3D printēšanas pēcapstrādes apgūšana: Visaptverošs ceļvedis

3D printēšana ir mainījusi ražošanu, prototipēšanu un dizainu visā pasaulē. Lai gan pati drukāšanas process ir aizraujošs, patiesais šarms bieži vien slēpjas pēcapstrādes posmos. Šis visaptverošais ceļvedis izpēta 3D printēšanas pēcapstrādes pasauli, aptverot būtiskas metodes, labāko praksi un progresīvas metodes, kas piemērojamas dažādiem materiāliem un drukāšanas tehnoloģijām.

Kāpēc pēcapstrāde ir svarīga?

Pēcapstrāde ir darbību sērija, kas tiek veikta 3D drukātajai detaļai pēc tās izņemšanas no printera. Šie soļi ir būtiski vairāku iemeslu dēļ:

• Uzlabota estētika: Neapstrādāti 3D drukas bieži vien atspoguļo slāņu līnijas, atbalsta atzīmes un vispārēji raupju virsmu. Pēcapstrāde uzlabo detaļas izskatu.
• Uzlabota funkcionalitāte: Pēcapstrāde var uzlabot detaļas mehāniskās īpašības, piemēram, tās izturību, ilgmūžību un izturību pret karstumu vai ķīmiskām vielām.
• Specifisku pielaides sasniegšana: Dažiem lietojumiem ir nepieciešami ļoti precīzi izmēri. Pēcapstrādes metodes var palīdzēt sasniegt šīs šaurās pielaides.
• Virsmas apdares prasības: Atkarībā no lietojuma var būt nepieciešama specifiska virsmas apdare (piemēram, gluda, matēta, spīdīga).
• Atbalsta struktūru noņemšana: Daudzi 3D printēšanas procesi prasa atbalsta struktūras, lai veidotu sarežģītas ģeometrijas. Šie atbalsti ir jānoņem pēc drukāšanas.

Bieži izmantotās 3D printēšanas tehnoloģijas un to pēcapstrādes vajadzības

Konkrētie nepieciešamie pēcapstrādes soļi lielā mērā ir atkarīgi no izmantotās 3D printēšanas tehnoloģijas. Šeit ir bieži izmantoto tehnoloģiju un to tipisko pēcapstrādes darbplūsmu sadalījums:

Kušanas nogulsnēšanas modelēšana (FDM)

FDM, kas pazīstama arī kā Kušanas pavedienu ražošana (FFF), ir plaši izmantota tehnoloģija, kas ekstrudē izkausētu plastmasas pavedienu slāni pēc slāņa. Populāri materiāli ir PLA, ABS, PETG un neilons.

Tipiski FDM pēcapstrādes soļi:

• Atbalsta noņemšana: Atbalsta struktūru noņemšana parasti ir pirmais solis. To var izdarīt manuāli ar tādiem instrumentiem kā knaibles, naži vai specializēti atbalsta noņemšanas instrumenti. Šķīstošu atbalsta materiālu (piemēram, PVA) gadījumā detaļu var iegremdēt ūdenī, lai izšķīdinātu atbalstus.
• Slīpēšana: Slīpēšana tiek izmantota, lai izlīdzinātu slāņu līnijas un novērstu nepilnības. Sāciet ar rupju smilšpapīru (piemēram, 120-180 graudu) un pakāpeniski pārejiet uz smalkākiem graudiem (piemēram, 400-600 graudu), lai iegūtu gludāku apdari.
• Aizpildīšana: Atstarpes un nepilnības var aizpildīt ar pildvielām, piemēram, epoksīda špakteli vai specializētām 3D printēšanas pildvielām.
• Gruntēšana: Grunts krāsojums palīdz izveidot gludu, vienmērīgu virsmu krāsošanai.
• Krāsošana: Krāsošana var pievienot krāsu, detaļas un aizsardzību detaļai. Izmantojiet krāsas, kas īpaši paredzētas plastmasai.
• Pārklāšana: Caurspīdīga pārklājuma vai hermētiķa uzklāšana var aizsargāt krāsu un pievienot spīdīgu vai matētu apdari.

Piemērs: FDM drukāta ABS korpusa pēcapstrādei priekš Raspberry Pi

Iedomājieties, ka esat 3D izdrukājis korpusu priekš Raspberry Pi, izmantojot ABS pavedienu. Process ietvertu:

1. Atbalsta noņemšana: Rūpīgi noņemiet atbalsta struktūras ar knaiblēm vai asu nazi.
2. Slīpēšana: Sāciet ar 180 graudu smilšpapīru, lai noņemtu pamanāmas slāņu līnijas, pēc tam pārejiet uz 320 un 400 graudiem, lai iegūtu gludāku virsmu. Koncentrējieties uz redzamām ārējām virsmām.
3. Aizpildīšana (pēc izvēles): Ja ir kādas mazas atstarpes vai nepilnības, aizpildiet tās ar ABS vircu (acetonā izšķīdinātu ABS pavedienu). Ļaujiet tai pilnībā nožūt.
4. Gruntēšana: Uzklājiet plānu, vienmērīgu plastmasas grunts krāsojumu. Ļaujiet tam pilnībā nožūt.
5. Krāsošana: Uzklājiet divus vai trīs plānus jūsu vēlamās krāsas slāņus, izmantojot plastmasai paredzētu aerosola krāsu. Ļaujiet katram slānim pilnībā nožūt pirms nākamā uzklāšanas.
6. Caurspīdīgs pārklājums (pēc izvēles): Uzklājiet caurspīdīgu pārklājumu, lai aizsargātu krāsu un nodrošinātu spīdīgu apdari.

Stereolitogrāfija (SLA) un digitālā gaismas apstrāde (DLP)

SLA un DLP ir uz sveķiem balstītas 3D printēšanas tehnoloģijas, kas izmanto gaismu, lai sacietētu šķidrus sveķus. Šīs tehnoloģijas piedāvā augstu izšķirtspēju un gludu virsmas apdari, padarot tās piemērotas detaļām ar detaļām.

Tipiski SLA/DLP pēcapstrādes soļi:

• Mazgāšana: Pēc drukāšanas detaļas jāmazgā izopropilspirtā (IPA) vai specializētā sveķu tīrīšanas līdzeklī, lai noņemtu nesacietinātus sveķus.
• Sacietēšana: Detaļas parasti sacietē UV gaismā, lai pilnībā sacietētu sveķus un uzlabotu to mehāniskās īpašības.
• Atbalsta noņemšana: Atbalsti parasti tiek noņemti manuāli ar knaiblēm vai asu nazi.
• Slīpēšana: Var būt nepieciešama viegla slīpēšana, lai noņemtu atbalsta atzīmes vai nepilnības.
• Pulēšana: Pulēšana var uzlabot virsmas apdari un radīt spīdīgu izskatu.
• Pārklāšana: Pārklājumus var uzklāt, lai uzlabotu ķīmisko izturību vai pievienotu aizsargslāni.

Piemērs: SLA drukātas miniatūras figūriņas pēcapstrāde

Pieņemsim, ka esat 3D izdrukājis ļoti detalizētu miniatūru figūriņu, izmantojot SLA printeri. Pēcapstrāde ietvertu:

1. Mazgāšana: Iemērciet figūriņu IPA uz 10-20 minūtēm, viegli kratot to, lai noņemtu nesacietinātus sveķus. Izmantojiet mīkstu suku, lai notīrītu grūti sasniedzamas vietas.
2. Sacietēšana: Ievietojiet figūriņu UV sacietēšanas kamerā ieteicamo laiku, parasti 30-60 minūtes, atkarībā no izmantotajiem sveķiem.
3. Atbalsta noņemšana: Rūpīgi nogrieziet atbalsta struktūras ar asām knaiblēm vai hobija nazi, ņemot vērā smalkās detaļas.
4. Slīpēšana (pēc izvēles): Ja nepieciešams, viegli noslīpējiet visas atlikušās atbalsta atzīmes ar ļoti smalku smilšpapīru (piemēram, 600-800 graudi).
5. Krāsošana (pēc izvēles): Gruntējiet un nokrāsojiet figūriņu ar akrila krāsām, lai to atdzīvinātu.
6. Caurspīdīgs pārklājums (pēc izvēles): Uzklājiet caurspīdīgu pārklājumu, lai aizsargātu krāsu un pievienotu spīdīgu vai matētu apdari.

Selektīvā lāzera saķepināšana (SLS)

SLS ir uz pulvera bāzes veidota 3D printēšanas tehnoloģija, kas izmanto lāzeru, lai sapludinātu pulvera daļiņas kopā. Materiāli ietver neilonu, TPU un citus polimērus.

Tipiski SLS pēcapstrādes soļi:

• Atpulverēšana: Nesaputinātā pulvera noņemšana no detaļas ir primārais pēcapstrādes solis. To var izdarīt ar saspiestu gaisu, sukām vai automatizētām atpulverēšanas sistēmām.
• Lodīšu strūklu tīrīšana: Lodīšu strūklu tīrīšana var izlīdzināt virsmu un noņemt jebkādus atlikušos pulvera atlikumus.
• Krāsošana: SLS detaļas var krāsot, lai pievienotu krāsu.
• Pārklāšana: Pārklājumus var uzklāt, lai uzlabotu ķīmisko izturību, ūdensnecaurlaidību vai citas īpašības.

Piemērs: SLS drukāta neilona kronšteina pēcapstrāde

Iedomājieties, ka esat 3D izdrukājis neilona kronšteinu rūpnieciskam pielietojumam, izmantojot SLS. Pēcapstrāde ietvertu:

1. Atpulverēšana: Rūpīgi noņemiet nesaputināto pulveri no kronšteina, izmantojot saspiestu gaisu un sukas. Nodrošiniet, ka visas iekšējās dobumas ir rūpīgi iztīrītas.
2. Lodīšu strūklu tīrīšana: Lodīšu strūklu tīriet kronšteinu, lai izlīdzinātu virsmu un noņemtu jebkuras atlikušās pulvera daļiņas. Izmantojiet smalku lodīšu materiālu, lai iegūtu vienmērīgu apdari.
3. Krāsošana (pēc izvēles): Ja vēlaties, nokrāsojiet kronšteinu konkrētā krāsā identifikācijas vai estētiskiem nolūkiem.
4. Pārklāšana (pēc izvēles): Uzklājiet aizsargpārklājumu, lai uzlabotu ķīmisko izturību vai ūdensnecaurlaidību, atkarībā no lietojuma prasībām.

Selektīvā lāzera kausēšana (SLM) un tiešā metāla lāzera saķepināšana (DMLS)

SLM un DMLS ir metāla 3D printēšanas tehnoloģijas, kas izmanto lāzeru, lai izkausētu metāla pulveri kopā. Materiāli ietver alumīniju, titānu, nerūsējošo tēraudu un niķeļa sakausējumus.

Tipiski SLM/DMLS pēcapstrādes soļi:

• Atbalsta noņemšana: Atbalsti parasti tiek noņemti, izmantojot stiepļu EDM (elektriskās izlādes apstrāde) vai apstrādi.
• Termiskā apstrāde: Termiskā apstrāde var atbrīvot spriegumu un uzlabot detaļas mehāniskās īpašības.
• Apstrāde: Apstrāde var būt nepieciešama, lai sasniegtu precīzus izmērus un virsmas apdari.
• Virsmas apdare: Virsmas apdares metodes, piemēram, pulēšana, slīpēšana vai smilšu strūklu tīrīšana, var uzlabot virsmas kvalitāti.
• HIP (karstā izostatiskā presēšana): HIP var samazināt porainību un uzlabot detaļas blīvumu.

Piemērs: DMLS drukāta titāna implanta pēcapstrāde

Apsveriet titāna implantu, kas izveidots, izmantojot DMLS medicīniskiem lietojumiem. Pēcapstrāde ietver:

1. Atbalsta noņemšana: Noņemiet atbalsta struktūras, izmantojot stiepļu EDM, lai samazinātu spriegumu un bojājumus implantam.
2. Termiskā apstrāde: Pakļaujiet implantu termiskai apstrādei, lai atbrīvotu atlikušos spriegumus un uzlabotu tā mehāniskās īpašības, nodrošinot bioloģisko saderību un strukturālo integritāti.
3. Apstrāde (pēc izvēles): Precīzi apstrādājiet implanta kritiskās zonas, lai sasniegtu nepieciešamos izmērus un virsmas apdari optimālai piemērotībai un funkcionalitātei.
4. Virsmas apdare: Pulējiet vai pasivējiet virsmu, lai izveidotu gludu, bioloģiski saderīgu virsmu, kas veicina osteointegrāciju (kaulu augšanu ap implantu).
5. HIP (pēc izvēles): Izmantojiet HIP, lai vēl vairāk samazinātu atlikušo porainību un uzlabotu implanta blīvumu, palielinot tā izturību un izturību pret nogurumu.

Detalizētas pēcapstrādes metodes

Atbalstu noņemšana

Atbalsta struktūru noņemšana ir būtisks solis daudzās 3D printēšanas pēcapstrādes darbplūsmās. Labākā pieeja ir atkarīga no atbalsta materiāla, detaļas ģeometrijas un vēlamās virsmas apdares.

• Manuāla noņemšana: Izmantojot tādus rīkus kā knaibles, griezēji un naži, uzmanīgi atšķeliet atbalstus. Veltiet laiku un izvairieties no detaļas bojāšanas.
• Šķīstošie atbalsti: Izšķīdiniet šķīstošus atbalsta materiālus ūdenī vai specializētā šķīdinātājā. Šī ir tīra un efektīva metode sarežģītām ģeometrijām.
• Atdalāmi atbalsti: Šie atbalsti ir paredzēti vieglai atdalīšanai.

Slīpēšana

Slīpēšana ir būtiska tehnika virsmu izlīdzināšanai un slāņu līniju noņemšanai. Atslēga ir sākt ar rupju graudu un pakāpeniski pāriet uz smalkākiem graudiem.

• Slīpēšana mitrā veidā: Slīpēšana mitrā veidā var palīdzēt novērst smilšpapīra aizsprostojumu un radīt gludāku apdari. Izmantojiet ūdeni ar pilienu ziepju.
• Elektriskā slīpēšana: Elektriskās slīpmašīnas var paātrināt slīpēšanas procesu, bet uzmanieties, lai nepārkarsētu plastmasu.
• Putekļu savākšana: Vienmēr valkājiet masku un strādājiet labi vēdināmā vietā, lai izvairītos no slīpēšanas putekļu ieelpošanas.

Aizpildīšana

Aizpildīšana tiek izmantota, lai salabotu atstarpes, nepilnības un šuves 3D drukātajās detaļās. Ir pieejami vairāki pildvielu veidi:

• Epoksīda špakte: Epoksīda špakte ir daudzpusīga pildviela, ko var izmantot uz dažādiem materiāliem.
• 3D printēšanas pildvielas: Specializētas pildvielas ir īpaši paredzētas 3D drukātajām detaļām un bieži atbilst detaļas materiāla īpašībām.
• ABS virca: ABS vircu (acetonā izšķīdinātu ABS pavedienu) var izmantot, lai aizpildītu atstarpes ABS detaļās.

Gruntēšana

Gruntēšana rada gludu, vienmērīgu virsmu krāsošanai un palīdz krāsai labāk pielipt pie plastmasas. Izvēlieties grunti, kas ir saderīga ar plastmasas materiālu.

• Aerosola grunts: Aerosola gruntis ir viegli uzklājamas un nodrošina vienmērīgu pārklājumu.
• Ar suku uzklājama grunts: Ar suku uzklājama grunts var tikt izmantota detalizētām vietām.

Krāsošana

Krāsošana pievieno krāsu, detaļas un aizsardzību 3D drukātajām detaļām. Izmantojiet krāsas, kas īpaši paredzētas plastmasai. Akrila krāsas ir populāra izvēle.

• Izsmidzināšana: Izsmidzināšana nodrošina gludu, vienmērīgu apdari. Uzklājiet vairākus plānus slāņus, nevis vienu biezu slāni.
• Krāsošana ar otu: Krāsošanu ar otu var izmantot detalizētām vietām un smalkām līnijām.
• Aerogrāfija: Aerogrāfija nodrošina vislielāko kontroli un ļauj veidot sarežģītus dizainus un gradientus.

Pārklāšana

Pārklāšana pievieno aizsargslāni krāsai un var nodrošināt spīdīgu, matētu vai satīna apdari. Pārklājumi var arī uzlabot ķīmisko izturību un ūdensnecaurlaidību.

• Caurspīdīgs pārklājums: Caurspīdīgi pārklājumi aizsargā krāsu un pievieno spīdīgu vai matētu apdari.
• Epoksīda pārklājums: Epoksīda pārklājumi nodrošina lielisku ķīmisko izturību un ūdensnecaurlaidību.

Tvaika izlīdzināšana

Tvaika izlīdzināšana ir metode, kas izmanto ķīmiskus tvaikus, lai izkausētu 3D drukātās detaļas virsmu, radot gludu, spīdīgu apdari. Šī metode parasti tiek izmantota ar ABS un citām šķīstošām plastmasām. Uzmanību: Tvaika izlīdzināšana ietver potenciāli bīstamas ķīmiskas vielas, un tā jāveic ar pareiziem drošības pasākumiem un ventilāciju.

Pulēšana

Pulēšana tiek izmantota, lai radītu gludu, spīdīgu virsmu 3D drukātajām detaļām. Šī metode parasti tiek izmantota ar uz sveķiem balstītiem drukiem.

• Pulēšana ar rokām: Izmanto pulēšanas lupatiņas un kompozīcijas, lai izlīdzinātu virsmu.
• Mehāniskā pulēšana: Izmanto tādus rīkus kā rotējošie rīki ar pulēšanas pielikumiem, lai paātrinātu procesu.

Progresīvas pēcapstrādes metodes

Elektroplēšana

Elektroplēšana ir process, kurā 3D drukātā detaļa tiek pārklāta ar plānu metāla slāni. Tas var uzlabot detaļas izskatu, izturību un elektrisko vadītspēju.

Pulverkrāsošana

Pulverkrāsošana ir process, kurā 3D drukātajai detaļai tiek uzklāts sauss pulvera pārklājums. Pēc tam pulveris tiek sacietināts ar karstumu, radot izturīgu, vienmērīgu apdari. To bieži izmanto metāla 3D drukātajām detaļām.

Virsmas tekstūra

Virsmas tekstūra var pievienot unikālas estētiskas un funkcionālas īpašības 3D drukātajām detaļām. Metodes ietver:

• Smilšu strūklu tīrīšana: Izveido matētu apdari.
• Lāzera kodināšana: Pievieno sarežģītus dizainus un rakstus.

Drošības apsvērumi

Pēcapstrāde var ietvert bīstamus materiālus un rīkus. Vienmēr ievērojiet šos drošības pasākumus:

• Valkājiet atbilstošu individuālo aizsardzības aprīkojumu (IA), ieskaitot cimdus, maskas un acu aizsardzību.
• Strādājiet labi vēdināmā vietā.
• Ievērojiet visu materiālu un rīku ražotāja norādījumus.
• Pareizi atbrīvojieties no atkritumiem.

Pareizo pēcapstrādes tehniku izvēle

Labākās pēcapstrādes metodes konkrētai 3D drukātajai detaļai ir atkarīgas no vairākiem faktoriem:

• Materiāls: Dažādiem materiāliem ir nepieciešamas dažādas pēcapstrādes metodes.
• Drukāšanas tehnoloģija: Izmantotā drukāšanas tehnoloģija ietekmēs virsmas apdari un atbalstu veidus, kas jānoņem.
• Pielietojums: Detaļas paredzētais lietojums noteiks nepieciešamo apdares un funkcionalitātes līmeni.
• Budžets: Dažas pēcapstrādes metodes ir dārgākas par citām.

Globālie pēcapstrādes pielietojumu piemēri

• Medicīniskie implanti (Eiropa): Eiropas uzņēmumi izmanto progresīvas pēcapstrādes metodes, piemēram, HIP un specializētus pārklājumus, lai izveidotu bioloģiski saderīgus un izturīgus 3D drukātus medicīniskos implantus. Pēcapstrāde nodrošina, ka implanti atbilst stingrām drošības un veiktspējas normatīvajām prasībām.
• Automašīnu prototipi (Ziemeļamerika): Automašīnu ražotāji Ziemeļamerikā izmanto FDM un SLA 3D printēšanu ātrai prototipēšanai. Pēcapstrāde, ieskaitot slīpēšanu, aizpildīšanu un krāsošanu, ir ļoti svarīga, lai izveidotu reālistiskus prototipus, ko var izmantot dizaina apstiprināšanai un mārketinga nolūkos.
• Patēriņa elektronika (Āzija): Āzijā uzņēmumi izmanto 3D printēšanu, lai izveidotu pielāgotus patēriņa elektronikas korpusus. Pēcapstrāde, piemēram, tvaika izlīdzināšana un galvanizācija, tiek izmantota, lai iegūtu augstas kvalitātes virsmas apdari, kas atbilst tirgus estētiskajām prasībām.
• Aerokosmiskie komponenti (Austrālija): Austrālijas kosmosa kompānijas izmanto metāla 3D printēšanu vieglu un sarežģītu komponentu ražošanai. Pēcapstrādes soļi, piemēram, termiskā apstrāde un apstrāde, ir kritiski svarīgi, lai nodrošinātu, ka komponenti atbilst stingriem kosmosa standartiem attiecībā uz izturību un ilgmūžību.

Secinājums

3D printēšanas pēcapstrādes apgūšana ir būtiska, lai atraisītu aditīvās ražošanas pilnu potenciālu. Izprotot dažādās metodes un to pielietojumus, jūs varat izveidot detaļas, kas ir ne tikai funkcionālas, bet arī vizuāli pievilcīgas un gatavas reālai lietošanai. Neatkarīgi no tā, vai esat hobists, dizainers vai ražotājs, ieguldījums pēcapstrādes zināšanās un prasmēs ievērojami uzlabos jūsu 3D drukāto darbu kvalitāti un vērtību. Tā kā 3D printēšanas tehnoloģija turpina attīstīties, arī pēcapstrādes metodes, piedāvājot vēl vairāk inovāciju un pielāgošanas iespēju dažādās nozarēs visā pasaulē.