Опанування постобробки 3D-друку: повний посібник

3D-друк здійснив революцію у виробництві, прототипуванні та дизайні по всьому світу. Хоча сам процес друку є захопливим, справжня магія часто криється в етапах постобробки. Цей вичерпний посібник досліджує світ постобробки 3D-друку, охоплюючи основні техніки, найкращі практики та передові методи, що застосовуються до різних матеріалів і технологій друку.

Чому постобробка важлива?

Постобробка — це серія операцій, що виконуються над 3D-друкованою деталлю після того, як вона виходить з принтера. Ці кроки є вирішальними з кількох причин:

• Покращена естетика: Необроблені 3D-друковані вироби часто мають видимі лінії шарів, сліди від підтримок і загалом шорстку поверхню. Постобробка покращує зовнішній вигляд деталі.
• Покращена функціональність: Постобробка може покращити механічні властивості деталі, такі як її міцність, довговічність та стійкість до тепла або хімікатів.
• Досягнення точних допусків: Деякі застосування вимагають дуже точних розмірів. Техніки постобробки можуть допомогти досягти цих жорстких допусків.
• Вимоги до якості поверхні: Залежно від застосування, може знадобитися специфічна обробка поверхні (наприклад, гладка, матова, глянцева).
• Видалення підтримуючих структур: Багато процесів 3D-друку вимагають підтримуючих структур для створення складних геометрій. Ці підтримки необхідно видаляти після друку.

Поширені технології 3D-друку та їхні потреби в постобробці

Конкретні кроки постобробки значною мірою залежать від використовуваної технології 3D-друку. Ось огляд поширених технологій та їх типових робочих процесів постобробки:

Моделювання методом наплавлення (FDM)

FDM, також відома як пошарове наплавлення нитки (FFF), — це широко використовувана технологія, яка екструдує розплавлену пластикову нитку шар за шаром. Популярні матеріали включають PLA, ABS, PETG та нейлон.

Типові етапи постобробки FDM:

• Видалення підтримок: Видалення підтримуючих структур зазвичай є першим кроком. Це можна зробити вручну за допомогою таких інструментів, як плоскогубці, ножі або спеціалізовані інструменти для видалення підтримок. Для розчинних матеріалів підтримок (наприклад, PVA) деталь можна занурити у воду, щоб розчинити підтримки.
• Шліфування: Шліфування використовується для згладжування ліній шарів та видалення недоліків. Почніть з наждачного паперу грубої зернистості (наприклад, 120-180) і поступово переходьте до дрібнішої зернистості (наприклад, 400-600) для більш гладкої поверхні.
• Шпаклювання: Зазори та недоліки можна заповнити шпаклівками, такими як епоксидна мастика або спеціалізовані шпаклівки для 3D-друку.
• Ґрунтування: Шар ґрунтовки допомагає створити гладку, однорідну поверхню для фарбування.
• Фарбування: Фарбування може додати колір, деталізацію та захист деталі. Використовуйте фарби, спеціально призначені для пластику.
• Покриття: Нанесення прозорого лаку або герметика може захистити фарбу та додати глянсовий або матовий фініш.

Приклад: Постобробка корпусу для Raspberry Pi, надрукованого з ABS за технологією FDM

Уявіть, що ви надрукували корпус для Raspberry Pi, використовуючи ABS-пластик. Процес включатиме: 1. Видалення підтримок: Обережно видаліть підтримуючі структури за допомогою плоскогубців або гострого ножа. 2. Шліфування: Почніть з наждачного паперу зернистістю 180, щоб видалити помітні лінії шарів, потім перейдіть до зернистості 320 і 400 для більш гладкої поверхні. Зосередьтеся на видимих зовнішніх поверхнях. 3. Шпаклювання (за бажанням): Якщо є невеликі зазори або дефекти, заповніть їх ABS-сумішшю (розчинений ABS-пластик в ацетоні). Дайте їй повністю висохнути. 4. Ґрунтування: Нанесіть тонкий, рівний шар ґрунтовки для пластику. Дайте їй ретельно висохнути. 5. Фарбування: Нанесіть два-три тонких шари фарби бажаного кольору за допомогою аерозольної фарби, призначеної для пластику. Дайте кожному шару повністю висохнути перед нанесенням наступного. 6. Лакування (за бажанням): Нанесіть прозорий лак для захисту фарби та надання глянсового фінішу.

Стереолітографія (SLA) та цифрова обробка світлом (DLP)

SLA та DLP — це технології 3D-друку на основі смоли, які використовують світло для затвердіння рідкої смоли. Ці технології забезпечують високу роздільну здатність і гладку поверхню, що робить їх придатними для деталізованих виробів.

Типові етапи постобробки SLA/DLP:

• Промивання: Після друку деталі необхідно промити в ізопропіловому спирті (IPA) або спеціальному очищувачі для смоли, щоб видалити незатверділу смолу.
• Затвердіння: Деталі зазвичай затверджують під ультрафіолетовим світлом, щоб повністю затвердити смолу та покращити її механічні властивості.
• Видалення підтримок: Підтримки зазвичай видаляються вручну за допомогою кусачок або гострого ножа.
• Шліфування: Може знадобитися легке шліфування для видалення слідів від підтримок або недоліків.
• Полірування: Полірування може покращити якість поверхні та створити глянсовий вигляд.
• Покриття: Можна наносити покриття для покращення хімічної стійкості або додавання захисного шару.

Приклад: Постобробка мініатюрної фігурки, надрукованої за технологією SLA

Припустімо, ви надрукували високодеталізовану мініатюрну фігурку за допомогою SLA-принтера. Постобробка включатиме: 1. Промивання: Занурте фігурку в IPA на 10-20 хвилин, обережно перемішуючи її, щоб видалити незатверділу смолу. Використовуйте м'яку щітку для очищення важкодоступних місць. 2. Затвердіння: Помістіть фігурку в УФ-камеру для затвердіння на рекомендований час, зазвичай 30-60 хвилин, залежно від використовуваної смоли. 3. Видалення підтримок: Обережно відріжте підтримуючі структури гострими кусачками або модельним ножем, пам'ятаючи про крихкі деталі. 4. Шліфування (за бажанням): За потреби, злегка відшліфуйте будь-які залишкові сліди від підтримок наждачним папером дуже дрібної зернистості (наприклад, 600-800). 5. Фарбування (за бажанням): Заґрунтуйте та розфарбуйте фігурку акриловими фарбами, щоб "оживити" її. 6. Лакування (за бажанням): Нанесіть прозорий лак для захисту фарби та додання глянсового або матового фінішу.

Селективне лазерне спікання (SLS)

SLS — це технологія 3D-друку на основі порошку, яка використовує лазер для спікання частинок порошку. Матеріали включають нейлон, ТПУ та інші полімери.

Типові етапи постобробки SLS:

• Очищення від порошку: Видалення неспеченого порошку з деталі є основним етапом постобробки. Це можна зробити за допомогою стисненого повітря, щіток або автоматизованих систем очищення.
• Струменева обробка (бісерострум): Струменева обробка може згладити поверхню та видалити залишки порошку.
• Фарбування (зануренням): Деталі SLS можна фарбувати для додання кольору.
• Покриття: Можна наносити покриття для покращення хімічної стійкості, водонепроникності або інших властивостей.

Приклад: Постобробка нейлонового кронштейна, надрукованого за технологією SLS

Уявіть, що ви надрукували нейлоновий кронштейн для промислового застосування за допомогою SLS. Постобробка включатиме: 1. Очищення від порошку: Обережно видаліть неспечений порошок з кронштейна за допомогою стисненого повітря та щіток. Переконайтеся, що всі внутрішні порожнини ретельно очищені. 2. Струменева обробка: Обробіть кронштейн струменем скляних кульок, щоб згладити поверхню та видалити залишкові частинки порошку. Використовуйте дрібний абразив для рівномірного фінішу. 3. Фарбування (за бажанням): За бажанням, пофарбуйте кронштейн у певний колір для ідентифікації або з естетичних міркувань. 4. Покриття (за бажанням): Нанесіть захисне покриття для покращення хімічної стійкості або водонепроникності, залежно від вимог застосування.

Селективне лазерне плавлення (SLM) та пряме лазерне спікання металу (DMLS)

SLM та DMLS — це технології 3D-друку металом, які використовують лазер для сплавлення металевого порошку. Матеріали включають алюміній, титан, нержавіючу сталь та нікелеві сплави.

Типові етапи постобробки SLM/DMLS:

• Видалення підтримок: Підтримки зазвичай видаляються за допомогою дротяної електроерозійної обробки (EDM) або механічної обробки.
• Термічна обробка: Термічна обробка може зняти напруження та покращити механічні властивості деталі.
• Механічна обробка: Механічна обробка може знадобитися для досягнення точних розмірів та якості поверхні.
• Фінішна обробка поверхні: Техніки фінішної обробки, такі як полірування, шліфування або піскоструминна обробка, можуть покращити якість поверхні.
• ГІП (гаряче ізостатичне пресування): ГІП може зменшити пористість та покращити щільність деталі.

Приклад: Постобробка титанового імплантату, надрукованого за технологією DMLS

Розглянемо титановий імплантат, створений за допомогою DMLS для медичних застосувань. Постобробка включає: 1. Видалення підтримок: Видаліть підтримуючі структури за допомогою дротяної електроерозійної обробки, щоб мінімізувати напруження та пошкодження імплантату. 2. Термічна обробка: Піддайте імплантат термічній обробці для зняття залишкових напружень та покращення його механічних властивостей, забезпечуючи біосумісність та структурну цілісність. 3. Механічна обробка (за бажанням): Точно обробіть критичні ділянки імплантату для досягнення необхідних розмірів та якості поверхні для оптимальної посадки та функціональності. 4. Фінішна обробка поверхні: Відполіруйте або пасивуйте поверхню для створення гладкої, біосумісної поверхні, що сприяє остеоінтеграції (вростанню кістки в імплантат). 5. ГІП (за бажанням): Використовуйте ГІП для подальшого зменшення будь-якої залишкової пористості та підвищення щільності імплантату, збільшуючи його міцність та втомну стійкість.

Детальні техніки постобробки

Видалення підтримок

Видалення підтримуючих структур є фундаментальним кроком у багатьох робочих процесах постобробки 3D-друку. Найкращий підхід залежить від матеріалу підтримки, геометрії деталі та бажаної якості поверхні.

• Ручне видалення: Використовуючи інструменти, такі як плоскогубці, кусачки та ножі, обережно відламуйте підтримки. Не поспішайте і уникайте пошкодження деталі.
• Розчинні підтримки: Розчиняйте розчинні матеріали підтримок у воді або спеціальному розчиннику. Це чистий та ефективний метод для складних геометрій.
• Відламні підтримки: Ці підтримки розроблені так, щоб їх можна було легко відламати.

Шліфування

Шліфування — це ключова техніка для згладжування поверхонь та видалення ліній шарів. Головне — починати з грубої зернистості і поступово переходити до дрібнішої.

• Мокре шліфування: Мокре шліфування може запобігти забиванню наждачного паперу та забезпечити більш гладку поверхню. Використовуйте воду з краплею мила.
• Механічне шліфування: Електрошліфувальні машини можуть прискорити процес шліфування, але будьте обережні, щоб не перегріти пластик.
• Збір пилу: Завжди надягайте маску та працюйте в добре провітрюваному приміщенні, щоб уникнути вдихання пилу від шліфування.

Шпаклювання

Шпаклювання використовується для усунення зазорів, дефектів та швів у 3D-друкованих деталях. Існує кілька типів шпаклівок:

• Епоксидна мастика: Епоксидна мастика — це універсальна шпаклівка, яку можна використовувати на різних матеріалах.
• Шпаклівки для 3D-друку: Спеціалізовані шпаклівки розроблені спеціально для 3D-друкованих деталей і часто відповідають властивостям матеріалу деталі.
• ABS-суміш: ABS-суміш (розчинений ABS-пластик в ацетоні) можна використовувати для заповнення зазорів у деталях з ABS.

Ґрунтування

Ґрунтування створює гладку, однорідну поверхню для фарбування та допомагає фарбі краще триматися на пластику. Обирайте ґрунтовку, сумісну з матеріалом пластику.

• Аерозольна ґрунтовка: Аерозольні ґрунтовки легко наносити, і вони забезпечують рівномірне покриття.
• Ґрунтовка під пензель: Ґрунтовки під пензель можна використовувати для деталізованих ділянок.

Фарбування

Фарбування додає колір, деталізацію та захист 3D-друкованим деталям. Використовуйте фарби, спеціально призначені для пластику. Акрилові фарби є популярним вибором.

• Аерозольне фарбування: Аерозольне фарбування забезпечує гладке, рівне покриття. Наносьте кілька тонких шарів замість одного товстого.
• Фарбування пензлем: Фарбування пензлем можна використовувати для деталізованих ділянок та тонких ліній.
• Аерографія: Аерографія забезпечує найбільший контроль і дозволяє створювати складні малюнки та градієнти.

Покриття

Покриття додає захисний шар до фарби і може забезпечити глянсовий, матовий або сатиновий фініш. Покриття також можуть покращити хімічну стійкість та водонепроникність.

• Прозорий лак: Прозорі лаки захищають фарбу та додають глянсовий або матовий фініш.
• Епоксидне покриття: Епоксидні покриття забезпечують відмінну хімічну стійкість та водонепроникність.

Випарове згладжування

Випарове згладжування — це техніка, яка використовує хімічні випари для розплавлення поверхні 3D-друкованої деталі, створюючи гладкий, глянсовий фініш. Ця техніка зазвичай використовується з ABS та іншими розчинними пластиками. Обережно: випарове згладжування включає потенційно небезпечні хімікати і повинно виконуватися з дотриманням належних заходів безпеки та вентиляції.

Полірування

Полірування використовується для створення гладкої, глянсової поверхні на 3D-друкованих деталях. Ця техніка зазвичай використовується з виробами, надрукованими зі смоли.

• Ручне полірування: Використовує полірувальні серветки та пасти для згладжування поверхні.
• Механічне полірування: Використовує інструменти, такі як роторні інструменти з полірувальними насадками, щоб прискорити процес.

Передові техніки постобробки

Гальванопластика

Гальванопластика — це процес покриття 3D-друкованої деталі тонким шаром металу. Це може покращити зовнішній вигляд, довговічність та електропровідність деталі.

Порошкове фарбування

Порошкове фарбування — це процес нанесення сухого порошкового покриття на 3D-друковану деталь. Потім порошок затверджується під дією тепла, створюючи міцне, рівномірне покриття. Це часто використовується на металевих 3D-друкованих деталях.

Текстурування поверхні

Текстурування поверхні може додати унікальні естетичні та функціональні властивості 3D-друкованим деталям. Техніки включають:

• Піскоструминна обробка: Створює матову поверхню.
• Лазерне гравіювання: Додає складні малюнки та візерунки.

Заходи безпеки

Постобробка може включати небезпечні матеріали та інструменти. Завжди дотримуйтесь цих заходів безпеки:

• Носіть відповідні засоби індивідуального захисту (ЗІЗ), включаючи рукавички, маски та захист для очей.
• Працюйте в добре провітрюваному приміщенні.
• Дотримуйтесь інструкцій виробника для всіх матеріалів та інструментів.
• Утилізуйте відходи належним чином.

Вибір правильних технік постобробки

Найкращі техніки постобробки для конкретної 3D-друкованої деталі залежать від кількох факторів:

• Матеріал: Різні матеріали вимагають різних технік постобробки.
• Технологія друку: Використана технологія друку впливатиме на якість поверхні та типи підтримок, які потрібно видалити.
• Застосування: Призначення деталі визначатиме необхідний рівень фінішної обробки та функціональності.
• Бюджет: Деякі техніки постобробки дорожчі за інші.

Глобальні приклади застосування постобробки

• Медичні імплантати (Європа): Компанії в Європі використовують передові техніки постобробки, такі як ГІП та спеціалізовані покриття, для створення біосумісних та довговічних 3D-друкованих медичних імплантатів. Постобробка гарантує, що імплантати відповідають суворим регуляторним вимогам щодо безпеки та продуктивності.
• Автомобільні прототипи (Північна Америка): Автомобільні виробники в Північній Америці використовують FDM та SLA 3D-друк для швидкого прототипування. Постобробка, включаючи шліфування, шпаклювання та фарбування, є вирішальною для створення реалістичних прототипів, які можна використовувати для перевірки дизайну та маркетингових цілей.
• Споживча електроніка (Азія): В Азії компанії використовують 3D-друк для створення індивідуальних корпусів для споживчої електроніки. Постобробка, така як випарове згладжування та гальванопластика, використовується для досягнення високоякісної поверхні, що відповідає естетичним вимогам ринку.
• Аерокосмічні компоненти (Австралія): Австралійські аерокосмічні компанії використовують металевий 3D-друк для виробництва легких та складних компонентів. Етапи постобробки, такі як термічна обробка та механічна обробка, є критично важливими для забезпечення відповідності компонентів суворим аерокосмічним стандартам міцності та довговічності.

Висновок

Опанування постобробки 3D-друку є ключовим для розкриття повного потенціалу адитивного виробництва. Розуміючи різноманітні техніки та їх застосування, ви можете створювати деталі, які є не тільки функціональними, але й візуально привабливими та готовими до реального використання. Незалежно від того, чи ви любитель, дизайнер чи виробник, інвестування в знання та навички постобробки значно підвищить якість та цінність ваших 3D-друкованих творінь. Оскільки технологія 3D-друку продовжує розвиватися, так само будуть розвиватися й техніки постобробки, пропонуючи ще більше можливостей для інновацій та кастомізації в різних галузях промисловості по всьому світу.