Ako ste ikada radili s 3D štampom, znate da se čak i najprecizniji digitalni dizajn može pretvoriti u dio pun sitnih izbočina, linija slojeva i nesavršenosti kada se skine s štampača. Kao dobavljač delova za modele za 3D štampanje koji je radio sa stotinama klijenata – od timova za robotiku do dizajnera medicinskih uređaja – proveo sam godine rešavajući probleme sa glatkim površinama, i dozvolite mi da vam kažem: ne radi se samo o pokretanju postavki štampača. Za postizanje te besprijekorne, elegantne završne obrade potrebna je kombinacija pametne pripreme, pravih materijala i naknadne obrade koja je prilagođena svrsi vašeg dijela. Bilo da štampate metalne, plastične ili prilagođene komponente, postoje konzistentni, naučno poduprti koraci koji pretvaraju grubi prototip u deo koji izgleda i radi kao gotov proizvod.
Prvo, počnimo s temeljom: odabirom pravog procesa tiska i materijala. Mnogi početnici uskaču u FDM štampače jer su pristupačni, ali FDM-ovo ekstrudiranje sloj po sloj je inherentno sklono uočljivim izbočinama, posebno na zakrivljenim površinama. Zato preporučujem našim klijentima da pogledaju procese kao što su SLA (stereolitografija) ili SLS (selektivno lasersko sinterovanje) za glađe osnovne površine, ovisno o njihovim potrebama. Za metalne dijelove, naša usluga SLA 3D printanja koristi aluminij i nehrđajući čelik koji proizvode dijelove s mnogo manje linija početnog sloja od FDM, zahvaljujući preciznosti UV očvršćavanja ili laserskog topljenja. Ako su vam potrebni plastični delovi, naša linija plastičnih delova za 3D štampanje je dizajnirana da minimizira površinske nepravilnosti odmah sa podloge za štampanje, sa glatkim, konzistentnim slojevima koji zahtevaju manje posla nakon štampe. Za medicinske dijelove koristimo SLA 3D printanje za medicinske dijelove koji ispunjavaju stroge standarde biokompatibilnosti, a glatka površina smole je već idealna za aplikacije koje moraju doći u kontakt s kožom ili unutrašnjim okruženjem. Čak i za prilagođene funkcionalne dijelove, najlonski SLS dijelovi za 3D štampu imaju prirodno glatku površinu u poređenju sa FDM, bez potrebe za čišćenjem slojeva u mnogim slučajevima. Odabir pravog procesa za materijal i funkciju vašeg dijela je prvi korak o kojem se ne može pregovarati—preskakanje ovoga učinit će naknadnu obradu mnogo težom i manje učinkovitom.
Zatim, precizno kalibriranje vašeg štampača i postavki ključno je za smanjenje površinskih nesavršenosti na izvoru. Mnogi ljudi zanemaruju kako mali, svakodnevni problemi s kalibracijom stvaraju grube površine. Razdvojimo ovo: prvo, nivelacija mlaznica i kreveta. Za FDM, mlaznica koja je preblizu sloja istiskuje previše filamenta, što dovodi do izbočina i neravnih slojeva, dok mlaznica previše udaljena uzrokuje praznine između slojeva koji se prikazuju kao linije. Za SLA štampače, visina sloja smole je kritična postavka – tanji slojevi (poput 0,02 mm umjesto 0,1 mm) znače manje korake između slojeva, tako da su izbočine gotovo nevidljive golim okom. Ali evo kvake: tanji slojevi produžavaju vrijeme štampe, tako da morate uskladiti brzinu i završnu obradu. Još jedna postavka koja se često zanemaruje je brzina štampanja. Prebrzo štampanje znači da ekstruder ili laser nemaju dovoljno vremena za ravnomjerno taloženje ili sušenje 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 takođe igra ulogu – za FDM, mlaznica koja je previše hladna uzrokuje da se filament ne topi kako treba, što dovodi do grudastih slojeva, dok za smolu SLA, smola koja je previše topla može neravnomjerno očvrsnuti, što dovodi do ljepljivih ili grubih površina. Uvijek kažem novim klijentima da prvo pokrenu ispis male kalibracijske kocke – izmjere njegove dimenzije i provjere na površini za linije – da podese ove postavke prije štampanja završnog dijela. To je dodatnih 30 minuta rada, ali štedi sate naknadne obrade kasnije.
Nakon što je vaš dio odštampan, faza naknadne obrade je u kojoj hrapavu površinu zaista pretvarate u glatku, a ovaj korak varira u zavisnosti od materijala koji ste koristili. Počnimo s najčešćim procesima koje koristimo u našoj trgovini:
Za dijelove od SLA smole, prvi korak je pranje i sušenje. Nakon štampe morate ukloniti višak nestvrdnute smole – za to koristimo izopropil alkohol (IPA) i radimo dvodijelno pranje: prvo 10-minutno namakanje, zatim 5-minutno ispiranje svježim IPA-om, kako bi se uklonio svaki komadić smole. Ako ovo preskočite, preostala smola će se neravnomjerno stvrdnuti, ostavljajući ljepljivu, hrapavu površinu. Nakon pranja, dio ide u UV komoru za sušenje. Pravo vrijeme sušenja je važno—premalo i dio je mekan i sklon grebanju, previše i može postati lomljiv ili razviti mat, prašnjavu površinu. Koristimo 10-minutnu polimerizaciju na 405nm, što daje tvrdu, stabilnu podlogu koja je spremna za zaglađivanje. Za SLS dijelove, prvi korak je uklanjanje praha – uklanjanje viška najlonskog praha koji se zalijepio za površinu. Koristimo kombinaciju zračnog pjeskarenja i prevrtanja s medijima kako bismo uklonili prah u prahu, a zatim fini vakuum kako bismo ušli u pukotine. Najlonski SLS dijelovi mogu imati blago poroznu površinu ako se ne odpraše kako treba, tako da je ovaj korak kritičan prije zaglađivanja.
Za metalne dijelove, nakon štampe na našoj SLA metal 3D usluzi, prvi korak je uklanjanje potporne strukture – metalni nosači su spojeni s dijelom, tako da koristimo kombinaciju precizne strojne obrade i brušenja da ih skinemo bez ostavljanja ogrebotina. Zatim vršimo termičku obradu kako bismo ublažili unutarnja naprezanja, koja mogu uzrokovati deformaciju dijela i stvaranje neravnih površina. Kada se to završi, koraci zaglađivanja postaju intenzivniji: kombinacija pjeskarenja (korištenje finih staklenih perli za ravnomjerno nagrizanje površine, uklanjanje malih linija sloja) i zatim fino brušenje, nakon čega slijedi poliranje točkom za poliranje i smjesom. Za medicinske dijelove kojima je potrebna super glatka, neporozna površina, također radimo korak kemijskog poliranja koji koristi blagu kiselinsku otopinu da otopi gornji sloj metala, popunjavajući sve male praznine i ostavljajući završnu obradu poput zrcala.
Zatim postoje specijalizirane tehnike zaglađivanja dijelova koji moraju izgledati dobro i dobro funkcionirati. Za prilagođene dijelove kao što je naše prilagođeno robotsko kućište za ruke za humanoidne i spretne robote, površina mora biti dovoljno glatka da se može pomicati bez hvatanja, ali i izgledati čisto za prezentacije kupaca. Za njih preskačemo agresivnije brušenje i peskarenje i koristimo zaglađivanje parom. Zaglađivanje parom djeluje tako što se plastični dio (kao ABS ili ASA, uobičajeni za kućišta robota) izlaže pari rastvarača koja topi gornji sloj plastike, ispunjavajući sve linije sloja i sitne nesavršenosti. Rezultat je savršeno glatka, sjajna površina - nije potrebno brušenje. Ovdje je ključna kontrola vremena ekspozicije: predugo i dio se može iskriviti, prekratko i neće se pravilno izgladiti. Koristimo zatvorenu komoru koja nam omogućava da pratimo temperaturu i koncentraciju pare, tako da svaki dio dobiva konzistentne rezultate. Za dijelove koji moraju biti mat umjesto sjajni, možemo podesiti vrijeme isparavanja ili koristiti korak peskarenja nakon zaglađivanja parom kako bismo stvorili meku, ujednačenu teksturu koja je još uvijek glatka na dodir.
Još jedan faktor koji mnogi ljudi ne uzimaju u obzir je dizajn potporne strukture. Nosači su neophodni za držanje prepusta i složenih geometrija tokom štampe, ali ako su pogrešno postavljeni ili dizajnirani sa previše materijala, ostavljaju tragove na površini dela kada se uklone. Na primjer, veliki oslonac na zakrivljenoj površini ostavit će veliko udubljenje koje ćete morati satima brusiti. Zbog toga u našoj radnji naši dizajneri blisko sarađuju sa klijentima kako bi nosače postavili samo tamo gde su oni neophodni, a koriste se odvojivi nosači (umesto rastvorljivih, u zavisnosti od materijala) koji ostavljaju minimalne tragove. Za prepuste strmije od 45 stepeni dizajniramo tanke, rijetke nosače koje se lako uklanjaju pomoću par preciznih kliješta, ne ostavljajući gotovo nikakve tragove. Za delove sa delikatnim karakteristikama kao što su male šarke ili rupe, koristimo prilagođene potporne skele koje štite funkciju od oštećenja tokom štampanja, tako da ne morate brusiti slomljene ivice.
Kontrola kvaliteta je posljednji korak koji osigurava da vaša glatka površina ostane glatka, čak i nakon što se dio koristi. Mnogi klijenti misle da je zaglađivanje jednokratni korak, ali dijelovi koji su izloženi upotrebi (poput robotskih kućišta koja se trljaju ili medicinskih dijelova koji su dezinficirani) mogu vremenom razviti sitne ogrebotine. Svaki dio testiramo na izdržljivost površine: za robotske dijelove, radimo test trljanja mekom krpom kako bismo bili sigurni da se završni sloj ne ogrebe lako; za medicinske dijelove, testiramo otpornost na uobičajena dezinficijensa kako bismo bili sigurni da glatka površina nema udubljenja. U našoj radnji također koristimo površinski profilometar 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 sloja i mnogo glađe od većine 3D štampanih dijelova koji se nalaze u prodaji.
Tokom godina, video sam klijente kako se bore sa glatkoćom površine iz raznih razloga: biraju pogrešan materijal, preskaču kalibraciju ili seku uglove prilikom naknadne obrade. Dobra vijest je da se sve to može popraviti uz pravi pristup. Bilo da ispisujete prilagođeno robotsko kućište za ruku za vaš robotski tim, plastični dio za potrošački proizvod ili metalnu komponentu za medicinski uređaj, počevši s pravim procesom (poput naše usluge 3D ispisa metalnih dijelova SLA od nehrđajućeg čelika ili naše linije SLA 3D printanja za medicinske dijelove), pravilno kalibriranjem vašeg pisača i korištenjem ciljane glatke površine koja vam je potrebna za obradu.
Ako ste spremni da odete dalje od grubih 3D štampanih prototipova i dobijete prilagođene delove sa glatkom završnom obradom koju vaš projekat zahteva, naš tim je tu da vam pomogne. Radimo sa klijentima u različitim industrijama, od malih startupa do velikih proizvodnih kompanija, kako bismo isporučili dijelove koji ispunjavaju i funkcionalne i estetske zahtjeve. Obratite se našem timu kako biste 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, visokokvalitetne dijelove koji su vam potrebni.
Reference
- Gibson, I., Rosen, DW, & Stucker, B. (2015). Tehnologije aditivne proizvodnje: 3D štampanje, brza izrada prototipa i direktna digitalna proizvodnja. Springer.
- Campo, E. (2020). Nauka o završnim obradama 3D štampanja. Industrija 3D štampe.
- Kalpakjian, S., & Schmid, SR (2019). Proizvodni procesi za inženjerske materijale. Pearson.
- Griffith, ML, et al. (2014). Površinska obrada u aditivnoj proizvodnji: pregled. Journal of Manufacturing Science and Engineering.
