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終極指南 | 3D打印后處理工藝之蒸汽平滑與振動(dòng)精加工 

2023-06-29 15:19
正如你所知的,3D打印是一種通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù),也正因?yàn)槿绱?,常見?D打印模型表面都會(huì)有凹口的表面層線。此外,當(dāng)打印的零件需要支撐結(jié)構(gòu)時(shí),支撐結(jié)構(gòu)的接觸點(diǎn)可能會(huì)留下痕跡或其他缺陷。因此,3D打印后處理成為一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。
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在本文中,我們將為大家介紹兩種常見的表面精加工工藝:蒸汽平滑和振動(dòng)精加工。你將了解各種方法的流程、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),從而可以在實(shí)際的工作中選擇適合你的后處理方法。

工作原理

蒸汽平滑,也被稱為化學(xué)蒸氣平滑,是一種將打印部件暴露于蒸發(fā)溶劑的技術(shù)。
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左側(cè)為蒸汽平滑部分,右側(cè)為標(biāo)準(zhǔn)表面處理(照片來源:ProtoLabs)
首先,需要小心地將單個(gè)或多個(gè)部件懸掛在密封的處理室中,以確保最大程度的暴露。然后,根據(jù)打印件的材質(zhì),體積,需要的光潔程度,調(diào)制化學(xué)溶劑混合物。接著,將溶劑注入并噴灑到腔室中并進(jìn)行加熱,溶劑會(huì)在零件表面凝結(jié)并固化,通過控制熔化來消除表面的不規(guī)則性。最后,隨著腔室溫度的升高,殘余溶劑會(huì)蒸發(fā)并被回收。處理后的部件能夠有很好的密封性,并獲得更光滑的表面。

振動(dòng)精加工是一種不使用化學(xué)品進(jìn)行表面處理的方法,它依靠研磨介質(zhì)來改善3D打印部件的表面質(zhì)量。在該過程中,多個(gè)3D打印零件被放置在振動(dòng)桶中,桶內(nèi)充滿了選定的研磨介質(zhì)和潤滑液,稱為化合物。當(dāng)機(jī)器啟動(dòng)時(shí),桶開始振動(dòng),產(chǎn)生零件和研磨介質(zhì)之間的機(jī)械摩擦。這種減材工藝可以輕柔地去除最外層的材料,從而改善零件的表面質(zhì)量。
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由陶瓷制成的磨料可以承受高壓力。(圖片來源:Vibrafinish)

振動(dòng)精加工特別適用于較大且細(xì)節(jié)較少的物體,并且可以更快地達(dá)到所需的效果。然而,選擇合適的磨料或切削屑對(duì)振動(dòng)精加工至關(guān)重要。磨料碎片可以由陶瓷、塑料或鋼制成,每種材料都會(huì)產(chǎn)生不同的效果。陶瓷磨料特別適合去除毛刺并獲得光亮的表面。由于密度高,它們能夠承受較高的壓力,適用于加工不銹鋼、金屬和塑料零件。塑料磨料非常適合對(duì)柔軟、細(xì)致表面進(jìn)行溫和加工。它們有金字塔形和圓錐形兩種形狀。

在振動(dòng)精加工工藝中,除了磨料外,還需要使用潤滑液,即化合物。這種化合物用于吸收和清除零件上的磨損,并對(duì)零件進(jìn)行清潔和去油處理。對(duì)于金屬零件的加工,可以選擇使用酸性化合物進(jìn)行酸洗。處理完后,還需要進(jìn)行干燥處理??梢詫⑦@些零件放置在振動(dòng)干燥機(jī)中進(jìn)行干燥,與加熱的干燥介質(zhì)(如玉米芯粉、堅(jiān)果粉或木塊)一起進(jìn)行振動(dòng)。

兼容材料

蒸汽平滑技術(shù)與大多數(shù)3D打印聚合物和彈性體兼容。常用的適合蒸汽平滑的材料包括丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯(ASA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、高抗沖聚苯乙烯(具體取決于機(jī)器)、尼龍11(PA 11)、尼龍12(PA 12)、聚丙烯(PP)和聚碳酸酯/丙烯腈丁二烯苯乙烯(PC-ABS)。需要注意的是,不建議使用TPU和某些特殊長絲進(jìn)行蒸汽平滑處理。不同的溶劑,如丙酮、甲乙酮(MEK)、四氫呋喃(THF)、二氯甲烷(DCM)和乙酸乙酯,具有各自的有效性和應(yīng)用注意事項(xiàng)。
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金屬零件經(jīng)過振動(dòng)精加工之前和之后(圖片來源:Acton Finishing)

而振動(dòng)精加工技術(shù)則與許多其他不同的材料兼容。例如,振動(dòng)精加工不僅適用于由熱固性塑料、熱塑性塑料和彈性體(如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET))制成的3D打印零件,還可用于鋁、不銹鋼等金屬、黃銅或紫銅。這使得振動(dòng)精加工成為一種更通用的方法,可用于各種3D打印技術(shù)的后處理,如FDM/FFF和粉床融合技術(shù)。

局限性和優(yōu)點(diǎn)

這兩種工藝在表面外觀和性能方面都具有很大的優(yōu)勢(shì)。通過蒸汽平滑,你可以獲得與注塑成型相當(dāng)?shù)墓饣头浪谋砻婀鉂嵍攘慵?,從而提高伸長率、拉伸性能、彎曲性能,并保持特性、強(qiáng)度和精度。另一方面,振動(dòng)精加工無法實(shí)現(xiàn)防水加工,但可以提供異常光滑的表面,去除涂層痕跡,并產(chǎn)生防刮擦和防污的表面。

通過振動(dòng)精加工和蒸汽平滑方法加工的部件可產(chǎn)生具有光澤外觀的光滑表面。然而,與振動(dòng)精加工相比,蒸汽平滑能提供更閃亮的表面。此外,經(jīng)過振動(dòng)精加工處理的零件表現(xiàn)出明顯更柔軟、更好的觸感體驗(yàn)。
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蒸汽平滑通常應(yīng)用于航空航天工業(yè)中的飛機(jī)零件(圖片來源:Fast Radius)

然而,值得注意的是,蒸汽平滑并不是適用于每種打印的最佳解決方案。過于復(fù)雜、過小、過大或過平的模型可能會(huì)發(fā)生變形或丟失細(xì)節(jié),并且可能出現(xiàn)架痕。蒸汽平滑處理后,零件還可能會(huì)出現(xiàn)橋接、起泡、咬痕、邊緣池、斑點(diǎn)、孔洞或不完整的特征等缺陷。此外,需要注意的是,與剛性材料相比,柔性材料更容易出現(xiàn)表面缺陷。因此,在對(duì)帶有接頭的移動(dòng)部件或零件進(jìn)行蒸汽平滑處理時(shí),必須注意時(shí)機(jī),以避免損害接頭完整性或因過度暴露于蒸汽而導(dǎo)致粘連。

另一方面,振動(dòng)精加工比蒸汽平滑適用于更廣泛的3D打印零件,因?yàn)樗梢酝ㄟ^選擇不同的磨料和方法來適應(yīng)零件的個(gè)性化需求、材料特性和結(jié)構(gòu)。然而,振動(dòng)精加工可能會(huì)導(dǎo)致部件幾何形狀的損失。例如,組件的角和尖端可能會(huì)過于圓化并失去形狀,而使用蒸汽平滑則不會(huì)出現(xiàn)這種情況。此外,振動(dòng)精加工有時(shí)還需要進(jìn)一步的干燥程序,從而延長了后處理時(shí)間。

應(yīng)用領(lǐng)域

蒸汽平滑是一項(xiàng)受到醫(yī)療、汽車和航空航天等行業(yè)青睞的技術(shù),可以提供防水、抗菌且不含化學(xué)物質(zhì)的零件。在談到振動(dòng)精加工時(shí),醫(yī)療、汽車和體育行業(yè)尤其受益于這項(xiàng)技術(shù)。在每個(gè)領(lǐng)域中,光滑的表面(尤其是金屬部件)對(duì)于確保正常運(yùn)行和安全條件非常重要。然而,蒸汽平滑和振動(dòng)精加工都可以應(yīng)用于整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)周期,從概念模型到原型再到最終產(chǎn)品,并在醫(yī)療、汽車和消費(fèi)品等各個(gè)行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

例如,通過振動(dòng)精加工工藝加工的零件包括汽車行業(yè)的汽車零件或體育行業(yè)的溜冰鞋和健身器材。此外,珠寶和餐具也經(jīng)過振動(dòng)精加工,供消費(fèi)者使用。在汽車工業(yè)中,蒸汽平滑常用于內(nèi)部部件,如儀表板、門把手和中控臺(tái)元件。蒸汽平滑還廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)的飛機(jī)零件,如機(jī)翼、空氣管道和發(fā)動(dòng)機(jī)零件等。

價(jià)格費(fèi)用

對(duì)于振動(dòng)精加工,目前,據(jù)資源庫了解,國內(nèi)制造廠商相對(duì)比較少。國外的Walther Trowal、AVAtec或Garant等制造商生產(chǎn)的大型工業(yè)機(jī)器價(jià)格約為18,000美元至21,000美元。2公斤磨料的價(jià)格在21美元至44美元之間,而5升化合物的價(jià)格也約為21美元至44美元。根據(jù)零件的數(shù)量和尺寸,價(jià)格可能會(huì)有很大差異。

至于蒸汽平滑,單個(gè)零件的平滑服務(wù)費(fèi)用可能在5美元至15美元之間,具體取決于零件的復(fù)雜程度。然而,許多制造商通常只提供捆綁包中的服務(wù),其中包括10個(gè)或更多零件。購買蒸汽平滑機(jī)裝置本身的成本約為10,000至30,000美元,具體取決于地區(qū)、制造商和質(zhì)量。

通過3D打印制造零件需要一套完整的工藝流程,而不僅僅是簡(jiǎn)單地打印出來就完成了。后處理是不可或缺的一部分,它能夠?qū)Υ蛴〕鰜淼牧慵M(jìn)行精加工和表面處理,以獲得最終的成品。在國內(nèi),3D打印設(shè)備和材料方面已經(jīng)取得了很大的突破,但后處理領(lǐng)域還存在空白,這是一個(gè)藍(lán)海市場(chǎng),需要更多的公司發(fā)現(xiàn)和參與。

注:本文由資源庫編譯整理,原文來自3dnatives。
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