k vytvoření složitých geometrií. Tyto podpěry je nutné po tisku odstranit.

Běžné technologie 3D tisku a jejich potřeby následného zpracování

Specifické kroky následného zpracování závisí do značné míry na použité technologii 3D tisku. Zde je rozpis běžných technologií a jejich typických pracovních postupů následného zpracování:

Modelování tavením (FDM)

FDM, také známé jako Fused Filament Fabrication (FFF), je široce používaná technologie, která vytlačuje roztavené plastové vlákno vrstvu po vrstvě. Mezi oblíbené materiály patří PLA, ABS, PETG a Nylon.

Typické kroky následného zpracování FDM:

Odstranění podpěr: Odstranění podpůrných struktur je obvykle prvním krokem. To lze provést ručně pomocí nástrojů, jako jsou kleště, nože nebo specializované nástroje pro odstraňování podpěr. U rozpustných podpůrných materiálů (např. PVA) lze díl ponořit do vody, aby se podpěry rozpustily.
Broušení: Broušení se používá k vyhlazení vrstevnic a odstranění nedokonalostí. Začněte s hrubým smirkovým papírem (např. zrnitost 120-180) a postupně přecházejte na jemnější zrnitosti (např. zrnitost 400-600) pro hladší povrch.
Plnění: Mezery a nedokonalosti lze vyplnit výplněmi, jako je epoxidový tmel nebo specializované 3D tiskové výplně.
Základování: Základní nátěr pomáhá vytvořit hladký, rovnoměrný povrch pro lakování.
Lakování: Lakování může dílu dodat barvu, detaily a ochranu. Používejte barvy speciálně navržené pro plasty.
Nanášení povlaku: Nanesení čirého laku nebo tmelu může chránit barvu a dodat lesklý nebo matný povrch.

Příklad: Následné zpracování FDM-tištěného krytu ABS pro Raspberry Pi

Představte si, že jste 3D vytiskli kryt pro Raspberry Pi pomocí ABS vlákna. Proces by zahrnoval: 1. Odstranění podpěr: Opatrně odstraňte podpůrné struktury pomocí kleští nebo ostrého nože. 2. Broušení: Začněte smirkovým papírem o zrnitosti 180, abyste odstranili znatelné vrstevnice, poté přejděte na zrnitost 320 a 400 pro hladší povrch. Zaměřte se na viditelné vnější povrchy. 3. Plnění (volitelné): Pokud existují nějaké malé mezery nebo nedokonalosti, vyplňte je ABS kaší (rozpuštěné ABS vlákno v acetonu). Nechte ji zcela zaschnout. 4. Základování: Naneste tenkou, rovnoměrnou vrstvu plastového základního nátěru. Nechte ji důkladně zaschnout. 5. Lakování: Naneste dvě nebo tři tenké vrstvy požadované barvy pomocí spreje určeného pro plasty. Před nanesením další vrstvy nechte každou vrstvu zcela zaschnout. 6. Čirý povlak (volitelné): Naneste čirý povlak, abyste ochránili barvu a zajistili lesklý povrch.

Stereolitografie (SLA) a digitální zpracování světla (DLP)

SLA a DLP jsou technologie 3D tisku založené na pryskyřici, které používají světlo k vytvrzení tekuté pryskyřice. Tyto technologie nabízejí vysoké rozlišení a hladké povrchové úpravy, díky čemuž jsou vhodné pro detailní díly.

Typické kroky následného zpracování SLA/DLP:

Promývání: Po tisku je nutné díly promýt v isopropylalkoholu (IPA) nebo ve specializovaném čističi pryskyřice, aby se odstranila nevytvrzená pryskyřice.
Vytvrzování: Díly se obvykle vytvrzují pod UV světlem, aby se pryskyřice plně vytvrdila a zlepšily se její mechanické vlastnosti.
Odstranění podpěr: Podpěry se obvykle odstraňují ručně pomocí kleštiček nebo ostrého nože.
Broušení: K odstranění stop po podpěrách nebo nedokonalostí může být nutné lehké broušení.
Leštění: Leštění může zlepšit povrchovou úpravu a vytvořit lesklý vzhled.
Nanášení povlaku: Povlaky lze nanášet pro zlepšení chemické odolnosti nebo přidání ochranné vrstvy.

Příklad: Následné zpracování SLA-tištěné miniaturní figurky

Řekněme, že jste 3D vytiskli vysoce detailní miniaturní figurku pomocí SLA tiskárny. Následné zpracování by zahrnovalo: 1. Promývání: Ponořte figurku do IPA na 10-20 minut, jemně s ní zatřeste, abyste odstranili nevytvrzenou pryskyřici. Použijte měkký štětec k čištění těžko dostupných míst. 2. Vytvrzování: Umístěte figurku do UV vytvrzovací komory na doporučenou dobu, obvykle 30-60 minut, v závislosti na použité pryskyřici. 3. Odstranění podpěr: Opatrně odstřihněte podpůrné struktury ostrými kleštičkami nebo modelářským nožem, přičemž dávejte pozor na jemné detaily. 4. Broušení (volitelné): V případě potřeby lehce obruste zbývající stopy po podpěrách velmi jemným smirkovým papírem (např. zrnitost 600-800). 5. Lakování (volitelné): Založte a nalakujte figurku akrylovými barvami, abyste ji oživili. 6. Čirý povlak (volitelné): Naneste čirý povlak, abyste ochránili barvu a zajistili lesklý nebo matný povrch.

Selektivní laserové spékání (SLS)

SLS je technologie 3D tisku založená na prášku, která používá laser ke spojování práškových částic dohromady. Mezi materiály patří Nylon, TPU a další polymery.

Typické kroky následného zpracování SLS:

Odstraňování prášku: Odstranění nespečeného prášku z dílu je primárním krokem následného zpracování. To lze provést stlačeným vzduchem, štětci nebo automatizovanými systémy odstraňování prášku.
Tryskání kuličkami: Tryskání kuličkami může vyhladit povrch a odstranit veškeré zbývající zbytky prášku.
Barvení: Díly SLS lze barvit pro přidání barvy.
Nanášení povlaku: Povlaky lze nanášet pro zlepšení chemické odolnosti, vodotěsnosti nebo jiných vlastností.

Příklad: Následné zpracování SLS-tištěného nylonového držáku

Představte si, že jste 3D vytiskli nylonový držák pro průmyslové použití pomocí SLS. Následné zpracování by zahrnovalo: 1. Odstraňování prášku: Opatrně odstraňte nespečený prášek z držáku pomocí stlačeného vzduchu a štětců. Zajistěte, aby byly důkladně vyčištěny všechny vnitřní dutiny. 2. Tryskání kuličkami: Tryskejte držák kuličkami, abyste vyhladili povrch a odstranili veškeré zbývající částice prášku. Použijte jemné tryskací médium pro konzistentní povrch. 3. Barvení (volitelné): V případě potřeby obarvěte držák na specifickou barvu pro identifikaci nebo estetické účely. 4. Nanášení povlaku (volitelné): Naneste ochranný povlak pro zlepšení chemické odolnosti nebo vodotěsnosti, v závislosti na požadavcích aplikace.

Selektivní laserové tavení (SLM) a přímé laserové spékání kovu (DMLS)

SLM a DMLS jsou technologie 3D tisku kovu, které používají laser k tavení kovového prášku dohromady. Mezi materiály patří hliník, titan, nerezová ocel a slitiny niklu.

Typické kroky následného zpracování SLM/DMLS:

Odstranění podpěr: Podpěry se obvykle odstraňují pomocí drátového EDM (Electrical Discharge Machining) nebo obrábění.
Tepelné zpracování: Tepelné zpracování může uvolnit pnutí a zlepšit mechanické vlastnosti dílu.
Obrábění: Obrábění může být nutné k dosažení přesných rozměrů a povrchových úprav.
Povrchová úprava: Techniky povrchové úpravy, jako je leštění, broušení nebo pískování, mohou zlepšit kvalitu povrchu.
HIP (Hot Isostatic Pressing): HIP může snížit pórovitost a zlepšit hustotu dílu.

Příklad: Následné zpracování DMLS-tištěného titanového implantátu

Zvažte titanový implantát vytvořený pomocí DMLS pro lékařské aplikace. Následné zpracování zahrnuje: 1. Odstranění podpěr: Odstraňte podpůrné struktury pomocí drátového EDM, abyste minimalizovali pnutí a poškození implantátu. 2. Tepelné zpracování: Vystavte implantát tepelnému zpracování, abyste uvolnili zbytková pnutí a zlepšili jeho mechanické vlastnosti, a zajistili tak biokompatibilitu a strukturální integritu. 3. Obrábění (volitelné): Přesně obrobte kritické oblasti implantátu, abyste dosáhli požadovaných rozměrů a povrchové úpravy pro optimální uchycení a funkčnost. 4. Povrchová úprava: Vyleštěte nebo pasivujte povrch, abyste vytvořili hladký, biokompatibilní povrch, který podporuje oseointegraci (růst kosti kolem implantátu). 5. HIP (volitelné): Využijte HIP k dalšímu snížení případné zbývající pórovitosti a zvýšení hustoty implantátu, čímž se zvýší jeho pevnost a odolnost proti únavě.

Podrobné techniky následného zpracování

Odstranění podpěr

Odstranění podpůrných struktur je základním krokem v mnoha pracovních postupech následného zpracování 3D tisku. Nejlepší přístup závisí na materiálu podpěry, geometrii dílu a požadované povrchové úpravě.

Ruční odstranění: Pomocí nástrojů, jako jsou kleště, řezačky a nože, opatrně odlomte podpěry. Nespěchejte a vyhněte se poškození dílu.
Rozpustné podpěry: Rozpusťte rozpustné podpůrné materiály ve vodě nebo ve specializovaném rozpouštědle. Jedná se o čistou a efektivní metodu pro složité geometrie.
Odlomitelné podpěry: Tyto podpěry jsou navrženy tak, aby se daly snadno odlomit.

Broušení

Broušení je zásadní technika pro vyhlazování povrchů a odstraňování vrstevnic. Klíčem je začít s hrubou zrnitostí a postupně přecházet na jemnější zrnitosti.

Broušení za mokra: Broušení za mokra může zabránit ucpávání smirkového papíru a zajistit hladší povrch. Použijte vodu s kapkou mýdla.
Elektrické broušení: Elektrické brusky mohou urychlit proces broušení, ale dávejte pozor, abyste plast nepřehřáli.
Odsávání prachu: Vždy noste masku a pracujte v dobře větraném prostoru, abyste zabránili vdechování brusného prachu.

Plnění

Plnění se používá k opravě mezer, nedokonalostí a švů v 3D tištěných dílech. K dispozici je několik typů výplní:

Epoxidový tmel: Epoxidový tmel je univerzální výplň, kterou lze použít na různé materiály.
3D tiskové výplně: Specializované výplně jsou navrženy speciálně pro 3D tištěné díly a často odpovídají materiálovým vlastnostem dílu.
ABS kaše: ABS kaše (rozpuštěné ABS vlákno v acetonu) se může použít k vyplnění mezer v dílech z ABS.

Základování

Základování vytváří hladký, rovnoměrný povrch pro lakování a pomáhá barvě lépe přilnout k plastu. Vyberte základní nátěr, který je kompatibilní s plastovým materiálem.

Základní nátěr ve spreji: Základní nátěry ve spreji se snadno nanášejí a poskytují konzistentní pokrytí.
Základní nátěr štětcem: Základní nátěry štětcem lze použít pro detailní oblasti.

Lakování

Lakování dodává 3D tištěným dílům barvu, detaily a ochranu. Používejte barvy speciálně navržené pro plasty. Akrylové barvy jsou oblíbenou volbou.

Stříkání barvy: Stříkání barvy poskytuje hladký, rovnoměrný povrch. Naneste několik tenkých vrstev spíše než jednu silnou vrstvu.
Natírání štětcem: Natírání štětcem lze použít pro detailní oblasti a jemné linky.
Stříkací pistole: Stříkací pistole poskytuje největší kontrolu a umožňuje složité vzory a přechody.

Nanášení povlaku

Nanášení povlaku přidává k barvě ochrannou vrstvu a může poskytnout lesklý, matný nebo saténový povrch. Povlaky mohou také zlepšit chemickou odolnost a vodotěsnost.

Čirý povlak: Čiré povlaky chrání barvu a dodávají lesklý nebo matný povrch.
Epoxidový povlak: Epoxidové povlaky poskytují vynikající chemickou odolnost a vodotěsnost.

Hlazení parami

Hlazení parami je technika, která používá chemické páry k roztavení povrchu 3D tištěného dílu a vytváří hladký, lesklý povrch. Tato technika se běžně používá s ABS a dalšími rozpustnými plasty. Upozornění: Hlazení parami zahrnuje potenciálně nebezpečné chemikálie a mělo by být prováděno s náležitými bezpečnostními opatřeními a ventilací.

Leštění

Leštění se používá k vytvoření hladkého, lesklého povrchu na 3D tištěných dílech. Tato technika se běžně používá u výtisků na bázi pryskyřice.

Ruční leštění: Používá lešticí hadříky a pasty k vyhlazení povrchu.
Mechanické leštění: Používá nástroje, jako jsou rotační nástroje s lešticími nástavci, k urychlení procesu.

Pokročilé techniky následného zpracování

Galvanické pokovování

Galvanické pokovování je proces potahování 3D tištěného dílu tenkou vrstvou kovu. To může zlepšit vzhled dílu, trvanlivost a elektrickou vodivost.

Práškové lakování

Práškové lakování je proces nanášení suchého práškového laku na 3D tištěný díl. Prášek se poté vytvrzuje teplem, čímž se vytvoří trvanlivý a rovnoměrný povrch. Často se používá na kovové 3D tištěné díly.

Texturování povrchu

Texturování povrchu může přidat jedinečné estetické a funkční vlastnosti 3D tištěným dílům. Mezi techniky patří:

Pískování: Vytváří matný povrch.
Laserové leptání: Přidává složité vzory a motivy.

Bezpečnostní aspekty

Následné zpracování může zahrnovat nebezpečné materiály a nástroje. Vždy dodržujte tato bezpečnostní opatření:

Noste vhodné osobní ochranné prostředky (OOP), včetně rukavic, masek a ochrany očí.
Pracujte v dobře větraném prostoru.
Dodržujte pokyny výrobce pro všechny materiály a nástroje.
Řádně likvidujte odpadní materiály.

Výběr správných technik následného zpracování

Nejlepší techniky následného zpracování pro konkrétní 3D tištěný díl závisí na několika faktorech:

Materiál: Různé materiály vyžadují různé techniky následného zpracování.
Tisková technologie: Použitá tisková technologie ovlivní povrchovou úpravu a typy podpěr, které je třeba odstranit.
Aplikace: Zamýšlené použití dílu určí požadovanou úroveň povrchové úpravy a funkčnosti.
Rozpočet: Některé techniky následného zpracování jsou dražší než jiné.

Globální příklady aplikací následného zpracování

Lékařské implantáty (Evropa): Společnosti v Evropě používají pokročilé techniky následného zpracování, jako je HIP a specializované povlaky, k vytváření biokompatibilních a trvanlivých 3D tištěných lékařských implantátů. Následné zpracování zajišťuje, že implantáty splňují přísné regulační požadavky na bezpečnost a výkon.
Automobilové prototypy (Severní Amerika): Výrobci automobilů v Severní Americe používají 3D tisk FDM a SLA pro rychlé prototypování. Následné zpracování, včetně broušení, plnění a lakování, je zásadní pro vytváření realistických prototypů, které lze použít pro ověřování návrhu a marketingové účely.
Spotřební elektronika (Asie): V Asii společnosti využívají 3D tisk k vytváření přizpůsobených krytů spotřební elektroniky. Následné zpracování, jako je hlazení parami a galvanické pokovování, se používá k dosažení vysoce kvalitních povrchových úprav, které splňují estetické požadavky trhu.
Letecké komponenty (Austrálie): Australské letecké společnosti využívají 3D tisk kovů k výrobě lehkých a složitých komponent. Kroky následného zpracování, jako je tepelné zpracování a obrábění, jsou kritické pro zajištění toho, aby komponenty splňovaly přísné letecké standardy pro pevnost a trvanlivost.

Závěr

Zvládnutí následného zpracování 3D tisku je nezbytné pro odemknutí plného potenciálu aditivní výroby. Pochopením různých technik a jejich aplikací můžete vytvářet díly, které jsou nejen funkční, ale také vizuálně přitažlivé a připravené k použití v reálném světě. Ať už jste kutil, návrhář nebo výrobce, investice do znalostí a dovedností v oblasti následného zpracování výrazně zvýší kvalitu a hodnotu vašich 3D tištěných výtvorů. Jak se technologie 3D tisku neustále vyvíjí, vyvíjejí se i techniky následného zpracování, které nabízejí ještě více možností pro inovace a přizpůsobení v různých průmyslových odvětvích po celém světě.