Освоение обработки поверхности 3D-печати:основные методы обеспечения превосходного качества деталей

Во-первых, давайте начнем с введения в концепцию обработки поверхности при 3D-печати. Проще говоря, это качественная мера того, насколько шероховатой является поверхность детали после печати. Очень гладкая поверхность считается «хорошей», а шероховатая — «плохой».

Это решающий этап в любом производственном процессе, поскольку практически для каждого продукта существуют строгие требования к качеству поверхности. Лист бумаги, например, не сможет служить своей цели, если он слишком груб для письма и не будет иметь успеха на рынке.

Таким образом, достижение желаемого качества поверхности является главным приоритетом для производителей 3D-печати. Зачастую это постобработка, включающая множество методов, о которых мы скоро поговорим.

Кроме того, обработка деталей, напечатанных на 3D-принтере, представляет собой уникальную задачу из-за особенностей процессов аддитивного производства. Поскольку детали строятся слой за слоем, их поверхность состоит из повторяющегося рисунка выступов и впадин, которые необходимо сглаживать, сохраняя при этом целостность детали.

Существует несколько причин для установления конкретных целей в отношении качества поверхности при 3D-печати. Эти причины могут быть как поверхностными, так и функциональными. Ниже приведен краткий список различных таких причин.

1. Эстетика

Хорошая обработка поверхности повышает эстетическую ценность детали. Сюда входят такие элементы внешнего вида, как цвет, текстура и прочность (блестящая/матовая).

2. Механические и химические свойства

Методы отделки поверхности могут улучшить характеристики 3D-печатных деталей. Например, на металлические детали можно нанести покрытие, чтобы сделать их устойчивыми к коррозии и электропроводящими. Некоторые методы обеспечивают стойкость к высоким температурам и износу деталей, предназначенных для тяжелых условий эксплуатации.

3. Функциональность

В некоторых случаях для правильной работы требуется определенная обработка поверхности. Например, посадка с натягом во многом зависит от качества поверхности сопрягаемых деталей. Таким образом, в других случаях может быть предпочтительнее шероховатая поверхность, чтобы улучшить площадь поверхности и обеспечить эффективную теплопередачу.

4. Производственная толерантность

Обработка поверхности довольно часто используется при отделке 3D-печати, чтобы привести деталь в пределы допустимых размеров. Таким образом, для этой цели можно удалить лишний материал или добавить больше материала.

3D-печать — это сложный процесс, на который влияет множество факторов и движущихся частей. Каждый из этих факторов по-разному влияет на качество поверхности 3D-печати. Инженер должен хорошо понимать это, чтобы знать, что нужно настроить, чтобы получить желаемую отделку 3D-печати.

1. Процесс 3D-печати

Качество поверхности 3D-печати сильно различается в зависимости от различных методов 3D-печати. Например, FDM склонен к таким проблемам, как низкое разрешение поверхности и деформация из-за процесса послойного осаждения. Понятно, что порошковые методы, такие как 3D-печать SLS, создают зернистую поверхность, поскольку детали изготовлены из частиц порошка.

2. Параметры 3D-принтера

Параметры 3D-печати играют важную роль в конечном результате обработки поверхности. Например, чем меньше толщина слоя (или разрешение), тем более гладкой выглядит поверхность. Скорость печати, процесс отверждения и заполнение также являются важными факторами, влияющими на качество поверхности.

3. Материал для 3D-печати

Материалы для 3D-печати имеют разные свойства и совместимы с разными методами. Различия в отделке поверхности также могут быть связаны с ограничениями и свойствами материала.

4. Качество 3D-принтера

Конструкция и состояние 3D-принтеров также влияют на качество поверхности. Недорогие принтеры не могут производить детали с высоким качеством поверхности. Точно так же старый, плохо обслуживаемый 3D-принтер со временем теряет свою точность. Факторы, которые способствуют этому, включают состояние направляющих и двигателей 3D-принтера, выравнивание рамы/основания, возможности контроллера, состояние источника питания и т. д.

В приведенной ниже таблице сравниваются возможности обработки поверхности популярного процесса 3D-печати.

Процесс 3D-печати Шероховатость поверхности (Ra)FDM/FFF10SLD/DLP3SLS13PBF15

Мы тщательно рассмотрели различные аспекты обработки поверхности при 3D-печати. Теперь мы перейдем к многочисленным методам, которые инженеры используют для отделки деталей, напечатанных на 3D-принтере.

Эти методы существенно различаются с точки зрения эффективности, затрат, требований к навыкам и общей методологии. Ниже мы обсудим некоторые из наиболее важных из этих вариантов.

1. Шлифование

Шлифование — наиболее распространенный метод отделки 3D-печати. Это простой процесс, при котором грубая абразивная наждачная бумага натирается на поверхность детали, чтобы сгладить ее. Несовершенные элементы поверхности, такие как выступы и острые углы, во время этого процесса либо отламываются, либо сглаживаются в результате трения.

Это очень удобный метод, поскольку он интуитивно понятен, дешев, эффективен и работает с большинством материалов. Наждачная бумага бывает разных марок, различающихся размером зернистости. Грубые сорта имеют более крупную зернистость и удаляют больше материала, но в то же время оставляют более шероховатую поверхность.

Обычно процесс шлифования начинается с использования грубых сортов и постепенного перехода к более мелким по мере того, как поверхность становится более гладкой.

Однако со шлифовкой следует быть осторожным, так как удалить лишний материал и испортить деталь довольно легко. Следовательно, это трудоемкий процесс, который может оказаться непригодным для высокопроизводительной работы.

Окончательная поверхность после 3D-печати не является блестящей и гладкой. Скорее, он имеет матовый финиш. Для дальнейшего улучшения качества поверхности можно использовать полировальную ткань, сверхтонкую наждачную бумагу или покрасить/покрыть.

2. Механическая обработка/шлифование

Хотя 3D-печать и обработка на станках с ЧПУ часто представляются как противоположные производственные технологии, противопоставляющие друг другу доминирование в отрасли, существует несколько направлений, в которых они дополняют друг друга. Одним из таких гибридных приложений является отделка деталей, напечатанных на 3D-принтере.

Многие методы 3D-печати не позволяют добиться идеальной чистоты поверхности при таких субтрактивных процессах, как механическая обработка и шлифование.

Таким образом, после 3D-печати очень распространен финальный цикл механической обработки/шлифования. Он очень эффективен при обеспечении жестких допусков и исключительно гладкой поверхности. Более того, механическая обработка — это универсальный инструмент, который полезен в труднодоступных местах, таких как внутренние отверстия или изогнутые элементы.

Более того, он совместим с большинством материалов для 3D-печати, как пластиковых, так и металлических.

3. Дробеструйная обработка

Дробеструйная обработка — еще один популярный метод абразивной 3D-печати. Как следует из названия, он включает в себя пескоструйную обработку небольших пластиковых или стеклянных шариков на шероховатой поверхности. В результате удара дефекты поверхности выравниваются.

Это быстрый метод по сравнению с шлифовкой. Кроме того, шарики также можно направить на труднодоступные места и сгладить внутренние поверхности, до которых невозможно добраться с помощью ручной наждачной бумаги.

Обычно струйная очистка начинается при низком давлении, чтобы оценить скорость истирания. Это необходимо, поскольку дополнительное давление может удалить лишний материал или повредить поверхность. При правильном визуальном осмотре и опыте оператор может увеличить давление струйной обработки, чтобы оптимизировать качество поверхности 3D-печати.

Кроме того, существуют и другие подобные процессы, такие как пескоструйная обработка, дробеструйная обработка и водоструйная очистка, с небольшими различиями между собой.

4. Покрытие

Гальваника (гальваника) — это процесс электрического нанесения тонкого металлического покрытия на пластиковую или металлическую поверхность. Это обычная практика для отделки деталей, напечатанных на 3D-принтере, из-за ее многочисленных преимуществ и удобства.

В большинстве случаев покрытие улучшает различные свойства материала детали. Пластиковые детали, напечатанные на 3D-принтере, по понятным причинам хрупкие и склонны к поломке. Покрытие их подходящим металлом может повысить их долговечность, износостойкость и способность выдерживать более высокие температуры.

Кроме того, гальваника может придать металлическим деталям различные полезные свойства, такие как стойкость к коррозии и окислению, паяемость и электропроводность.

Помимо таких функциональных целей, покрытие служит отличным способом улучшить эстетику поверхности, обработанной 3D-печатью. Металлические покрытия, такие как золото, серебро и хром, придают деталям превосходную эстетическую привлекательность.

5. Живопись

Покраска – это простой и понятный процесс. Оно служит той же цели, что и любое другое место:лучший внешний вид. Это связано с тем, что с помощью краски пользователи могут выбрать практически любой цвет и внешний вид.

Обычно процессу покраски предшествует слой грунтовки и шпаклевки. Это слегка сглаживает поверхность, в некоторой степени заполняя пробелы и впадины и лучше подготавливая поверхность для нанесения слоя (или слоев) краски.

Более того, окраска в определенной степени также служит практической цели герметизации. Хоть это и не герметик, в полном смысле слова, но может выступать в качестве него второстепенной роли. Учитывая, что проблема пористости широко распространена в 3D-печати, это положительный эффект.

Какой метод обработки поверхности 3D-печати лучше?

Это полностью зависит от приложения. Это связано с тем, что каждый метод имеет свои плюсы и минусы и подходит для определенного класса продукции. Если вас беспокоит только эстетика, лучшим вариантом будет покраска или покрытие. Если у вашего продукта есть функциональные потребности, такие как, например, электропроводность, вы можете рассмотреть возможность использования подходящего материала для гальванического покрытия.

Имеет ли 3D-печать лучшее качество обработки, чем ЧПУ?

Как правило, обработка с ЧПУ превосходит 3D-печать с точки зрения шероховатости поверхности. Однако при правильных методах обработки поверхности и выборе принтера/метода этот разрыв можно значительно уменьшить.