Мастерство постобработки 3D-печати: всеобъемлющее руководство

3D-печать произвела революцию в производстве, прототипировании и дизайне во всем мире. Хотя сам процесс печати увлекателен, настоящая магия часто кроется на этапах постобработки. Это всеобъемлющее руководство исследует мир постобработки 3D-печати, охватывая основные методы, передовые методы и лучшие практики, применимые к различным материалам и технологиям печати.

Почему важна постобработка?

Постобработка — это серия операций, выполняемых с 3D-печатной деталью после ее извлечения из принтера. Эти шаги важны по нескольким причинам:

Улучшенная эстетика: необработанные 3D-отпечатки часто демонстрируют слоистые линии, следы поддержки и в целом шероховатую поверхность. Постобработка улучшает внешний вид детали.
Повышенная функциональность: постобработка может улучшить механические свойства детали, такие как ее прочность, долговечность и устойчивость к нагреву или химическим веществам.
Достижение определенных допусков: для некоторых применений требуются очень точные размеры. Методы постобработки могут помочь достичь этих жестких допусков.
Требования к отделке поверхности: в зависимости от области применения может потребоваться определенная отделка поверхности (например, гладкая, матовая, глянцевая).
Удаление опорных конструкций: многие процессы 3D-печати требуют опорных конструкций для создания сложных геометрий. Эти опоры необходимо удалить после печати.

Общие технологии 3D-печати и их потребности в постобработке

Конкретные шаги постобработки зависят в основном от используемой технологии 3D-печати. Вот разбивка распространенных технологий и их типичных рабочих процессов постобработки:

Метод послойного наплавления (FDM)

FDM, также известный как метод послойного изготовления (FFF), — широко используемая технология, которая выдавливает расплавленную пластиковую нить слой за слоем. Популярные материалы включают PLA, ABS, PETG и нейлон.

Типичные этапы постобработки FDM:

Удаление поддержки: удаление опорных конструкций обычно является первым шагом. Это можно сделать вручную с помощью таких инструментов, как плоскогубцы, ножи или специализированные инструменты для удаления поддержки. Для растворимых опорных материалов (например, PVA) деталь можно погрузить в воду для растворения опор.
Шлифовка: шлифовка используется для сглаживания слоев и удаления дефектов. Начните с наждачной бумаги с крупным зерном (например, зернистость 120–180) и постепенно переходите к более тонким зернам (например, зернистость 400–600) для получения более гладкой поверхности.
Заполнение: зазоры и дефекты можно заполнить наполнителями, такими как эпоксидная шпатлевка или специализированные наполнители для 3D-печати.
Грунтовка: слой грунтовки помогает создать гладкую, однородную поверхность для покраски.
Покраска: покраска может добавить цвет, детали и защиту детали. Используйте краски, специально разработанные для пластмасс.
Покрытие: нанесение прозрачного покрытия или герметика может защитить краску и добавить глянцевую или матовую отделку.

Пример: постобработка напечатанного методом FDM корпуса из ABS для Raspberry Pi

Представьте, что вы напечатали корпус для Raspberry Pi на 3D-принтере с использованием нити ABS. Процесс будет включать в себя: 1. Удаление поддержки: аккуратно удалите опорные конструкции плоскогубцами или острым ножом. 2. Шлифовка: начните с наждачной бумаги зернистостью 180, чтобы удалить заметные слои, затем перейдите к зернистости 320 и 400 для более гладкой поверхности. Сосредоточьтесь на видимых внешних поверхностях. 3. Заполнение (необязательно): если есть какие-либо небольшие зазоры или дефекты, заполните их суспензией ABS (растворенная нить ABS в ацетоне). Дайте полностью высохнуть. 4. Грунтовка: нанесите тонкий, ровный слой пластикового грунта. Дайте ему тщательно высохнуть. 5. Покраска: нанесите два или три тонких слоя желаемого цвета с помощью аэрозольной краски, предназначенной для пластмасс. Дайте каждому слою полностью высохнуть, прежде чем наносить следующий. 6. Прозрачное покрытие (необязательно): нанесите прозрачное покрытие для защиты краски и придания глянцевой отделки.

Стереолитография (SLA) и цифровая обработка света (DLP)

SLA и DLP — это технологии 3D-печати на основе смолы, которые используют свет для отверждения жидкой смолы. Эти технологии обеспечивают высокое разрешение и гладкую поверхность, что делает их подходящими для детализированных деталей.

Типичные этапы постобработки SLA/DLP:

Промывка: после печати детали необходимо промыть изопропиловым спиртом (IPA) или специализированным средством для очистки смолы, чтобы удалить неотвержденную смолу.
Отверждение: детали обычно отверждаются под ультрафиолетовым светом, чтобы полностью затвердеть смолу и улучшить их механические свойства.
Удаление поддержки: опоры обычно удаляются вручную с помощью кусачек или острого ножа.
Шлифовка: может потребоваться легкая шлифовка для удаления следов поддержки или дефектов.
Полировка: полировка может улучшить отделку поверхности и создать глянцевый вид.
Покрытие: покрытия можно наносить для улучшения химической стойкости или добавления защитного слоя.

Пример: постобработка напечатанной на SLA миниатюрной фигурки

Допустим, вы напечатали на 3D-принтере очень детализированную миниатюрную фигурку с помощью принтера SLA. Постобработка будет включать в себя: 1. Промывка: погрузите фигурку в IPA на 10–20 минут, осторожно перемешивая ее, чтобы удалить неотвержденную смолу. Используйте мягкую щетку для очистки труднодоступных мест. 2. Отверждение: поместите фигурку в камеру УФ-отверждения на рекомендуемое время, обычно 30–60 минут, в зависимости от используемой смолы. 3. Удаление поддержки: аккуратно отсеките опорные конструкции острыми кусачками или ножом для хобби, обращая внимание на мелкие детали. 4. Шлифовка (необязательно): при необходимости слегка отшлифуйте любые оставшиеся следы поддержки наждачной бумагой с очень мелким зерном (например, зернистость 600–800). 5. Покраска (необязательно): загрунтуйте и покрасьте фигурку акриловыми красками, чтобы оживить ее. 6. Прозрачное покрытие (необязательно): нанесите прозрачное покрытие для защиты краски и придания глянцевой или матовой отделки.

Селективное лазерное спекание (SLS)

SLS — это технология 3D-печати на основе порошка, в которой используется лазер для сплавления частиц порошка друг с другом. Материалы включают нейлон, TPU и другие полимеры.

Типичные этапы постобработки SLS:

Удаление порошка: удаление неспеченного порошка из детали является основным этапом постобработки. Это можно сделать с помощью сжатого воздуха, щеток или автоматизированных систем удаления порошка.
Дробеструйная обработка: дробеструйная обработка может сгладить поверхность и удалить остатки порошка.
Окрашивание: детали SLS можно красить для добавления цвета.
Покрытие: покрытия можно наносить для улучшения химической стойкости, водонепроницаемости или других свойств.

Пример: постобработка напечатанного SLS нейлонового кронштейна

Представьте, что вы напечатали нейлоновый кронштейн для промышленного применения с использованием SLS. Постобработка будет включать в себя: 1. Удаление порошка: аккуратно удалите неспеченный порошок из кронштейна с помощью сжатого воздуха и щеток. Убедитесь, что все внутренние полости тщательно очищены. 2. Дробеструйная обработка: дробеструйте кронштейн, чтобы сгладить поверхность и удалить любые оставшиеся частицы порошка. Используйте мелкий дробеструйный материал для получения однородной отделки. 3. Окрашивание (необязательно): при желании покрасьте кронштейн в определенный цвет для идентификации или эстетических целей. 4. Покрытие (необязательно): нанесите защитное покрытие для улучшения химической стойкости или водонепроницаемости, в зависимости от требований применения.

Селективное лазерное плавление (SLM) и прямое лазерное спекание металлов (DMLS)

SLM и DMLS — это технологии 3D-печати металлом, в которых используется лазер для сплавления металлического порошка. Материалы включают алюминий, титан, нержавеющую сталь и никелевые сплавы.

Типичные этапы постобработки SLM/DMLS:

Удаление поддержки: опоры обычно удаляются с помощью проволочной ЭДМ (электроискровой обработки) или механической обработки.
Термическая обработка: термическая обработка может снять напряжение и улучшить механические свойства детали.
Механическая обработка: механическая обработка может потребоваться для достижения точных размеров и отделки поверхности.
Обработка поверхности: методы обработки поверхности, такие как полировка, шлифовка или пескоструйная обработка, могут улучшить качество поверхности.
HIP (горячее изостатическое прессование): HIP может уменьшить пористость и улучшить плотность детали.

Пример: постобработка напечатанного методом DMLS титанового имплантата

Рассмотрим титановый имплантат, созданный с использованием DMLS для медицинских целей. Постобработка включает в себя: 1. Удаление поддержки: удалите опорные конструкции с помощью проволочной ЭДМ, чтобы свести к минимуму напряжение и повреждение имплантата. 2. Термическая обработка: подвергните имплантат термической обработке, чтобы снять остаточные напряжения и улучшить его механические свойства, обеспечивая биосовместимость и структурную целостность. 3. Механическая обработка (необязательно): точно обработайте критические области имплантата, чтобы достичь требуемых размеров и отделки поверхности для оптимальной посадки и функциональности. 4. Обработка поверхности: отполируйте или пассивируйте поверхность, чтобы создать гладкую, биосовместимую поверхность, которая способствует остеоинтеграции (росту костной ткани вокруг имплантата). 5. HIP (необязательно): используйте HIP, чтобы еще больше уменьшить любую оставшуюся пористость и повысить плотность имплантата, увеличивая его прочность и устойчивость к усталости.

Подробные методы постобработки

Удаление поддержки

Удаление опорных конструкций является фундаментальным шагом во многих рабочих процессах постобработки 3D-печати. Наилучший подход зависит от материала опоры, геометрии детали и желаемой отделки поверхности.

Ручное удаление: используя такие инструменты, как плоскогубцы, кусачки и ножи, осторожно отламывайте опоры. Не торопитесь и не повредите деталь.
Растворимые опоры: растворяйте растворимые опорные материалы в воде или специализированном растворителе. Это чистый и эффективный метод для сложных геометрий.
Разборные опоры: эти опоры спроектированы так, чтобы их можно было легко отломить.

Шлифовка

Шлифовка — важный метод сглаживания поверхностей и удаления слоистых линий. Ключевым моментом является начало с крупного зерна и постепенный переход к более мелким зернам.

Мокрое шлифование: мокрое шлифование может помочь предотвратить засорение наждачной бумаги и получить более гладкую поверхность. Используйте воду с каплей мыла.
Механическая шлифовка: электроинструменты могут ускорить процесс шлифовки, но будьте осторожны, чтобы не перегреть пластик.
Сбор пыли: всегда надевайте маску и работайте в хорошо проветриваемом помещении, чтобы не вдыхать шлифовальную пыль.

Заполнение

Заполнение используется для исправления зазоров, дефектов и швов в 3D-печатных деталях. Доступно несколько типов наполнителей:

Эпоксидная шпатлевка: эпоксидная шпатлевка — это универсальный наполнитель, который можно использовать на различных материалах.
Наполнители для 3D-печати: специализированные наполнители разработаны специально для 3D-печатных деталей и часто соответствуют свойствам материала детали.
Суспензия ABS: суспензия ABS (растворенная нить ABS в ацетоне) может использоваться для заполнения зазоров в деталях из ABS.

Грунтовка

Грунтовка создает гладкую, однородную поверхность для покраски и помогает краске лучше прилипать к пластику. Выберите грунтовку, совместимую с пластиковым материалом.

Аэрозольный грунт: аэрозольные грунты легко наносятся и обеспечивают равномерное покрытие.
Кистевой грунт: кистевые грунты можно использовать для детализированных областей.

Покраска

Покраска добавляет цвет, детали и защиту 3D-печатным деталям. Используйте краски, специально разработанные для пластмасс. Акриловые краски — популярный выбор.

Аэрозольная покраска: аэрозольная покраска обеспечивает гладкую, ровную поверхность. Наносите несколько тонких слоев, а не один толстый слой.
Кистевая покраска: кистевая покраска может использоваться для детализированных областей и тонких линий.
Аэрография: аэрография обеспечивает максимальный контроль и позволяет создавать сложные конструкции и градиенты.

Покрытие

Покрытие добавляет защитный слой к краске и может обеспечить глянцевую, матовую или атласную отделку. Покрытия также могут улучшить химическую стойкость и водонепроницаемость.

Прозрачное покрытие: прозрачные покрытия защищают краску и придают глянцевую или матовую отделку.
Эпоксидное покрытие: эпоксидные покрытия обеспечивают превосходную химическую стойкость и водонепроницаемость.

Паровая обработка

Паровая обработка — это метод, который использует химические пары для расплавления поверхности 3D-печатной детали, создавая гладкую, глянцевую отделку. Этот метод обычно используется с ABS и другими растворимыми пластмассами. Внимание: паровая обработка включает в себя потенциально опасные химические вещества и должна выполняться с соблюдением надлежащих мер предосторожности и вентиляции.

Полировка

Полировка используется для создания гладкой, глянцевой поверхности на 3D-печатных деталях. Этот метод обычно используется с печатными изделиями на основе смолы.

Ручная полировка: используются полировальные салфетки и составы для сглаживания поверхности.
Механическая полировка: используются такие инструменты, как роторные инструменты с полировальными насадками, для ускорения процесса.

Передовые методы постобработки

Гальванопокрытие

Гальванопокрытие — это процесс нанесения тонкого слоя металла на 3D-печатную деталь. Это может улучшить внешний вид, долговечность и электропроводность детали.

Порошковая покраска

Порошковая покраска — это процесс нанесения сухого порошкового покрытия на 3D-печатную деталь. Затем порошок подвергается термической обработке, создавая прочное, ровное покрытие. Это часто используется на металлических 3D-печатных деталях.

Текстурирование поверхности

Текстурирование поверхности может добавить уникальные эстетические и функциональные свойства 3D-печатным деталям. Методы включают:

Пескоструйная обработка: создает матовую отделку.
Лазерная гравировка: добавляет замысловатые рисунки и узоры.

Соображения безопасности

Постобработка может включать опасные материалы и инструменты. Всегда соблюдайте следующие меры предосторожности:

Надевайте соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ), включая перчатки, маски и защиту глаз.
Работайте в хорошо проветриваемом помещении.
Следуйте инструкциям производителя для всех материалов и инструментов.
Правильно утилизируйте отходы.

Выбор правильных методов постобработки

Наилучшие методы постобработки для конкретной 3D-печатной детали зависят от нескольких факторов:

Материал: разные материалы требуют разных методов постобработки.
Технология печати: используемая технология печати повлияет на отделку поверхности и типы опор, которые необходимо удалить.
Применение: предполагаемое использование детали определит требуемый уровень отделки и функциональности.
Бюджет: некоторые методы постобработки дороже других.

Глобальные примеры применения постобработки

Медицинские имплантаты (Европа): компании в Европе используют передовые методы постобработки, такие как HIP и специализированные покрытия, для создания биосовместимых и прочных 3D-печатных медицинских имплантатов. Постобработка гарантирует, что имплантаты соответствуют строгим нормативным требованиям безопасности и производительности.
Автомобильные прототипы (Северная Америка): автопроизводители в Северной Америке используют 3D-печать FDM и SLA для быстрого прототипирования. Постобработка, включая шлифовку, заполнение и покраску, имеет решающее значение для создания реалистичных прототипов, которые могут быть использованы для проверки дизайна и маркетинговых целей.
Потребительская электроника (Азия): в Азии компании используют 3D-печать для создания индивидуальных корпусов для потребительской электроники. Постобработка, такая как паровая обработка и гальванопокрытие, используется для достижения высококачественной отделки поверхности, которая соответствует эстетическим требованиям рынка.
Аэрокосмические компоненты (Австралия): австралийские аэрокосмические компании используют 3D-печать металлом для производства легких и сложных компонентов. Этапы постобработки, такие как термическая обработка и механическая обработка, имеют решающее значение для обеспечения соответствия компонентов строгим аэрокосмическим стандартам прочности и долговечности.

Заключение

Освоение постобработки 3D-печати необходимо для раскрытия всего потенциала аддитивного производства. Понимая различные методы и их применение, вы можете создавать детали, которые не только функциональны, но и визуально привлекательны и готовы к реальному использованию. Независимо от того, являетесь ли вы любителем, дизайнером или производителем, инвестиции в знания и навыки постобработки значительно повысят качество и ценность ваших 3D-печатных изделий. Поскольку технология 3D-печати продолжает развиваться, так же будут развиваться и методы постобработки, предлагая еще больше возможностей для инноваций и настройки в различных отраслях промышленности во всем мире.