Ako ste ikada radili s 3D ispisom, znate da se čak i najprecizniji digitalni dizajn može pretvoriti u dio pun sitnih izbočina, linija slojeva i nesavršenosti kada siđe s pisača. Kao dobavljač dijelova modela za 3D ispis koji je radio sa stotinama klijenata — od robotskih timova do dizajnera medicinskih uređaja — proveo sam godine rješavajući probleme s glatkim površinama i dopustite mi da vam kažem: ne radi se samo o podizanju postavki pisača. Za besprijekornu, elegantnu završnu obradu potrebna je kombinacija pametne pripreme, pravih materijala i naknadne obrade koja je prilagođena namjeni vašeg dijela. Bilo da ispisujete metalne, plastične ili prilagođene komponente, postoje dosljedni, znanstveno potkrijepljeni koraci koji pretvaraju grubi prototip u dio koji izgleda i radi kao gotov proizvod.
Prvo, počnimo s temeljima: odabirom pravog procesa ispisa i materijala. Mnogi početnici uskaču u FDM pisače jer su pristupačni, ali FDM-ova ekstruzija sloj-po-sloj inherentno je sklona vidljivim rubovima, posebno na zakrivljenim površinama. Zato našim klijentima preporučam da pogledaju postupke kao što su SLA (stereolitografija) ili SLS (selektivno lasersko sinterovanje) za glatke osnovne površine, ovisno o njihovim potrebama. Za metalne dijelove, naša usluga SLA 3D ispisa koristi aluminij i nehrđajući čelik koji proizvode dijelove s mnogo manje početnih linija slojeva nego FDM, zahvaljujući preciznosti UV stvrdnjavanja ili laserskog taljenja. Ako trebate plastične dijelove, naša linija plastičnih dijelova za 3D ispis dizajnirana je za smanjenje površinskih nepravilnosti neposredno s postolja za ispis, s glatkim, dosljednim slojevima koji zahtijevaju manje rada nakon ispisa. Za medicinske dijelove koristimo SLA 3D ispis za medicinske dijelove koji zadovoljavaju stroge standarde biokompatibilnosti, a glatka površina od smole već je idealna za primjene koje moraju doći u dodir s kožom ili unutarnjim okruženjima. Čak i za prilagođene funkcionalne dijelove, dijelovi za SLS 3D ispis od najlona imaju prirodno glatku površinu u usporedbi s FDM, bez potrebe za čišćenjem linije slojeva u mnogim slučajevima. Odabir pravog postupka za materijal i funkciju vašeg dijela prvi je korak o kojem se ne može pregovarati—preskakanjem ovog postupka postprocesiranje će biti puno teže i manje učinkovito.
Zatim, precizno kalibriranje pisača i postavki ključno je za smanjenje površinskih nesavršenosti na izvoru. Mnogi ljudi zanemaruju koliko mali, svakodnevni problemi s kalibracijom stvaraju grube površine. Razdvojimo ovo: prvo, izravnavanje mlaznice i kreveta. Za FDM, mlaznica koja je preblizu krevetu istiskuje previše filamenta, što dovodi do ispupčenja i neravnih slojeva, dok mlaznica predaleko uzrokuje praznine između slojeva koje se prikazuju kao linije. Za SLA pisače, visina sloja smole je kritična postavka—tanji slojevi (poput 0,02 mm umjesto 0,1 mm) znače manje korake između slojeva, tako da su rubovi gotovo nevidljivi golim okom. Ali ovdje postoji caka: tanji slojevi produljuju vrijeme ispisa, pa morate uravnotežiti brzinu i završnu obradu. Još jedna postavka koja se često zanemaruje je brzina ispisa. Prebrzo ispisivanje znači da ekstruder ili laser nemaju dovoljno vremena za ravnomjerno taloženje ili stvrdnjavanje materijala, što dovodi do praznina, mrlja i grubih mrlja. Za SLA preporučujemo brzinu od 20-30 mm u sekundi za većinu dijelova; za SLS, 15-25 mm/s daje konzistentne, glatke slojeve. Temperatura također igra ulogu—za FDM, mlaznica koja je previše hladna uzrokuje nepravilno taljenje filamenta, što dovodi do grudastih slojeva, dok za smolu SLA, smola koja je pretopla može se neravnomjerno stvrdnuti, što dovodi do ljepljivih ili grubih površina. Uvijek kažem novim klijentima da prvo pokrenu ispis male kalibracijske kocke—izmjere njezine dimenzije i provjere ima li na površini linija—kako bi podesili ove postavke prije ispisa vašeg konačnog dijela. To je dodatnih 30 minuta rada, ali štedi sate kasnije naknadne obrade.
Nakon što je vaš dio ispisan, faza naknadne obrade je mjesto gdje hrapavu površinu stvarno pretvarate u glatku, a ovaj korak varira ovisno o materijalu koji ste koristili. Započnimo s najčešćim procesima koje koristimo u našoj trgovini:
Za dijelove od SLA smole, prvi korak je pranje i stvrdnjavanje. Nakon ispisa, morate ukloniti višak nestvrdnute smole—za to koristimo izopropilni alkohol (IPA) i radimo dvodijelno pranje: prvo 10-minutno namakanje, zatim 5-minutno ispiranje sa svježom IPA-om, kako bismo uklonili svaki djelić labave smole. Ako ovo preskočite, preostala smola će se neravnomjerno stvrdnuti, ostavljajući ljepljivu, grubu površinu. Nakon pranja, dio ide u komoru za UV sušenje. Pravo vrijeme stvrdnjavanja je važno - premalo i dio je mekan i sklon grebanju, previše i može postati lomljivo ili razviti mat, prašnjavu površinu. Koristimo 10-minutno stvrdnjavanje na 405 nm, što daje čvrstu, stabilnu podlogu koja je spremna za zaglađivanje. Za SLS dijelove, prvi korak je uklanjanje praha—uklanjanje viška najlonskog praha koji je zalijepljen za površinu. Koristimo kombinaciju mlazanja zrakom i tumbanja s medijem kako bismo uklonili rastresiti prah, a zatim fini vakuum kako bismo ušli u pukotine. Najlonski SLS dijelovi mogu imati blago poroznu površinu ako se pravilno ne odpraše, pa je ovaj korak kritičan prije zaglađivanja.
Za metalne dijelove, nakon ispisa na našoj SLA usluzi metalnog 3D ispisa, prvi post-korak je uklanjanje potporne strukture—metalni nosači se spajaju s dijelom, tako da koristimo kombinaciju precizne strojne obrade i brušenja kako bismo ih skinuli bez ostavljanja ogrebotina. Zatim vršimo toplinsku obradu kako bismo smanjili unutarnja naprezanja koja mogu uzrokovati savijanje dijela i stvaranje neravnih površina. Nakon što je to gotovo, koraci zaglađivanja postaju intenzivniji: kombinacija pjeskarenja perlama (upotrebom finih staklenih perli za ravnomjerno nagrizanje površine, uklanjanjem malih linija slojeva) i zatim finog brušenja, nakon čega slijedi poliranje brusnim kotačem i smjesom. Za medicinske dijelove koji trebaju super glatku, neporoznu površinu, također radimo korak kemijskog poliranja koji koristi blagu kiselu otopinu za topljenje samog gornjeg sloja metala, popunjavajući sve sitne praznine i ostavljajući završetak poput zrcala.
Zatim postoje specijalizirane tehnike zaglađivanja za dijelove koji trebaju dobro izgledati i dobro funkcionirati. Za prilagođene dijelove kao što je naše prilagođeno kućište robotske ruke za humanoidne i spretne robote, površina mora biti dovoljno glatka da se pomiče bez zapinjanja, ali također mora izgledati čisto za prezentacije kupaca. Za njih preskačemo agresivnije brušenje i pjeskarenje i koristimo zaglađivanje parom. Izglađivanje parom funkcionira izlaganjem plastičnog dijela (kao što je ABS ili ASA, uobičajeno za kućišta robota) parama otapala koje otapaju gornji sloj plastike, ispunjavajući sve linije slojeva i sitne nesavršenosti. Rezultat je savršeno glatka, sjajna površina—nije potrebno brušenje. Ovdje je ključno kontrolirati vrijeme ekspozicije: predugo i dio se može iskriviti, prekratko i neće se pravilno izgladiti. Koristimo zatvorenu komoru koja nam omogućuje praćenje temperature i koncentracije pare, tako da svaki dio dobiva dosljedne rezultate. Za dijelove koji trebaju biti mat umjesto sjajni, možemo prilagoditi vrijeme isparavanja ili upotrijebiti korak pjeskarenja nakon parnog zaglađivanja kako bismo stvorili meku, ujednačenu teksturu koja je i dalje glatka na dodir.
Drugi čimbenik koji mnogi ljudi ne uzimaju u obzir je dizajn potporne strukture. Nosači su potrebni za držanje prepusta i složenih geometrija tijekom ispisa, ali ako su pogrešno postavljeni ili dizajnirani s previše materijala, ostavljaju tragove na površini dijela kada se uklone. Na primjer, veliki nosač na zakrivljenoj površini ostavit će veliku udubinu koju ćete morati brusiti satima. Zato u našoj trgovini naši dizajneri blisko surađuju s klijentima kako bi postavili nosače samo tamo gdje su potrebni i koristili nosače koji se odvajaju (umjesto onih koji se mogu otapati, ovisno o materijalu) koji ostavljaju minimalne tragove. Za prepuste strmije od 45 stupnjeva, dizajniramo tanke, rijetke nosače koji se lako uklanjaju s parom preciznih kliješta, ne ostavljajući gotovo nikakav trag. Za dijelove s osjetljivim značajkama kao što su male šarke ili rupe, koristimo prilagođene potporne skele koje štite značajku od oštećenja tijekom ispisa, tako da ne morate brusiti slomljene rubove.
Kontrola kvalitete posljednji je korak koji osigurava da vaša glatka površina ostane glatka, čak i nakon upotrebe dijela. Mnogi klijenti misle da je zaglađivanje jednokratni korak, ali na dijelovima koji su izloženi korištenju (poput kućišta robota koja se trljaju ili medicinskih dijelova koji se dezinficiraju) s vremenom mogu nastati sitne ogrebotine. Svaki dio testiramo na izdržljivost površine: za robotske dijelove radimo test trljanja mekom krpom kako bismo bili sigurni da se završna obrada lako ne ogrebe; za medicinske dijelove testiramo otpornost na uobičajena sredstva za dezinfekciju kako bismo bili sigurni da na glatkoj površini nema rupa. Također koristimo površinski profilometar u našoj trgovini za mjerenje vrijednosti hrapavosti (Ra) svakog dijela—naš standard za glatke dijelove je Ra < 1,6 mikrometara, što je toliko glatko da jedva možete osjetiti linije slojeva, i mnogo glađe od većine uobičajenih 3D tiskanih dijelova.
Tijekom godina vidio sam kako se klijenti bore s glatkoćom površine iz raznih razloga: odabiru pogrešan materijal, preskaču kalibraciju ili režu kutove pri naknadnoj obradi. Dobra vijest je da se sve to može popraviti pravim pristupom. Bilo da ispisujete prilagođeno robotsko ručno kućište za svoj robotički tim, plastični dio za potrošački proizvod ili metalnu komponentu za medicinski uređaj, počevši s pravim postupkom (kao što je naša usluga 3D ispisa metalnih dijelova SLA aluminij od nehrđajućeg čelika ili naš SLA 3D ispis za liniju medicinskih dijelova), ispravna kalibracija vašeg pisača i korištenje ciljane naknadne obrade dobit ćete besprijekornu glatku površinu koja vam je potrebna.
Ako ste spremni prijeći dalje od grubih 3D ispisanih prototipova i dobiti prilagođene dijelove s glatkom završnom obradom koju vaš projekt zahtijeva, naš tim je tu da vam pomogne. Radimo s klijentima u različitim industrijama, od malih startupa do velikih proizvodnih tvrtki, kako bismo isporučili dijelove koji zadovoljavaju i funkcionalne i estetske zahtjeve. Obratite se našem timu kako bismo razgovarali o vašem projektu, bilo da se radi o jednostavnom plastičnom dijelu, složenoj metalnoj komponenti ili prilagođenom kućištu za robotski uređaj. Provest ćemo vas kroz svaki korak, od dizajna do naknadne obrade, kako bismo bili sigurni da ćete dobiti glatke dijelove visoke kvalitete koji su vam potrebni.
Reference
- Gibson, I., Rosen, DW i Stucker, B. (2015.). Tehnologije aditivne proizvodnje: 3D ispis, brza izrada prototipova i izravna digitalna proizvodnja. Springer.
- Campo, E. (2020). Znanost o 3D ispisu završnih površina. Industrija 3D ispisa.
- Kalpakjian, S. i Schmid, SR (2019). Proizvodni procesi za inženjerske materijale. Pearson.
- Griffith, ML, et al. (2014). Površinska obrada u aditivnoj proizvodnji: pregled. Časopis za znanost i inženjerstvo proizvodnje.
