Прозрачная и полупрозрачная 3D-печать: достижение идеальной прозрачности для потребительских и медицинских деталей

Прозрачность, определяемая тем, сколько света проходит через объект, часто является желаемым свойством в 3D-печатанных деталях. Прозрачность важна для многих потребительских товаров, таких как упаковка косметики и кухонные изделия, в то время как прозрачные хирургические навигаторы и медицинские модели помогают врачам безопасно и эффективно выполнять свою работу.

Вот что нужно знать о прозрачной 3D-печати, включая советы по максимизации прозрачности, какие полупрозрачные материалы использовать и распространенные технологии 3D-печати.

Ключевые соображения для максимизации прозрачности

Чтобы достичь прозрачности в 3D-печатанной детали, необходимо соблюдать следующие три правила:

1. Используемый пластиковый материал должен быть прозрачным сам по себе.
2. Выбранный процесс 3D-печати должен предотвращать образование пузырьков воздуха в детали.
3. Желаемая прозрачная область должна иметь гладкую поверхность.

Соблюдение этих правил обеспечит прозрачность вашей 3D-печатанной детали, но дизайнерам и инженерам стоит иметь в виду несколько дополнительных факторов, если они хотят максимизировать прозрачность.

Во-первых, сложные геометрии — особенно изогнутые конструкции — естественным образом сильнее преломляют свет и менее вероятно получаются прозрачными. Также более толстые стенки сильнее рассеивают свет, чем тонкие, и могут заставить деталь выглядеть более непрозрачной после печати. Чтобы минимизировать преломление света и максимизировать прозрачность, проектируйте свою 3D-печатанную деталь с простыми, чистыми линиями и самыми тонкими возможными стенками.

Технологии для прозрачных 3D-печатанных деталей

Прежде чем начать производство, вы должны решить, какой тип прозрачности вам нужен, что зависит от типа создаваемого продукта. Например, если вы делаете прозрачную вазу, вам нужна прозрачность только в осях X и Y или прозрачность через саму вазу. Если вы делаете плоское окно, с другой стороны, вам нужна прозрачность только на оси Z. Достижение полной прозрачности требует прозрачности по всем осям.

Знание того, какие оси должны быть прозрачными, также поможет вам выбрать процесс 3D-печати. Наиболее распространенные технологии для печати прозрачных или полупрозрачных деталей — стереолитография (SLA), процесс Carbon Digital Light Synthesis™ (DLS), метод наплавления слоев (FDM) и PolyJet.

SLA

SLA — процесс 3D-печати, использующий фотополимеризацию для создания высокодетализированных деталей из полимерных смол. Этот процесс печатает очень тонкими слоями, что делает его идеальным для прозрачной 3D-печати и достижения полной оптической прозрачности.

Также SLA хорошо известен производством гладких поверхностных отделок. Однако проектные команды должны знать, что SLA-печать включает поддерживающие структуры, которые придется удалять в постобработке, что может повлиять на конечный вид детали.

Процесс Carbon DLS™

Процесс Carbon DLS — это смоляной полимерный процесс, использующий свет и тепло для создания деталей с изотропными свойствами, сложной геометрией и отличными поверхностными отделоками. DLS предлагает широкий спектр материалов, включая Whip Mix Surgical Guide и LOCTITE 3D IND405, оба из которых можно использовать для производства прозрачных деталей.

Как и SLA, процесс Carbon DLS производит исключительные поверхностные отделочки. Он также требует поддерживающих структур, которые нужно удалять в постпроизводстве.

FDM

Во время процесса FDM нагретая печатающая сопла расплавляет термопластичный материал и затем выдавливает его по заданному траектории, раскрывая готовый продукт слой за слоем. FDM дает проектным командам свободу создавать большие полупрозрачные детали, но есть несколько ключевых ограничений, которые они должны учитывать. Например, из-за природы выдавливания между слоями материала образуются очень маленькие зазоры, что уменьшает количество света, способного пройти через прозрачную 3D-печатанную деталь.

Также, хотя достижение прозрачности на осях X, Y и Z детали возможно с FDM, это может быть очень сложно. Поиск оптимальных настроек для прозрачных материалов может занять несколько попыток. Вам придется оптимизировать температуру и скорость выдавливания материала, температуру стола, скорость печати, диаметр сопла, толщину высоты слоя и многое другое, чтобы найти выигрышную комбинацию. Это может не быть проблемой для опытных инженеров, но командам с меньшим опытом стоит рассмотреть выбор более простого производственного процесса.

PolyJet

PolyJet — передовая аддитивная производственная технология, предлагающая результаты, сравнимые с литьем под давлением, но со всеми преимуществами аддитивного производства. В этом процессе печатающая головка распыляет слой фотополимерной смолы в гелевую матрицу, а затем отверждает смолу под ультрафиолетовым светом. Это производит невероятно гладкие слои материала с одинаково гладкими поверхностными отделочками. Как и SLA, PolyJet отлично подходит для создания высокодетализированных деталей.

Распространенные полупрозрачные материалы для 3D-печати

Вот пять распространенных полупрозрачных пластиков и смол, используемых для создания прозрачных 3D-печатанных деталей.

1. LOCTITE 3D IND405: Эта новая прозрачная смола от Carbon прочная, полужесткая и одна из самых прозрачных материалов для 3D-печати на рынке сегодня. Идеальна для хирургических навигаторов, корпусов и приспособлений, этот материал достаточно прочен для широкого круга вариантов использования и достаточно прозрачен, чтобы дать дизайнерам эстетическую гибкость, которую им нужно.
2. Whip Mix Surgical Guide для принтеров Carbon: Как следует из названия, Whip Mix Surgical Guide — хороший выбор для прозрачных хирургических навигаторов, так как он нецитотоксичен, не вызывает химическую гиперчувствительность со временем и соответствует ISO 10993-1:2018 для использования в стоматологических или медицинских устройствах.
3. Полиэтилентерефталатгликоль (PETG): PETG — прочный, формовочный и ударопрочный филамент для 3D-печати, предлагающий отличную прозрачность. Этот материал также разработан для снижения термооксидативной деградации и минимизации пожелтения под воздействием ультрафиолета, что поможет сохранить вашу 3D-печатанную деталь кристально чистой. Типичные применения включают электрические вывески, защитные ограждения станков и пищевую упаковку.
4. Акрилонитрилбутадиенстирол (ABS): ABS — распространенный термопластичный полимер, встречающийся в бытовых приборах, автозапчастях, трубных фитингах и даже игрушках LEGO. Хотя этот материал полупрозрачен, а не прозрачен в исходной форме, прозрачность можно достичь через постобработку и отделочку.
5. Поликарбонат (PC): Поликарбонат — высокопроизводительный инженерный термопластик, который прочен, силен и легко термоформируется. Помимо отличной прозрачности, этот прозрачный филамент для 3D-печати также имеет глянцевый блеск.

Варианты постобработки и ключевые соображения для полупрозрачных деталей

Независимо от того, какой процесс 3D-печати или материал вы используете, ваша деталь должна пройти постобработку, чтобы действительно сиять. Ручная шлифовка и полировка — среди лучших вариантов для прозрачных 3D-печатанных деталей с простыми формами и небольшим количеством деталей, но очень трудно убрать все линии слоев только ручной отделочкой. Также ручная шлифовка может оставлять микроры на поверхности. Для лучших результатов сгладьте поверхность детали с диапазоном инкрементных зернистостей наждачной бумаги, а затем отполируйте её акриловым чистящим средством и микроволоконной тканью — это похоже на процесс, используемый для изготовления высокополированных металлических деталей.

Спрей-покрытие — простой способ улучшить прозрачность без снижения детализации, что делает его идеальным для деталей со сложными деталями. Простое нанесение прозрачного спрей-покрытия скроет линии слоев — но может также вызвать пожелтение. Для гладкого, стеклоподобного финиша подготовьте деталь, вручную зашкурив поверхность перед нанесением спрей-покрытия.

Чтобы достичь максимально возможной прозрачной отделки в постобработке, нанесите смоляное покрытие. Этот подход работает только на плоских или почти плоских поверхностях, но это идеальный выбор, когда вам нужны полностью прозрачные детали. Смоляное окунание также можно использовать для создания более гладкой поверхности для FDM- или PolyJet-печатанных деталей. Вязкая смола заполняет любые царапины на детали и формирует полностью гладкую поверхность.

Достигните кристально чистых результатов с Fast Radius

Много подготовительной работы уходит в 3D-печать полупрозрачных или прозрачных деталей. Вы должны определить, какой тип прозрачности требует ваше применение, выбрать лучшую подходящую прозрачную смолу, выбрать процесс 3D-печати, который позволит пройти больше всего света, и завершить деталь лучшим процессом отделочки. Опытный производственный партнер может оптимизировать процесс разработки продукта от концепции до поставки.

Когда речь идет о выборе опытного производственного партнера, Fast Radius — очевидный выбор. Наша команда опытных инженеров, дизайнеров и технологов имеет доступ к последним технологиям и отраслевым знаниям. Позвольте нам убрать стресс из разработки продукта, помогая вам оптимизировать ваши дизайны, прототипировать на скорости, выбирать доступные материалы, производить эффективно и выполнять ваши заказы по конкурентоспособной цене и срокам. Выведите свои прозрачные 3D-печатанные детали на новый уровень с Fast Radius. Свяжитесь с нами сегодня — давайте создадим нечто невероятное.

Для больших инсайтов по 3D-печати ознакомьтесь с нашими статьями о тектурировании 3D-печатанных деталей, проектировании продуктов с 3D-печатанными решетками и другими в ресурсном центре Fast Radius.

Готовы изготовить свои детали с Fast Radius?

Начните расчет стоимости