Για να γυαλίσουν τρισδιάστατα εκτυπωμένα μέρη για να επιτύχουν ένα εκλεπτυσμένο φινίρισμα, οι μηχανικοί χρησιμοποιούν μια ποικιλία τεχνικών βιομηχανικού φινιρίσματος, συμπεριλαμβανομένων μεθόδων επίστρωσης, αμμοβολής και φινιρίσματος με το χέρι. Αν και η τρισδιάστατη εκτύπωση μπορεί να παράγει πολύπλοκα μέρη, οι αρχικές εκτυπώσεις συχνά εμφανίζουν τραχιές επιφάνειες και έντονες γραμμές στρώσης, ειδικά σε μέρη που παράγονται με τη χρήση μοντελοποίησης λιωμένης εναπόθεσης (FDM). Για το λόγο αυτό, η μετα-επεξεργασία είναι ένα εξαιρετικά σημαντικό μέρος της παραγωγής ανταλλακτικών, εξομαλύνοντας την τραχιά επιφάνεια του ημιτελούς τμήματος προσθέτοντας ή αφαιρώντας στρώματα του εξαρτήματος. Σε αυτό το άρθρο, η Antarctic Bear θα εισαγάγει και θα συγκρίνει συστηματικά δύο κύριες διαδικασίες φινιρίσματος επιφανειών που κυκλοφορούν αυτή τη στιγμή στην αγορά - εξομάλυνση με ατμό και λεπτή στίλβωση με δόνηση, έτσι ώστε να διευκολυνθεί η κατανόηση των αντίστοιχων διεργασιών, των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων κάθε μεθόδου.
ατμός λεία
Η εξομάλυνση ατμών, επίσης γνωστή ως χημική εξομάλυνση ατμών, είναι μια τεχνική επιφανειακής επεξεργασίας που εκθέτει τα τυπωμένα μέρη σε ένα περιβάλλον εξατμιστικού διαλύτη. Η βιομηχανική διαδικασία εξομάλυνσης ατμών απαιτεί προσεκτική ανάρτηση μεμονωμένων ή πολλαπλών εξαρτημάτων σε αεροστεγές θάλαμο για μέγιστη έκθεση. Ένα μείγμα χημικών διαλυτών, όπως το FA 326, εγχέεται και ψεκάζεται σε ένα θάλαμο όπου συμπυκνώνεται και σκληραίνει στο μέρος, εξαλείφοντας τις επιφανειακές ανωμαλίες μέσω ενός ελεγχόμενου τήγματος. Καθώς η θερμοκρασία του θαλάμου αυξάνεται, ο υπολειπόμενος διαλύτης εξατμίζεται και ανακτάται. Το τελικό μέρος γίνεται αδιάβροχο και διατηρεί την λεία εσωτερική κοιλότητα, τις ακριβείς διαστάσεις και τον αρχικό όγκο του υλικού. Για καλύτερα αποτελέσματα εξομάλυνσης ατμών, συνιστάται η διεργασία να εκτελείται σε ελεγχόμενο περιβάλλον χρησιμοποιώντας εξοπλισμό βιομηχανικής ποιότητας που έχει σχεδιαστεί για 3D εκτύπωση εξομάλυνση ατμών. Για όσους ενδιαφέρονται για μια μέθοδο DIY, η εξομάλυνση ατμού μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας ακετόνη ή αιθανόλη ως χημικό διαλύτη, ή σε αυτή την περίπτωση γνωστή ως εμποτισμός διαλύτη. Ωστόσο, πρέπει να δίνεται προσοχή και να υπάρχουν κατάλληλα μέτρα ασφαλείας και εξοπλισμός.
△Το λείο τμήμα με ατμό βρίσκεται στα αριστερά και η τυπική επεξεργασία επιφάνειας βρίσκεται στα δεξιά (πηγή φωτογραφίας: ProtoLabs)
Λεπτό γυάλισμα κραδασμών
Το δονητικό φινίρισμα, από την άλλη πλευρά, δεν χρησιμοποιεί χημικά για την προετοιμασία της επιφάνειας. Αντίθετα, βασίζεται σε λειαντικά μέσα για να βελτιώσει την επιφάνεια του 3D εκτυπωμένου τμήματος. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, πολλά 3D εκτυπωμένα μέρη τοποθετούνται σε έναν δονούμενο κουβά γεμάτο με επιλεγμένα λειαντικά μέσα και σύνθετο λιπαντικό υγρό. Όταν το μηχάνημα είναι ενεργοποιημένο, η κάννη αρχίζει να κινείται, δημιουργώντας μηχανική τριβή μεταξύ του εξαρτήματος και του μέσου λείανσης. Αυτή η διαδικασία αφαίρεσης βελτιώνει την ποιότητα της επιφάνειας του εξαρτήματος ελαχιστοποιώντας και αφαιρώντας απαλά το πιο εξωτερικό στρώμα υλικού. Η δονητική λεπτή στίλβωση απαιτεί ειδικά μέτρα και εξοπλισμό και προσφέρει δύο μεθόδους: μέθοδο δόνησης και μέθοδο ανατροπής. Η μέθοδος δόνησης είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για μεγαλύτερα αντικείμενα με λιγότερη λεπτομέρεια και μπορεί να επιτύχει το επιθυμητό αποτέλεσμα πιο γρήγορα.
Η επιλογή λειαντικού ή τσιπς είναι κρίσιμης σημασίας στη δονητική λεπτή στίλβωση. Τα λειαντικά τσιπς μπορούν να κατασκευαστούν από κεραμικό, πλαστικό ή χάλυβα, με το καθένα να παράγει διαφορετικά αποτελέσματα. Τα κεραμικά λειαντικά είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για αφαίρεση γρεζιών και για την επίτευξη γυαλιστερής επιφάνειας. Λόγω της υψηλής πυκνότητάς τους, αντέχουν σε υψηλές πιέσεις και είναι κατάλληλα για κατεργασία ανοξείδωτων, μεταλλικών και πλαστικών εξαρτημάτων. Τα πλαστικά λειαντικά είναι ιδανικά για μαλακές, ευαίσθητες επιφάνειες που απαιτούν απαλό φινίρισμα. Έρχονται σε πυραμιδικά και κωνικά σχήματα. Επιπλέον, η Walther Trowl έχει αναπτύξει λειαντικά σε σχήμα θηλής για πολύ μικρά, ευαίσθητα μέρη σε δυσπρόσιτες περιοχές. Τα λειαντικά από χάλυβα είναι ως επί το πλείστον σφαιρικά και έχουν ελάχιστη αφαίρεση υλικού, καθιστώντας τα ιδανικά για γυάλισμα και μηχανικό καθαρισμό μεταλλικών, ασημένιων ή αλουμινίων εξαρτημάτων για να εξασφαλίσουν μια λεία και χωρίς γρατσουνιές επιφάνεια.
△Τα λειαντικά από κεραμικά αντέχουν σε υψηλή πίεση. (Πηγή: Vibrafinish)
Εκτός από τα λειαντικά, η διαδικασία δονητικής λεπτής στίλβωσης απαιτεί και λιπαντικά υγρά, δηλαδή ενώσεις. Οι ενώσεις χρησιμοποιούνται για την απορρόφηση και την αφαίρεση φθοράς από εξαρτήματα και για τον καθαρισμό και την απολίπανση εξαρτημάτων. Οι όξινες ενώσεις μπορούν να επιλεγούν για τη μηχανική κατεργασία μεταλλικών μερών για τουρσί. Μετά την επεξεργασία, απαιτείται ξήρανση. Αυτά τα μέρη μπορούν να στεγνώσουν σε ένα δονητικό στεγνωτήριο όπου τοποθετούνται με ένα θερμαινόμενο μέσο ξήρανσης, όπως άλευρο καλαμποκιού, μοσχοκάρυδο ή μπλοκ ξύλου και δονούνται. Εναλλακτικά, τα στεγνωτήρια ιμάντα είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για ευαίσθητα και ογκώδη μέρη με εσωτερικά κανάλια και τρύπες. Σε ένα στεγνωτήριο με ιμάντα, τα 3D εκτυπωμένα μέρη περνούν μέσω ενός συστήματος θερμού αέρα στη ζώνη και στεγνώνουν με αυτόν τον τρόπο.
Οι επεξεργασίες λείανσης με ατμό και γυαλίσματος με δονητικό φινίρισμα ποικίλλουν χρονικά, από δέκα λεπτά έως αρκετές ώρες, ανάλογα με τον αριθμό και την πολυπλοκότητα των εξαρτημάτων που υποβάλλονται σε επεξεργασία.
συμβατό υλικό
Το Vapor Smooth είναι συμβατό με τα περισσότερα πολυμερή και ελαστομερή εκτύπωσης 3D. Τα κοινά υλικά για εξομάλυνση ατμών περιλαμβάνουν ακρυλικό ακρυλονιτρίλιο στυρένιο (ASA), ακρυλονιτρίλιο βουταδιένιο στυρένιο (ABS), πολυστυρένιο υψηλής πρόσκρουσης (ανάλογα με τη μηχανή), νάιλον 11 (PA 11), νάιλον 12 (PA 12), πολυπροπυλένιο (PP) και πολυανθρακικό /ακρυλονιτρίλιο βουταδιένιο στυρόλιο (PC-ABS). Αξίζει να σημειωθεί, ωστόσο, ότι η εξομάλυνση ατμού με TPU και ορισμένα εξειδικευμένα νήματα δεν συνιστάται. Κάθε διαλύτης, όπως η ακετόνη, η μεθυλαιθυλοκετόνη (MEK), το τετραϋδροφουράνιο (THF), το διχλωρομεθάνιο (DCM) και ο οξικός αιθυλεστέρας, έχει τις δικές του εκτιμήσεις αποτελεσματικότητας και εφαρμογής.
Ωστόσο, η δονητική λεπτή στίλβωση είναι συμβατή με πολλά άλλα διαφορετικά υλικά. Για παράδειγμα, η δονητική λεπτή στίλβωση δεν είναι διαθέσιμη μόνο για 3D εκτυπωμένα μέρη από θερμοσκληρυντικά, θερμοπλαστικά και ελαστομερή όπως πολυαιθυλένιο (PE), πολυπροπυλένιο (PP) ή τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο (PET), μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για μέταλλα όπως αλουμίνιο, ανοξείδωτο χάλυβας, ορείχαλκος ή χαλκός. Αυτό την καθιστά μια πιο ευέλικτη μέθοδο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μέθοδος μετα-επεξεργασίας για διάφορες τεχνικές τρισδιάστατης εκτύπωσης, όπως το FDM/FFF και η σύντηξη κρεβατιού σε σκόνη.
△ Πριν και μετά τη σύγκριση των γυαλισμένων με κραδασμούς μεταλλικών μερών (Πηγή: Acton Finishing)
Περιορισμοί και πλεονεκτήματα των τεχνικών μετα-επεξεργασίας
Και οι δύο διαδικασίες προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα όσον αφορά την εμφάνιση και την απόδοση της επιφάνειας. Η εξομάλυνση με ατμό μπορεί να αποκτήσει λεία και αδιάβροχα εξαρτήματα φινιρίσματος επιφάνειας συγκρίσιμα με τη χύτευση με έγχυση και να βελτιώσει την επιμήκυνση, τις ιδιότητες εφελκυσμού, τις ιδιότητες κάμψης των εξαρτημάτων, να διατηρήσει τα χαρακτηριστικά, τη δύναμη και την ακρίβεια. Το δονητικό φινίρισμα, από την άλλη πλευρά, δεν επιτυγχάνει ένα αδιάβροχο φινίρισμα, αλλά παρέχει επίσης μια εξαιρετικά λεία επιφάνεια, αφαιρεί τα σημάδια επίστρωσης και δημιουργεί μια επιφάνεια ανθεκτική στις γρατσουνιές και τους λεκέδες. Τα εξαρτήματα που επεξεργάζονται με μεθόδους δόνησης και εξομάλυνσης με ατμό παράγουν λείες επιφάνειες με γυαλιστερή εμφάνιση. Ωστόσο, η εξομάλυνση με ατμό παρέχει πιο γυαλιστερό φινίρισμα από το λεπτό γυάλισμα με δονήσεις. Επιπλέον, τα μέρη που επεξεργάστηκαν με δονητική λεπτή στίλβωση παρουσίασαν μια σημαντικά πιο απαλή, πιο ευχάριστη εμπειρία αφής.
Ωστόσο, αξίζει να σημειωθεί ότι η εξομάλυνση ατμού δεν είναι η καλύτερη λύση για κάθε εκτύπωση. Τα μοντέλα που είναι πολύ περίπλοκα, πολύ μικρά, πολύ μεγάλα ή πολύ επίπεδα μπορεί να παραμορφώσουν ή να χάσουν τις λεπτομέρειες και τα τεχνουργήματα μπορεί να είναι ορατά στη συνέχεια. Μετά την εξομάλυνση με ατμό, τα εξαρτήματα μπορεί να παρουσιάζουν ελαττώματα όπως γεφύρωση, φουσκάλες, σημάδια από δαγκώματα, ακμές, κηλίδες, τρύπες ή ελλιπή χαρακτηριστικά. Επιπλέον, αξίζει να σημειωθεί ότι τα εύκαμπτα υλικά είναι πιο επιρρεπή σε επιφανειακά ελαττώματα από τα άκαμπτα υλικά. Επομένως, πρέπει να λαμβάνεται προσεκτικός χρόνος όταν ο ατμός εξομαλύνει κινούμενα μέρη ή εξαρτήματα με αρμούς για να αποφευχθεί η διακύβευση της ακεραιότητας της άρθρωσης ή η πρόκληση κολλήματος λόγω υπερβολικής έκθεσης στον ατμό.
Από την άλλη πλευρά, η δονητική λεπτή στίλβωση είναι κατάλληλη για μια ευρύτερη γκάμα τρισδιάστατων εκτυπωμένων εξαρτημάτων από την εξομάλυνση με ατμό, καθώς μπορεί να προσαρμοστεί σε οποιεσδήποτε μεμονωμένες απαιτήσεις, ιδιότητες υλικού και δομή του εξαρτήματος επιλέγοντας διαφορετικά λειαντικά και μεθόδους. Το δονητικό φινίρισμα είναι κατάλληλο σχεδόν για όλα τα 3D εκτυπωμένα εξαρτήματα, αρκεί η διαδικασία να γίνεται πάντα επαγγελματικά από ειδικούς. Ωστόσο, το γυάλισμα με δονητικό φινίρισμα μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια της γεωμετρίας του εξαρτήματος. Για παράδειγμα, οι γωνίες και οι άκρες των εξαρτημάτων μπορεί να είναι υπερβολικά στρογγυλεμένες και να χάσουν το σχήμα τους, κάτι που δεν συμβαίνει με την εξομάλυνση με ατμό. Επιπλέον, το φινίρισμα με δόνηση απαιτεί μερικές φορές επακόλουθες περαιτέρω διαδικασίες ξήρανσης, γεγονός που παρατείνει τη διαδικασία.
Πεδίο εφαρμογής
Η εξομάλυνση ατμών είναι μια τεχνολογία που προτιμάται από βιομηχανίες όπως η ιατρική, η αυτοκινητοβιομηχανία και η αεροδιαστημική για την επεξεργασία ανθεκτικών στο νερό, αντιμικροβιακών και μη χημικών συστατικών. Όταν πρόκειται για δονητική λεπτή στίλβωση, η ιατρική, η αυτοκινητοβιομηχανία και η αθλητική βιομηχανία επωφελούνται ιδιαίτερα από αυτήν την τεχνολογία. Σε κάθε τομέα, οι λείες επιφάνειες, ειδικά τα μεταλλικά μέρη, είναι σημαντικές για τη διασφάλιση της σωστής λειτουργίας και των ασφαλών συνθηκών των εξαρτημάτων. Ωστόσο, η εξομάλυνση ατμών και η δονητική λεπτή στίλβωση μπορούν να εφαρμοστούν σε όλο τον κύκλο ανάπτυξης του προϊόντος, από πρωτότυπα μοντέλα έως πρωτότυπα έως τελικά προϊόντα, και χρησιμοποιούνται σε μεγάλη ποικιλία βιομηχανιών, συμπεριλαμβανομένων ιατρικών, αυτοκινητοβιομηχανιών και καταναλωτικών αγαθών. Παραδείγματα εξαρτημάτων που επεξεργάζονται με δονητική λεπτή στίλβωση είναι ανταλλακτικά αυτοκινήτων για την αυτοκινητοβιομηχανία ή τροχοπέδιλα και εξοπλισμός γυμναστικής για την αθλητική βιομηχανία. Επιπλέον, τα κοσμήματα και τα επιτραπέζια σκεύη γυαλίζονται με δονήσεις για χρήση από καταναλωτές. Ένα παράδειγμα εξαρτήματος λείανσης με ατμό που χρησιμοποιείται συχνά στην αυτοκινητοβιομηχανία είναι τα εσωτερικά εξαρτήματα των οχημάτων, όπως ταμπλό, λαβές θυρών και στοιχεία κεντρικής κονσόλας. Η εξομάλυνση ατμών χρησιμοποιείται επίσης στην αεροδιαστημική βιομηχανία για εξαρτήματα αεροσκαφών όπως πτερύγια, αεραγωγούς και εξαρτήματα κινητήρα, μεταξύ άλλων.
εικόνα
△Η εξομάλυνση ατμού εφαρμόζεται συχνά σε εξαρτήματα αεροσκαφών στην αεροδιαστημική βιομηχανία (Πηγή εικόνας: Fast Radius)
προμηθευτές και τιμές
Διάφοροι πάροχοι υπηρεσιών, όπως η SPALECK GmbH, η VibraFinish ή η Rohde AG, προσφέρουν δονητική λεπτή στίλβωση για ιδιώτες πελάτες και εταιρείες. Για την εξομάλυνση ατμών, οι Xometry, AMT, DyeMansion, Protolabs και Hubs είναι εξέχοντες πάροχοι υπηρεσιών που προσφέρουν υπηρεσίες εξομάλυνσης ατμών είτε με καθορισμένο μηχάνημα λύσης μετά την επεξεργασία είτε με βάση υλικό. Η 3Faktur είναι μια γερμανική εταιρεία που προσφέρει υπηρεσίες εξομάλυνσης ατμού και λεπτής στίλβωσης με δονήσεις. Γνωστές μηχανές VaporSmoothing όπως η σειρά AMT PostPro3D και η σειρά Powerfuse S είναι λύσεις που παρέχονται από την Xometry και την DyeMansion, ενώ τα Protolabs και τα Hubs χρησιμοποιούν υλικά SLS και MJFHPA 12, PA 12 και MJF Ultrasint™ TPU-01 αντίστοιχα.
Για δονητική λεπτή στίλβωση, μεγάλες βιομηχανικές μηχανές από κατασκευαστές όπως η Walther Trowal, η AVAtec ή η Garant κοστίζουν περίπου $18,000 έως $21,000 (€17,000 έως €20,{{{{ 7}}). 2 κιλά λειαντικών κοστίζουν μεταξύ 21 – 44 $ (20 – 40 €) και 5 λίτρα σύνθετου περίπου 21 – 44 $ (20 – 40 €). Οι τιμές ποικίλλουν ευρέως ανάλογα με την ποσότητα και το μέγεθος των εξαρτημάτων που πρόκειται να κατεργαστούν. Για εξομάλυνση με ατμό, η χρέωση υπηρεσιών για την εξομάλυνση μεμονωμένων εξαρτημάτων μπορεί να είναι $5-$15 (€4-€14) ανάλογα με την πολυπλοκότητα του εξαρτήματος, αν και πολλοί κατασκευαστές συνήθως προσφέρουν την υπηρεσία μόνο σε πακέτα των 10 ή περισσότερα μέρη. Η αγορά του ίδιου του εξομαλυντή ατμού μπορεί να κοστίσει περίπου $10,000 έως $30,000 (€11,000–33,000), ανάλογα με την περιοχή, τον κατασκευαστή και την ποιότητα .
