Повний посібник з технік постобробки 3D-друку, що охоплює все: від видалення підтримок до передових методів фінішної обробки для різних матеріалів та застосувань у всьому світі.
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.