3D-printimise järeltöötluse meisterlikkus: põhjalik juhend

3D-printimine on revolutsioneerinud tootmist, prototüüpimist ja disaini üle kogu maailma. Kuigi printimisprotsess ise on põnev, peitub tõeline maagia sageli järeltöötluse etappides. See põhjalik juhend uurib 3D-printimise järeltöötluse maailma, hõlmates olulisi tehnikaid, parimaid tavasid ja täiustatud meetodeid, mis on rakendatavad erinevatele materjalidele ja printimistehnoloogiatele.

Miks on järeltöötlus oluline?

Järeltöötlus on toimingute seeria, mis teostatakse 3D-prinditud osaga pärast selle printerist väljumist. Need sammud on olulised mitmel põhjusel:

• Parem esteetika: Toored 3D-prindid näitavad sageli kihijooni, tugede jälgi ja üldiselt karedat pinda. Järeltöötlus viimistleb osa välimust.
• Parem funktsionaalsus: Järeltöötlus võib parandada osa mehaanilisi omadusi, nagu selle tugevust, vastupidavust ning kuuma- või kemikaalikindlust.
• Spetsiifiliste tolerantside saavutamine: Mõned rakendused nõuavad väga täpseid mõõtmeid. Järeltöötlustehnikad aitavad neid rangeid tolerantse saavutada.
• Pinnatöötluse nõuded: Sõltuvalt rakendusest võib olla vajalik spetsiifiline pinnaviimistlus (nt sile, matt, läikiv).
• Toestruktuuride eemaldamine: Paljud 3D-printimisprotsessid nõuavad keerukate geomeetriate ehitamiseks toestruktuure. Need toed tuleb pärast printimist eemaldada.

Levinud 3D-printimise tehnoloogiad ja nende järeltöötlusvajadused

Nõutavad konkreetsed järeltöötluse etapid sõltuvad suuresti kasutatavast 3D-printimise tehnoloogiast. Siin on ülevaade levinumatest tehnoloogiatest ja nende tüüpilistest järeltöötluse töövoogudest:

Sulandladestusmodelleerimine (FDM)

FDM, tuntud ka kui sulatatud filamendi valmistamine (FFF), on laialdaselt kasutatav tehnoloogia, mis ekstrudeerib sulatatud plastifilamenti kihthaaval. Populaarsed materjalid on PLA, ABS, PETG ja nailon.

Tüüpilised FDM-i järeltöötluse etapid:

• Tugede eemaldamine: Toestruktuuride eemaldamine on tavaliselt esimene samm. Seda saab teha käsitsi tööriistadega, nagu tangid, noad või spetsiaalsed tugede eemaldamise tööriistad. Lahustuvate tugimaterjalide (nt PVA) puhul saab osa tugede lahustamiseks vette kasta.
• Lihvimine: Lihvimist kasutatakse kihijoonte silumiseks ja ebatäiuste eemaldamiseks. Alustage jämeda teraga liivapaberiga (nt 120-180 tera) ja liikuge siledama viimistluse saamiseks järk-järgult peeneteralisemate paberite juurde (nt 400-600 tera).
• Täitmine: Pragusid ja ebatäiuseid saab täita täiteainetega, nagu epoksüpahtel või spetsiaalsed 3D-printimise täiteained.
• Kruntimine: Krundikiht aitab luua sileda ja ühtlase pinna värvimiseks.
• Värvimine: Värvimine võib osale lisada värvi, detaile ja kaitset. Kasutage spetsiaalselt plastidele mõeldud värve.
• Katmine: Läbipaistva laki või hermeetiku pealekandmine võib kaitsta värvi ning lisada läikiva või mati viimistluse.

Näide: FDM-prinditud ABS-korpuse järeltöötlus Raspberry Pi jaoks

Kujutage ette, et olete 3D-printinud Raspberry Pi jaoks korpuse, kasutades ABS-filamenti. Protsess hõlmaks järgmist: 1. Tugede eemaldamine: Eemaldage hoolikalt toestruktuurid tangide või terava noaga. 2. Lihvimine: Alustage 180-karedusastmega liivapaberiga, et eemaldada märgatavad kihijooned, seejärel liikuge siledama pinna saamiseks 320 ja 400 karedusastmele. Keskenduge nähtavatele välispindadele. 3. Täitmine (valikuline): Kui esineb väiksemaid pragusid või ebatäiuseid, täitke need ABS-lägaga (atsetoonis lahustatud ABS-filament). Laske sel täielikult kuivada. 4. Kruntimine: Kandke peale õhuke, ühtlane kiht plastikkrunti. Laske sel põhjalikult kuivada. 5. Värvimine: Kandke kaks või kolm õhukest kihti soovitud värvi, kasutades plastidele mõeldud spreivärvi. Laske igal kihil enne järgmise pealekandmist täielikult kuivada. 6. Lakkimine (valikuline): Kandke peale läbipaistev lakk, et kaitsta värvi ja anda läikiv viimistlus.

Stereolitograafia (SLA) ja digitaalne valgustöötlus (DLP)

SLA ja DLP on vaigupõhised 3D-printimise tehnoloogiad, mis kasutavad vedela vaigu kõvendamiseks valgust. Need tehnoloogiad pakuvad kõrget eraldusvõimet ja siledat pinnaviimistlust, mis teeb need sobivaks detailsete osade jaoks.

Tüüpilised SLA/DLP järeltöötluse etapid:

• Pesemine: Pärast printimist tuleb osad pesta isopropüülalkoholis (IPA) või spetsiaalses vaigupuhastusvahendis, et eemaldada kõvenemata vaik.
• Kõvendamine: Osasid kõvendatakse tavaliselt UV-valguse all, et vaik täielikult kõveneks ja selle mehaanilised omadused paraneksid.
• Tugede eemaldamine: Toed eemaldatakse tavaliselt käsitsi lõiketangide või terava noaga.
• Lihvimine: Kerge lihvimine võib olla vajalik tugede jälgede või ebatäiuste eemaldamiseks.
• Poleerimine: Poleerimine võib parandada pinnaviimistlust ja luua läikiva välimuse.
• Katmine: Katteid saab peale kanda kemikaalikindluse parandamiseks või kaitsva kihi lisamiseks.

Näide: SLA-prinditud miniatuurse figuuri järeltöötlus

Oletame, et olete 3D-printinud SLA-printeriga väga detailse miniatuurse figuuri. Järeltöötlus hõlmaks järgmist: 1. Pesemine: Kastke figuur 10-20 minutiks IPA-sse, loksutades seda õrnalt, et eemaldada kõvenemata vaik. Kasutage raskesti ligipääsetavate alade puhastamiseks pehmet harja. 2. Kõvendamine: Asetage figuur UV-kõvenduskambrisse soovitatud ajaks, tavaliselt 30-60 minutiks, olenevalt kasutatud vaigust. 3. Tugede eemaldamine: Lõigake toestruktuurid ettevaatlikult teravate lõiketangide või hobinoaga maha, olles tähelepanelik õrnade detailide suhtes. 4. Lihvimine (valikuline): Vajadusel lihvige kergelt allesjäänud tugede jälgi väga peene liivapaberiga (nt 600-800 karedusaste). 5. Värvimine (valikuline): Kruntige ja värvige figuur akrüülvärvidega, et see ellu äratada. 6. Lakkimine (valikuline): Kandke peale läbipaistev lakk, et kaitsta värvi ja lisada läikiv või matt viimistlus.

Valikuline lasersulatus (SLS)

SLS on pulbripõhine 3D-printimise tehnoloogia, mis kasutab pulbriosakeste kokkusulatamiseks laserit. Materjalide hulka kuuluvad nailon, TPU ja muud polümeerid.

Tüüpilised SLS-i järeltöötluse etapid:

• Pulbri eemaldamine: Sulatamata pulbri eemaldamine osast on esmane järeltöötluse etapp. Seda saab teha suruõhu, harjade või automatiseeritud pulbrieemaldussüsteemidega.
• Kuulpritsimine: Kuulpritsimine võib pinda siluda ja eemaldada kõik allesjäänud pulbrijäägid.
• Värvimine: SLS-osasid saab värvida, et lisada värvi.
• Katmine: Katteid saab peale kanda kemikaalikindluse, veekindluse või muude omaduste parandamiseks.

Näide: SLS-prinditud nailonklambri järeltöötlus

Kujutage ette, et olete SLS-tehnoloogiaga 3D-printinud tööstuslikuks rakenduseks nailonklambri. Järeltöötlus hõlmaks järgmist: 1. Pulbri eemaldamine: Eemaldage hoolikalt sulatamata pulber klambrist suruõhu ja harjadega. Veenduge, et kõik sisemised õõnsused on põhjalikult puhastatud. 2. Kuulpritsimine: Tehke klambrile kuulpritsimine, et siluda pinda ja eemaldada allesjäänud pulbriosakesed. Kasutage ühtlase viimistluse saamiseks peent kuulmaterjali. 3. Värvimine (valikuline): Soovi korral värvige klamber identifitseerimiseks või esteetilistel eesmärkidel teatud värvi. 4. Katmine (valikuline): Kandke peale kaitsekate kemikaalikindluse või veekindluse parandamiseks, sõltuvalt rakenduse nõuetest.

Valikuline lasersulatamine (SLM) ja otsene metalli lasersulatamine (DMLS)

SLM ja DMLS on metalli 3D-printimise tehnoloogiad, mis kasutavad metallipulbri kokkusulatamiseks laserit. Materjalide hulka kuuluvad alumiinium, titaan, roostevaba teras ja niklisulamid.

Tüüpilised SLM/DMLS järeltöötluse etapid:

• Tugede eemaldamine: Toed eemaldatakse tavaliselt traaterosiooni (EDM) või mehaanilise töötluse abil.
• Kuumtöötlus: Kuumtöötlus võib leevendada pingeid ja parandada osa mehaanilisi omadusi.
• Mehaaniline töötlus: Mehaaniline töötlus võib olla vajalik täpsete mõõtmete ja pinnaviimistluse saavutamiseks.
• Pinnaviimistlus: Pinnaviimistlustehnikad nagu poleerimine, lihvimine või liivapritsimine võivad parandada pinna kvaliteeti.
• HIP (kuumisostaatiline pressimine): HIP võib vähendada poorsust ja parandada osa tihedust.

Näide: DMLS-prinditud titaanist implantaadi järeltöötlus

Vaatleme DMLS-i abil meditsiinilisteks rakendusteks loodud titaanist implantaati. Järeltöötlus hõlmab: 1. Tugede eemaldamine: Eemaldage toestruktuurid traaterosiooni abil, et minimeerida pinget ja implantaadi kahjustusi. 2. Kuumtöötlus: Tehke implantaadile kuumtöötlus, et leevendada jääkpingeid ja parandada selle mehaanilisi omadusi, tagades bioühilduvuse ja struktuurse terviklikkuse. 3. Mehaaniline töötlus (valikuline): Töötlege täpselt implantaadi kriitilisi piirkondi, et saavutada nõutavad mõõtmed ja pinnaviimistlus optimaalse sobivuse ja funktsionaalsuse tagamiseks. 4. Pinnaviimistlus: Poleerige või passiveerige pind, et luua sile, bioühilduv pind, mis soodustab osteointegratsiooni (luukoe kasv implantaadi ümber). 5. HIP (valikuline): Kasutage HIP-i, et veelgi vähendada allesjäänud poorsust ja suurendada implantaadi tihedust, tõstes selle tugevust ja väsimuskindlust.

Detailsed järeltöötlustehnikad

Tugede eemaldamine

Toestruktuuride eemaldamine on paljude 3D-printimise järeltöötluse töövoogude põhiline etapp. Parim lähenemine sõltub tugimaterjalist, osa geomeetriast ja soovitud pinnaviimistlusest.

• Käsitsi eemaldamine: Kasutades tööriistu nagu tangid, lõikurid ja noad, murdke toed ettevaatlikult lahti. Võtke aega ja vältige osa kahjustamist.
• Lahustuvad toed: Lahustage lahustuvad tugimaterjalid vees või spetsiaalses lahustis. See on puhas ja tõhus meetod keerukate geomeetriate jaoks.
• Äramurtavad toed: Need toed on disainitud nii, et neid saaks kergesti küljest murda.

Lihvimine

Lihvimine on oluline tehnika pindade silumiseks ja kihijoonte eemaldamiseks. Oluline on alustada jämeda teraga ja liikuda järk-järgult peenemate terade juurde.

• Märglihvimine: Märglihvimine aitab vältida liivapaberi ummistumist ja annab siledama viimistluse. Kasutage vett tilga seebiga.
• Elektriline lihvimine: Elektrilised lihvijad võivad lihvimisprotsessi kiirendada, kuid olge ettevaatlik, et plastikut mitte üle kuumutada.
• Tolmu kogumine: Kandke alati maski ja töötage hästi ventileeritud alal, et vältida lihvimistolmu sissehingamist.

Täitmine

Täitmist kasutatakse pragude, ebatäiuste ja ühenduskohtade parandamiseks 3D-prinditud osades. Saadaval on mitut tüüpi täiteaineid:

• Epoksüpahtel: Epoksüpahtel on mitmekülgne täiteaine, mida saab kasutada erinevatel materjalidel.
• 3D-printimise täiteained: Spetsiaalsed täiteained on loodud spetsiaalselt 3D-prinditud osade jaoks ja vastavad sageli osa materjaliomadustele.
• ABS-läga: ABS-läga (atsetoonis lahustatud ABS-filament) saab kasutada ABS-osade pragude täitmiseks.

Kruntimine

Kruntimine loob sileda, ühtlase pinna värvimiseks ja aitab värvil paremini plastile kinnituda. Valige krunt, mis sobib plastmaterjaliga.

• Spreikrundid: Spreikrunte on lihtne peale kanda ja need tagavad ühtlase katvuse.
• Pintseldatavad krundid: Pintseldatavaid krunte saab kasutada detailsete alade jaoks.

Värvimine

Värvimine lisab 3D-prinditud osadele värvi, detaile ja kaitset. Kasutage spetsiaalselt plastidele mõeldud värve. Akrüülvärvid on populaarne valik.

• Spreivärvimine: Spreivärvimine annab sileda ja ühtlase viimistluse. Kandke mitu õhukest kihti ühe paksu kihi asemel.
• Pintsliga värvimine: Pintsliga värvimist saab kasutada detailsete alade ja peente joonte jaoks.
• Aerograafia: Aerograafia pakub kõige rohkem kontrolli ja võimaldab keerulisi disaine ja gradiente.

Katmine

Katmine lisab värvile kaitsva kihi ja võib anda läikiva, mati või satiinviimistluse. Katted võivad parandada ka kemikaalikindlust ja veekindlust.

• Läbipaistev lakk: Läbipaistvad lakid kaitsevad värvi ja lisavad läikiva või mati viimistluse.
• Epoksükatted: Epoksükatted pakuvad suurepärast kemikaalikindlust ja veekindlust.

Aurusilumine

Aurusilumine on tehnika, mis kasutab keemilisi aure 3D-prinditud osa pinna sulatamiseks, luues sileda ja läikiva viimistluse. Seda tehnikat kasutatakse tavaliselt ABS-i ja muude lahustuvate plastidega. Hoiatus: Aurusilumine hõlmab potentsiaalselt ohtlikke kemikaale ja seda tuleb teha nõuetekohaste ohutusmeetmete ning ventilatsiooniga.

Poleerimine

Poleerimist kasutatakse 3D-prinditud osadel sileda ja läikiva pinna loomiseks. Seda tehnikat kasutatakse tavaliselt vaigupõhiste printide puhul.

• Käsitsi poleerimine: Kasutatakse poleerimislappe ja -pastasid pinna silumiseks.
• Mehaaniline poleerimine: Kasutatakse tööriistu nagu pöörlevad tööriistad poleerimisotsikutega protsessi kiirendamiseks.

Täiustatud järeltöötlustehnikad

Galvaniseerimine

Galvaniseerimine on protsess, mille käigus kaetakse 3D-prinditud osa õhukese metallikihiga. See võib parandada osa välimust, vastupidavust ja elektrijuhtivust.

Pulbervärvimine

Pulbervärvimine on protsess, mille käigus kantakse 3D-prinditud osale kuiv pulbervärv. Seejärel kõvendatakse pulber kuumusega, luues vastupidava ja ühtlase viimistluse. Seda kasutatakse sageli metallist 3D-prinditud osadel.

Pinnatekstuurimine

Pinnatekstuurimine võib lisada 3D-prinditud osadele unikaalseid esteetilisi ja funktsionaalseid omadusi. Tehnikad hõlmavad:

• Liivapritsimine: Loob mati viimistluse.
• Lasergraveerimine: Lisab keerukaid disaine ja mustreid.

Ohutuskaalutlused

Järeltöötlus võib hõlmata ohtlikke materjale ja tööriistu. Järgige alati neid ohutusabinõusid:

• Kandke sobivaid isikukaitsevahendeid (IKV), sealhulgas kindaid, maske ja kaitseprille.
• Töötage hästi ventileeritud alal.
• Järgige kõigi materjalide ja tööriistade puhul tootja juhiseid.
• Kõrvaldage jäätmematerjalid nõuetekohaselt.

Õigete järeltöötlustehnikate valimine

Parimad järeltöötlustehnikad konkreetse 3D-prinditud osa jaoks sõltuvad mitmest tegurist:

• Materjal: Erinevad materjalid nõuavad erinevaid järeltöötlustehnikaid.
• Printimistehnoloogia: Kasutatud printimistehnoloogia mõjutab pinnaviimistlust ja eemaldatavate tugede tüüpe.
• Rakendus: Osa kavandatud kasutus määrab nõutava viimistluse ja funktsionaalsuse taseme.
• Eelarve: Mõned järeltöötlustehnikad on kallimad kui teised.

Globaalsed näited järeltöötluse rakendustest

• Meditsiinilised implantaadid (Euroopa): Euroopa ettevõtted kasutavad täiustatud järeltöötlustehnikaid nagu HIP ja spetsiaalseid katteid bioühilduvate ja vastupidavate 3D-prinditud meditsiiniliste implantaatide loomiseks. Järeltöötlus tagab, et implantaadid vastavad rangetele ohutus- ja jõudlusnõuetele.
• Autotööstuse prototüübid (Põhja-Ameerika): Põhja-Ameerika autotootjad kasutavad FDM-i ja SLA 3D-printimist kiireks prototüüpimiseks. Järeltöötlus, sealhulgas lihvimine, täitmine ja värvimine, on ülioluline realistlike prototüüpide loomiseks, mida saab kasutada disaini valideerimiseks ja turunduseesmärkidel.
• Tarbeelektroonika (Aasia): Aasias kasutavad ettevõtted 3D-printimist kohandatud tarbeelektroonika korpuste loomiseks. Järeltöötlust, nagu aurusilumist ja galvaniseerimist, kasutatakse kvaliteetsete pinnaviimistluste saavutamiseks, mis vastavad turu esteetilistele nõudmistele.
• Lennunduskomponendid (Austraalia): Austraalia lennundusettevõtted kasutavad metalli 3D-printimist kergete ja keerukate komponentide tootmiseks. Järeltöötluse etapid, nagu kuumtöötlus ja mehaaniline töötlus, on kriitilise tähtsusega tagamaks, et komponendid vastavad rangetele lennundusstandarditele tugevuse ja vastupidavuse osas.

Kokkuvõte

3D-printimise järeltöötluse meisterlikkus on lisatootmise täieliku potentsiaali avamiseks hädavajalik. Mõistes erinevaid tehnikaid ja nende rakendusi, saate luua osi, mis pole mitte ainult funktsionaalsed, vaid ka visuaalselt atraktiivsed ja valmis reaalseks kasutamiseks. Olenemata sellest, kas olete harrastaja, disainer või tootja, järeltöötlusalaste teadmiste ja oskuste omandamine parandab oluliselt teie 3D-prinditud loomingu kvaliteeti ja väärtust. Nagu areneb edasi 3D-printimise tehnoloogia, arenevad ka järeltöötlustehnikad, pakkudes veelgi rohkem võimalusi innovatsiooniks ja kohandamiseks erinevates tööstusharudes üle maailma.