Om 3D-geprinte onderdelen te polijsten om een verfijnde afwerking te bereiken, passen ingenieurs verschillende industriële afwerkingstechnieken toe, waaronder coating, zandstralen en handmatige afwerkingsmethoden. Hoewel 3D-printen complexe onderdelen kan produceren, vertonen eerste prints vaak ruwe oppervlakken en uitgesproken laaglijnen, vooral in onderdelen die zijn geproduceerd met behulp van fused deposition modeling (FDM). Om deze reden is nabewerking een uiterst belangrijk onderdeel van de productie van onderdelen, waarbij het ruwe oppervlak van het onafgewerkte onderdeel wordt gladgemaakt door lagen van het onderdeel toe te voegen of te verwijderen. In dit artikel zal Antarctic Bear systematisch twee reguliere oppervlakteafwerkingsprocessen introduceren en vergelijken die momenteel op de markt zijn: stoomgladmaken en fijnpolijsten door trillingen, om het begrip van de respectievelijke processen, voor- en nadelen van elke methode te vergemakkelijken.
stoom glad
Vapour Smoothing, ook wel bekend als chemical vapour smoothing, is een oppervlaktebehandelingstechniek die geprinte onderdelen blootstelt aan een verdampende oplosmiddelomgeving. Het industriële dampafvlakkingsproces vereist een zorgvuldige suspensie van enkele of meerdere componenten in een luchtdichte kamer voor maximale blootstelling. Een mengsel van chemische oplosmiddelen, zoals FA 326, wordt geïnjecteerd en in een kamer gespoten waar het condenseert en uithardt op het onderdeel, waardoor onregelmatigheden aan het oppervlak worden geëlimineerd door een gecontroleerde smelting. Naarmate de kamertemperatuur stijgt, verdampt het resterende oplosmiddel en wordt het teruggewonnen. Het laatste deel wordt waterdicht en behoudt zijn gladde binnenholte, precieze afmetingen en origineel materiaalvolume. Voor de beste dampafvlakkingsresultaten wordt aanbevolen om het proces uit te voeren in een gecontroleerde omgeving met behulp van industriële apparatuur die is ontworpen voor dampafvlakking bij 3D-printen. Voor diegenen die geïnteresseerd zijn in een doe-het-zelfmethode: dampafvlakking kan worden bereikt met aceton of ethanol als chemisch oplosmiddel, of in dit geval bekend als impregnatie met oplosmiddel. Voorzichtigheid is echter geboden en de juiste veiligheidsmaatregelen en uitrusting moeten aanwezig zijn.
△Het stoomgladde gedeelte bevindt zich links en de standaard oppervlaktebehandeling bevindt zich rechts (bron foto: ProtoLabs)
Vibratie fijn polijsten
Trilafwerking daarentegen gebruikt geen chemicaliën voor oppervlaktevoorbereiding. In plaats daarvan vertrouwt het op schurende media om het oppervlak van het 3D-geprinte onderdeel te verbeteren. Tijdens het proces worden meerdere 3D-geprinte onderdelen in een trilbak geplaatst die is gevuld met geselecteerde schurende media en samengestelde smeervloeistof. Wanneer de machine wordt aangezet, begint de loop te bewegen, waardoor er mechanische wrijving ontstaat tussen het onderdeel en de maalmedia. Dit subtractieve proces verbetert de oppervlaktekwaliteit van het onderdeel door de buitenste materiaallaag te minimaliseren en voorzichtig te verwijderen. Vibrerend fijnpolijsten vereist speciale maatregelen en apparatuur en biedt twee methoden: de vibratiemethode en de tuimelmethode. De vibratiemethode is vooral geschikt voor grotere objecten met minder detail en kan sneller het gewenste resultaat bereiken.
De keuze van schuurmiddel of spanen is van cruciaal belang bij vibrerend fijnpolijsten. Schuurspanen kunnen gemaakt zijn van keramiek, plastic of staal, elk met verschillende resultaten. Keramische schuurmiddelen zijn bijzonder geschikt voor het ontbramen en het verkrijgen van een glanzend oppervlak. Door hun hoge dichtheid zijn ze bestand tegen hoge drukken en zijn ze geschikt voor het bewerken van roestvrijstalen, metalen en kunststof onderdelen. Kunststof schuurmiddelen zijn ideaal voor zachte, delicate oppervlakken die een zachte afwerking vereisen. Ze zijn er in zowel piramidale als conische vormen. Daarnaast heeft Walther Trowl nippelvormige schuurmiddelen ontwikkeld voor zeer kleine, delicate onderdelen op moeilijk bereikbare plaatsen. Stalen schuurmiddelen zijn meestal bolvormig en hebben een minimale materiaalverwijdering, waardoor ze ideaal zijn voor het polijsten en mechanisch reinigen van metalen, zilveren of aluminium onderdelen om een glad en krasvrij oppervlak te garanderen.
△Schuurmiddelen van keramiek zijn bestand tegen hoge druk. (Bron: Vibrafinish)
Naast schuurmiddelen heeft het vibrerende fijnpolijstproces ook smeervloeistoffen, dwz verbindingen, nodig. Compounds worden gebruikt om slijtage van onderdelen op te vangen en te verwijderen, en om onderdelen te reinigen en te ontvetten. Zure verbindingen kunnen worden geselecteerd voor het bewerken van metalen onderdelen voor beitsen. Na verwerking is drogen vereist. Deze onderdelen kunnen worden gedroogd in een trildroger waar ze worden geplaatst met een verwarmd droogmedium zoals maïskolfmeel, notenmeel of houtblokken en getrild. Als alternatief zijn banddrogers vooral geschikt voor gevoelige en omvangrijke onderdelen met interne kanalen en gaten. In een banddroger worden de 3D-geprinte onderdelen door een heteluchtsysteem op de band geleid en zo gedroogd.
Stoomgladmaken en polijsten met vibrerende afwerking variëren in tijd, van tien minuten tot enkele uren, afhankelijk van het aantal en de complexiteit van de onderdelen die worden verwerkt.
compatibel materiaal
Vapor Smooth is compatibel met de meeste 3D-printpolymeren en elastomeren. Gebruikelijke materialen voor dampafvlakking zijn onder meer acrylonitril-styreenacrylaat (ASA), acrylonitril-butadieen-styreen (ABS), slagvast polystyreen (afhankelijk van de machine), nylon 11 (PA 11), nylon 12 (PA 12), polypropyleen (PP) en polycarbonaat /acrylonitril-butadieen-styreen (PC-ABS). Het is echter vermeldenswaard dat stoomafvlakking met TPU en bepaalde speciale filamenten niet wordt aanbevolen. Elk oplosmiddel, zoals aceton, methylethylketon (MEK), tetrahydrofuran (THF), dichloormethaan (DCM) en ethylacetaat, heeft zijn eigen effectiviteit en toepassingsoverwegingen.
Vibrerend fijnpolijsten is echter compatibel met veel andere verschillende materialen. Vibrerend fijnpolijsten is bijvoorbeeld niet alleen beschikbaar voor 3D-geprinte onderdelen van thermoharders, thermoplasten en elastomeren zoals polyethyleen (PE), polypropyleen (PP) of polyethyleentereftalaat (PET), maar kan ook worden gebruikt voor metalen zoals aluminium, roestvrij staal, messing of koper. Dit maakt het een veelzijdigere methode die kan worden gebruikt als nabewerkingsmethode voor verschillende 3D-printtechnieken zoals FDM/FFF en poederbedfusie.
△Voor en na vergelijking van vibratiegepolijste metalen onderdelen (Bron: Acton Finishing)
Beperkingen en voordelen van nabewerkingstechnieken
Beide processen bieden veel voordelen op het gebied van uiterlijk en prestaties van het oppervlak. Stoomglad maken kan gladde en waterbestendige oppervlakteafwerkingsonderdelen verkrijgen die vergelijkbaar zijn met spuitgieten, en de rek, trekeigenschappen, buigeigenschappen van onderdelen verbeteren, eigenschappen, sterkte en precisie behouden. Vibrerende afwerking daarentegen zorgt niet voor een watervaste afwerking, maar zorgt ook voor een uitzonderlijk glad oppervlak, verwijdert coatingsporen en zorgt voor een kras- en vlekbestendig oppervlak. Componenten die zijn verwerkt door middel van vibrofinishing en vapour smoothing-methoden produceren gladde oppervlakken met een glanzend uiterlijk. Gladmaken met stoom geeft echter een glanzender resultaat dan fijn polijsten met trillingen. Bovendien vertoonden onderdelen die waren behandeld met vibrerend fijn polijsten een aanzienlijk zachtere, aangenamere tactiele ervaring.
Het is echter vermeldenswaard dat dampafvlakking niet de beste oplossing is voor elke afdruk. Modellen die te complex, te klein, te groot of te plat zijn, kunnen vervormen of details verliezen, en artefacten kunnen achteraf zichtbaar worden. Na het gladstrijken met stoom kunnen onderdelen defecten vertonen zoals brugvorming, blaren, bijtsporen, randplassen, vlekken, gaten of onvolledige kenmerken. Bovendien is het vermeldenswaard dat flexibele materialen gevoeliger zijn voor oppervlaktedefecten dan stijve materialen. Daarom moet een zorgvuldige timing worden genomen wanneer bewegende delen of componenten met verbindingen met stoom glad worden gemaakt om te voorkomen dat de verbindingsintegriteit in gevaar wordt gebracht of dat er kleven ontstaat als gevolg van overmatige blootstelling aan stoom.
Aan de andere kant is vibrerend fijnpolijsten geschikt voor een breder scala aan 3D-geprinte onderdelen dan stoomgladmaken, omdat het kan worden aangepast aan alle individuele vereisten, materiaaleigenschappen en structuur van het onderdeel door verschillende schuurmiddelen en methoden te kiezen. Vibrerend finishen is geschikt voor vrijwel alle 3D-geprinte onderdelen, mits het proces altijd professioneel wordt uitgevoerd door specialisten. Vibrerend polijsten kan echter leiden tot verlies van de geometrie van het onderdeel. De hoeken en punten van componenten kunnen bijvoorbeeld overdreven afgerond zijn en hun vorm verliezen, wat niet gebeurt bij gladstrijken met stoom. Bovendien vereist vibratieafwerking soms aanvullende droogprocedures, wat het proces verlengt.
Toepassingsveld
Vapour smoothing is een technologie die de voorkeur geniet in industrieën zoals de medische sector, de auto-industrie en de ruimtevaart voor de behandeling van waterbestendige, antimicrobiële en chemicaliënvrije componenten. Als het gaat om vibrerend fijnpolijsten, profiteren vooral de medische, automobiel- en sportindustrie van deze technologie. Op elk gebied zijn gladde oppervlakken, vooral metalen onderdelen, belangrijk om een goede werking en veilige toestand van componenten te garanderen. Vapour smoothing en vibrerend fijn polijsten kunnen echter gedurende de hele productontwikkelingscyclus worden geïmplementeerd, van conceptmodellen tot prototypes tot eindproducten, en worden gebruikt in een breed scala van industrieën, waaronder medische, automobiel- en consumentengoederen. Voorbeelden van met vibrerend fijnpolijsten bewerkte onderdelen zijn auto-onderdelen voor de automobielindustrie of rolschaatsen en fitnessapparatuur voor de sportindustrie. Bovendien worden sieraden en tafelgerei vibrerend fijn gepolijst voor gebruik door de consument. Een voorbeeld van een damp-afgevlakt onderdeel dat vaak in de auto-industrie wordt gebruikt, zijn de interieurcomponenten van voertuigen, zoals dashboards, deurgrepen en middenconsole-elementen. Vapour smoothing wordt ook gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie voor onder andere vliegtuigonderdelen zoals vleugels, luchtkanalen en motoronderdelen.
afbeelding
△Vapor smoothing wordt vaak toegepast op vliegtuigonderdelen in de lucht- en ruimtevaartindustrie (Bron afbeelding: Fast Radius)
leveranciers en prijzen
Verschillende dienstverleners, zoals SPALECK GmbH, VibraFinish of Rohde AG, bieden vibrerend fijnpolijsten aan voor particuliere klanten en bedrijven. Voor dampafvlakking zijn Xometry, AMT, DyeMansion, Protolabs en Hubs prominente dienstverleners die dampafvlakkingsdiensten aanbieden, hetzij door middel van een gespecificeerde nabewerkingsoplossing, machine of op materiaalbasis. 3Faktur is een Duits bedrijf dat stoomgladmaken en vibrerend fijnpolijsten aanbiedt. Bekende VaporSmoothing-machines zoals de AMT PostPro3D-serie en de Powerfuse S-serie zijn oplossingen van Xometry en DyeMansion, terwijl Protolabs en Hubs respectievelijk SLS en MJFHPA 12, PA 12 en MJF Ultrasint™ TPU-01-materialen gebruiken.
Voor fijn vibrerend polijsten kosten grote industriële machines van fabrikanten zoals Walther Trowal, AVAtec of Garant ongeveer $ 18,000 tot $ 21,000 (€ 17,000 tot € 20,{{ 7}}). 2 kg schuurmiddel kost tussen $ 21 – 44 (€ 20 – 40) en 5 liter compound rond $ 21 – 44 (€ 20 – 40). Prijzen variëren sterk, afhankelijk van de hoeveelheid en grootte van de te bewerken onderdelen. Voor het gladmaken met stoom kunnen de servicekosten voor het gladmaken van afzonderlijke onderdelen $5-$15 (€4-€14) bedragen, afhankelijk van de complexiteit van het onderdeel, hoewel veel fabrikanten de service doorgaans alleen aanbieden in bundels van 10 of meer onderdelen. Het kopen van de stoomstrijker zelf kost ongeveer $ 10,000 tot $ 30,000 (€ 11,000–33,000), afhankelijk van regio, fabrikant en kwaliteit .
