Отделка 3D-печатных деталей: вибрационная постобработка для серийного производства

Ваши детали, напечатанные на 3D-принтере, после сборки выглядят шероховатыми — видимые линии слоев, отметки опор и несоответствия поверхности, из-за которых они выглядят незавершенными. Ручное шлифование происходит медленно, непостоянно и не дает окалины. Химическое сглаживание паром работает только с определенными пластиками и создает проблемы с безопасностью и соблюдением требований. Если вы производите 3D-печатные детали в любом объеме, вам нужен метод постобработки, который был бы повторяем, удобен для партий и не требует квалифицированной рабочей силы.

В этом руководстве основное внимание уделяется вибромассовой чистовой обработке как основному решению для постобработки 3D-печатных деталей — и показано, как именно применять его для различных материалов и производственных целей.

Оглавление

1. Почему 3D-печатные детали нуждаются в постобработке

2. Сравнение четырех методов постобработки

3. Почему вибрационная чистовая обработка выигрывает при серийном производстве

4. Шаг за шагом: обработка пластиковых деталей, напечатанных на 3D-принтере

5. Шаг за шагом: обработка металлических 3D-печатных деталей

6. Краткий справочник по носителям и процессам по материалам для 3D-печати

7. Часто задаваемые вопросы

Почему 3D-печатные детали нуждаются в постобработке

Независимо от того, какую технологию 3D-печати вы используете — FDM, SLS, MJF, SLA, DMLS или SLM — у готовой поверхности есть одна общая черта: она не соответствует стандарту конечного продукта.

Процесс послойного осаждения создает три категории проблем с поверхностью:

• Линии слоя — видимые горизонтальные полосы в процессе печати. Наиболее выражен на деталях FDM; все еще присутствует, но лучше в SLS и SLA.

• Отметки опор и строительных лесов — черновые участки, на которых опорные конструкции прикреплены к строительной платформе или нависают.

• Шероховатость поверхности . Значения Ra на напечатанных деталях обычно варьируются от 3,2 до 12,5 мкм, что намного превышает требования для большинства функциональных или эстетических поверхностей.

• Остатки порошка или незатвердевшей смолы . В деталях SLS и SLA часто остается порошок в щелях или неотвержденная смола на поверхностях.

Постобработка не является обязательной для деталей промышленного уровня. Это часть производственного процесса.

Сравнение четырех методов постобработки

Прежде чем выбрать метод, поймите, что делает каждый из них — и чего вам это стоит с точки зрения времени, последовательности и совместимости материалов.

1. Ручная шлифовка

Самый доступный метод: ручная шлифовка с более мелкой зернистостью (120 → 220 → 400 → 800 → 1200). Подходит для прототипов и единичных изделий.

Лучше всего подходит для: отдельных прототипов, отпечатков для любителей, деталей со сложной внутренней геометрией, куда не может добраться никакой другой инструмент.

Не подходит для: серийного производства, деталей с жесткими допусками, всего, что требует постоянного качества поверхности.

2. Химическое сглаживание паров.

Подвергайте детали из ABS, ASA или HIPS воздействию паров растворителя (ацетон, МЭК) в герметичной камере. Пар слегка растворяет внешнюю поверхность, заполняя линии слоев и создавая глянцевый вид, отлитый под давлением.

Идеально подходит для: эстетических потребительских деталей, для которых главной целью является глянцевая поверхность.

Не подходит для: любых деталей, требующих точности размеров (растворители искажают тонкие стенки), большинства технических термопластов (PLA, PETG, нейлон) или производственных сред с правилами техники безопасности и выбросов.

3. Пескоструйная очистка/пескоструйная очистка

Распылите мелкодисперсный материал (пластиковую дробь, соду или оксид алюминия) на поверхность детали с помощью сжатого воздуха. Подходит для равномерного матового покрытия и подготовки к покраске.

Лучше всего подходит для: деталей из нейлона SLS, подготовки к покраске, деталей со сложными внутренними проходами, куда не может попасть опрокидывающаяся среда.

Риски: закругление кромок острых деталей, чрезмерная струйная обработка тонких срезов, противоречивые результаты при обработке больших партий, если не рассчитать время.

4. Вибромассовая чистовая обработка

Поместите детали в виброчашу или барабан с абразивными или полирующими материалами. Вибрационное движение непрерывно и равномерно приводит среду к поверхностям детали. Одна машина обрабатывает одновременно десятки или сотни деталей.

Лучше всего подходит для: серийного производства, стабильного качества поверхности, удаления заусенцев, сглаживания линий слоев, масштабируемых рабочих процессов.

Параллельное сравнение

Для производственных партий из более чем 10 деталей: вибрационная обработка является очевидным выбором: стабильные результаты, минимальные трудозатраты, масштабируемый процесс и совместимость с самым широким спектром материалов для 3D-печати.

Почему вибрационная чистовая обработка выигрывает при серийном производстве

Вот что делает вибрационную обработку наиболее практичным методом постобработки 3D-печатных деталей в больших масштабах:

Стабильность всей партии — каждая деталь в чаше подвергается одинаковому контакту со средой, одинаковому давлению и одинаковому времени цикла. Никакой вариативности оператора.

Никакой квалифицированной рабочей силы не требуется — загрузите детали, добавьте носитель и компаунд, установите таймер и уходите. Один оператор может управлять несколькими машинами.

Обработка больших объемов — Стандартная вибрационная чаша обрабатывает 50–200 деталей за цикл в зависимости от размера детали. Центробежные дисковые системы обеспечивают еще более высокую производительность при обработке мелких деталей.

Регулируемый уровень отделки — контролируйте результат, регулируя тип, размер, состав и время цикла печати. Одна и та же машина, несколько уровней отделки.

Работает практически со всеми материалами, напечатанными на 3D-принтере — от PLA и PETG до нейлона SLS, нержавеющей стали DMLS и титана SLM — вибрационная обработка адаптируется к правильному выбору носителя.

Совет для тонкостенных и решетчатых конструкций: используйте сепараторы деталей или специальные корзины для деталей, чтобы предотвратить контакт деталей во время вибрационной обработки. Маленькие, хрупкие детали, напечатанные на 3D-принтере (особенно FDM со стенками < 1 мм), более склонны к изгибу и повреждению при нагрузках с высокой плотностью. Запускайте более легкие нагрузки и проверяйте каждые 30 минут.

Шаг за шагом: обработка пластиковых деталей, напечатанных на 3D-принтере

Это стандартный двухэтапный вибрационный процесс для большинства пластиковых деталей FDM и SLS.

Этап 1 — Сглаживание линий слоя

Этап 2 — Осветление и сушка

Контрольный список последующей обработки перед упаковкой. Осмотрите каждую деталь на предмет остатков носителя, застрявших в отверстиях, резьбе или мелких деталях. Используйте сжатый воздух, чтобы продуть застрявшую среду. Если деталь будет покрыта или окрашена, после высыхания протрите ее изопропиловым спиртом (IPA).

Пошаговая обработка металлических деталей, напечатанных на 3D-принтере (DMLS/SLM/EBM)

Металлические детали, напечатанные на 3D-принтере — обычно из нержавеющей стали, титана или инконеля — требуют более агрессивного удаления материала, чтобы устранить шероховатую поверхность в результате сварки в порошковом слое. Для достижения наилучших результатов используйте высокоэнергетическую центробежную систему.

Этап 1 — Поддержка смешивания меток и начального сглаживания

Этап 2 — Доработка поверхности

Этап 3. Окончательная полировка или подготовка покрытия (дополнительно)

Важно: промывать между каждым этапом. Остатки керамического носителя с этапа 1 поцарапают поверхность, если его перенести на этап 2. Всегда сливайте воду, ополаскивайте детали чистой водой и используйте свежий носитель для каждого этапа.

Краткий справочник по носителям и процессам по материалам для 3D-печати

Не все материалы, напечатанные на 3D-принтере, ведут себя одинаково. Вот практическая справочная таблица:

Общее правило для всех пластиков, напечатанных на 3D-принтере: начинайте с более коротких циклов и часто проверяйте прогресс. Пластики, напечатанные на 3D-принтере, часто более хрупкие или более гибкие, чем их эквиваленты, полученные литьем под давлением, что делает их более чувствительными к чрезмерной обработке, чем обработанные детали из того же материала.

Часто задаваемые вопросы

В1: Повредит ли вибрационная обработка мои 3D-напечатанные детали?

Только если процесс не подходит для материала. Двумя основными рисками являются: (1) использование слишком агрессивных керамических материалов для мягких термопластов, таких как PLA — вместо этого используйте пластиковые материалы; (2) перегрузка чаши и возникновение столкновений деталей — всегда поддерживайте правильное соотношение среды и детали и используйте сепараторы деталей для хрупких геометрических форм. Перед выпуском полных производственных партий выполните 30-минутный цикл испытаний.

Вопрос 2. Какой шероховатости поверхности (Ra) можно добиться на 3D-печатных деталях с помощью вибрационной обработки?

Типичные результаты зависят от исходной шероховатости и материала: FDM PLA/PETG — от Ra 3,2–6,4 мкм при печати до Ra 0,8–1,6 мкм после вибрационной чистовой обработки. SLS-нейлон — от Ra 4,0–8,0 мкм до Ra 0,8–1,2 мкм. Нержавеющая сталь DMLS — от Ra 6,0–12,5 мкм при печати до Ra 0,4–1,6 мкм после трехэтапной обработки. Для Ra менее 0,2 мкм (зеркальная поверхность) на последнем этапе обычно требуется электрополировка или ручная полировка.

Вопрос 3: Можно ли вибрационной чистовой обработке обрабатывать детали с мелкой решетчатой ​​или сотовой структурой?

С осторожностью. Мелкие решетчатые структуры (толщина стенок < 1,5 мм) могут изгибаться и разрушаться под давлением среды. Решения: (1) используйте среду из початков кукурузы или скорлупы грецкого ореха вместо твердой керамики/пластика; (2) запускать более легкие загрузки (детали занимают не более 15% объема чаши); (3) используйте специальную корзину для деталей, чтобы изолировать хрупкие детали; (4) проверяйте каждые 20–30 минут во время цикла.

Вопрос 4. Как очистить детали, напечатанные на 3D-принтере, от остатков порошка или неотвержденной смолы перед обкаткой?

Детали SLS/MJF: используйте ультразвуковой очиститель с водным чистящим раствором в течение 10–15 минут перед вибрационной обработкой. Это удаляет рассыпчатый порошок из отверстий, полостей и мелких деталей, которые в противном случае могли бы загрязнить носитель. Детали SLA: если детали не полностью отверждены, сначала отверждайте их полностью — неотвержденная смола становится липкой в ​​виброчаше и покрывает материал. Детали FDM: быстрая продувка воздухом или промывка удаляют мусор перед загрузкой.

Вопрос 5. Что произойдет, если мои детали будут иметь опорные конструкции, которые я не смогу полностью удалить перед завершением работы?

Легкие следы опор можно стереть на первом этапе вибрации, если они находятся на одном уровне с поверхностью. Однако выступающие или громоздкие остатки опоры следует удалять вручную (режущим инструментом или тонкой шлифовкой) перед погрузкой, иначе вибрация приведет к распространению загрязнения по поверхности детали. Для деталей с неизбежными следами контакта с опорой запланируйте более длительный цикл этапа 1 с более грубым материалом для более глубокой резки.

Вопрос 6. Могу ли я переворачивать детали FDM с водорастворимым опорным материалом (ПВА/растворимый BVOH)?

Да, но удаляйте растворимую опору перед переворачиванием, а не после. При перемешивании с водой носитель внутри чаши растворяется, образуя липкую суспензию, которая покрывает детали и среду. Сначала замочите и промойте детали в воде для растворения подложек ПВА/БВОН, затем полностью высушите детали перед загрузкой в ​​вибробак.

В7: Сколько времени занимает весь процесс вибрационной обработки партии?

Для пластиковых деталей, напечатанных на 3D-принтере: всего 3–6 часов (этап 1 + этап 2). Для металлических деталей, напечатанных на 3D-принтере: всего 5–10 часов на три этапа. В пределах этого диапазона время цикла корректируется в зависимости от того, сколько материала необходимо удалить (что зависит от того, насколько шероховатой является напечатанная поверхность). Принтеры с более тонким слоем (слои 0,1 мм против 0,28 мм) требуют пропорционально меньше времени на удаление.

Вопрос 8: Нужно ли мне корректировать параметры сборки 3D-печати, чтобы подготовиться к вибрационной постобработке?

Несколько корректировок параметров построения могут значительно сократить время постобработки: используйте угол растра 0° или 45° (вместо 90°) для облегчения удаления линий слоя; ориентируйте детали так, чтобы минимизировать площадь поверхности, требующей отделки, если только определенные грани должны выглядеть хорошо; для металла DMLS/SLM обсудите требования к «исходной поверхности» со своей типографской службой — указание более тонкой скорости повторного покрытия или более низкой плотности энергии может обеспечить более гладкую начальную поверхность, которая будет быстрее заканчиваться.

Нужен образец испытания ваших 3D-напечатанных деталей?

Отправьте нам свои детали. Наша лаборатория отделочной обработки бесплатно проведет цикл отбора проб, задокументирует параметры процесса и сообщит результаты Ra. Мы специализируемся на вибрационной постобработке деталей FDM, SLS, MJF, DMLS, SLM и SLA из всех распространенных материалов.