Per lucidare le parti stampate in 3D per ottenere una finitura raffinata, gli ingegneri impiegano una varietà di tecniche di finitura industriale, tra cui metodi di rivestimento, sabbiatura e finitura manuale. Sebbene la stampa 3D possa produrre parti complesse, le stampe iniziali spesso presentano superfici ruvide e linee di strato pronunciate, specialmente nelle parti prodotte utilizzando la modellazione a deposizione fusa (FDM). Per questo motivo, la post-elaborazione è una parte estremamente importante della produzione di parti, levigando la superficie ruvida della parte non finita aggiungendo o rimuovendo strati della parte. In questo articolo, Antarctic Bear introdurrà e confronterà sistematicamente due processi di finitura superficiale tradizionali attualmente sul mercato: levigatura a vapore e lucidatura fine a vibrazione, in modo da facilitare la comprensione dei rispettivi processi, vantaggi e svantaggi di ciascun metodo.
vapore liscio
Vapor Smoothing, noto anche come smoothing a vapore chimico, è una tecnica di trattamento superficiale che espone le parti stampate a un ambiente di solventi in evaporazione. Il processo di levigatura del vapore industriale richiede un'attenta sospensione di componenti singoli o multipli in una camera ermetica per la massima esposizione. Una miscela di solventi chimici, come FA 326, viene iniettata e spruzzata in una camera dove si condensa e si indurisce sul pezzo, eliminando le irregolarità superficiali attraverso una fusione controllata. All'aumentare della temperatura della camera, il solvente residuo evapora e viene recuperato. La parte finale diventa impermeabile e conserva la sua cavità interna liscia, le dimensioni precise e il volume del materiale originale. Per ottenere i migliori risultati di livellamento del vapore, si consiglia di eseguire il processo in un ambiente controllato utilizzando apparecchiature di livello industriale progettate per il livellamento del vapore della stampa 3D. Per coloro che sono interessati a un metodo fai-da-te, la levigatura del vapore può essere ottenuta utilizzando acetone o etanolo come solvente chimico, o in questo caso nota come impregnazione con solvente. Tuttavia, è necessario esercitare cautela e devono essere predisposte misure e attrezzature di sicurezza adeguate.
△La parte liscia a vapore è a sinistra e il trattamento superficiale standard è a destra (fonte foto: ProtoLabs)
Lucidatura fine a vibrazione
La vibrofinitura, invece, non utilizza prodotti chimici per la preparazione delle superfici. Invece, si affida a supporti abrasivi per migliorare la superficie della parte stampata in 3D. Durante il processo, più parti stampate in 3D vengono collocate in un secchio vibrante riempito con mezzi abrasivi selezionati e fluido lubrificante composto. Quando la macchina viene accesa, la canna inizia a muoversi, creando attriti meccanici tra il pezzo e il corpo macinante. Questo processo sottrattivo migliora la qualità della superficie della parte riducendo al minimo e rimuovendo delicatamente lo strato più esterno di materiale. La lucidatura fine a vibrazione richiede misure e attrezzature speciali e offre due metodi: metodo a vibrazione e metodo a burattatura. Il metodo di vibrazione è particolarmente adatto per oggetti più grandi con meno dettagli e può ottenere il risultato desiderato più rapidamente.
La scelta dell'abrasivo o dei trucioli è fondamentale nella lucidatura fine a vibrazione. I trucioli abrasivi possono essere realizzati in ceramica, plastica o acciaio, ognuno dei quali produce risultati diversi. Gli abrasivi ceramici sono particolarmente adatti per la sbavatura e per ottenere una superficie lucida. Grazie alla loro elevata densità, possono sopportare pressioni elevate e sono adatti per la lavorazione di parti in acciaio inossidabile, metallo e plastica. Gli abrasivi plastici sono ideali per superfici morbide e delicate che richiedono una finitura delicata. Sono disponibili sia in forma piramidale che conica. Inoltre, Walther Trowl ha sviluppato abrasivi a forma di capezzolo per parti molto piccole e delicate in aree difficili da raggiungere. Gli abrasivi in acciaio sono per lo più sferici e hanno una rimozione minima del materiale, rendendoli ideali per la lucidatura e la pulizia meccanica di parti in metallo, argento o alluminio per garantire una superficie liscia e priva di graffi.
△ Gli abrasivi in ceramica possono resistere ad alta pressione. (Fonte: Vibrafinish)
Oltre agli abrasivi, il processo di lucidatura a vibrazione richiede anche fluidi lubrificanti, ovvero composti. I composti vengono utilizzati per assorbire e rimuovere l'usura dalle parti e per pulire e sgrassare le parti. I composti acidi possono essere selezionati per la lavorazione di parti metalliche per il decapaggio. Dopo la lavorazione, è necessaria l'asciugatura. Queste parti possono essere essiccate in un essiccatore vibrante dove vengono posizionate con un mezzo di essiccazione riscaldato come farina di pannocchia di mais, farina di noci o blocchi di legno e fatte vibrare. In alternativa, gli essiccatori a nastro sono particolarmente adatti per parti sensibili e ingombranti con canali e fori interni. In un essiccatore a nastro, le parti stampate in 3D vengono fatte passare attraverso un sistema ad aria calda sul nastro e asciugate in questo modo.
I trattamenti di levigatura a vapore e lucidatura a vibrofinitura variano nel tempo, da dieci minuti a diverse ore, a seconda del numero e della complessità dei pezzi in lavorazione.
materiale compatibile
Vapor Smooth è compatibile con la maggior parte dei polimeri e degli elastomeri per la stampa 3D. I materiali comuni per la levigatura del vapore includono acrilonitrile stirene acrilato (ASA), acrilonitrile butadiene stirene (ABS), polistirene ad alto impatto (a seconda della macchina), nylon 11 (PA 11), nylon 12 (PA 12), polipropilene (PP) e policarbonato /acrilonitrile butadiene stirene (PC-ABS). Vale la pena notare, tuttavia, che la levigatura a vapore con TPU e alcuni filamenti speciali non è consigliata. Ogni solvente, come acetone, metiletilchetone (MEK), tetraidrofurano (THF), diclorometano (DCM) e acetato di etile, ha le proprie considerazioni sull'efficacia e sull'applicazione.
Tuttavia, la lucidatura a vibrazione fine è compatibile con molti altri materiali diversi. Ad esempio, la lucidatura a vibrazione fine non è disponibile solo per le parti stampate in 3D realizzate con materiali termoindurenti, termoplastici ed elastomeri come polietilene (PE), polipropilene (PP) o polietilene tereftalato (PET), può essere utilizzata anche per metalli come alluminio, acciaio inossidabile acciaio, ottone o rame. Questo lo rende un metodo più versatile che può essere utilizzato come metodo di post-elaborazione per varie tecniche di stampa 3D come FDM/FFF e fusione a letto di polvere.
△Prima e dopo il confronto di parti metalliche lucidate a vibrazione (Fonte: Acton Finishing)
Limiti e vantaggi delle tecniche di post-elaborazione
Entrambi i processi offrono molti vantaggi in termini di aspetto superficiale e prestazioni. La levigatura a vapore può ottenere parti con finitura superficiale liscia e resistente all'acqua paragonabili allo stampaggio a iniezione e migliorare l'allungamento, le proprietà di trazione, le proprietà di flessione delle parti, mantenere caratteristiche, resistenza e precisione. La vibrofinitura, d'altra parte, non raggiunge una finitura resistente all'acqua, ma fornisce anche una superficie eccezionalmente liscia, rimuove i segni del rivestimento e produce una superficie resistente ai graffi e alle macchie. I componenti lavorati con metodi di vibrofinitura e levigatura a vapore producono superfici lisce dall'aspetto lucido. Tuttavia, la levigatura a vapore fornisce una finitura più lucida rispetto alla lucidatura fine a vibrazione. Inoltre, le parti trattate con la lucidatura a vibrazione fine hanno mostrato un'esperienza tattile significativamente più morbida e piacevole.
Tuttavia, vale la pena notare che la levigatura del vapore non è la soluzione migliore per ogni stampa. I modelli troppo complessi, troppo piccoli, troppo grandi o troppo piatti possono distorcere o perdere dettagli e successivamente possono essere visibili artefatti. Dopo la levigatura a vapore, le parti possono presentare difetti come bridging, bolle, segni di morsi, macchie sui bordi, macchie, fori o caratteristiche incomplete. Inoltre, vale la pena notare che i materiali flessibili sono più soggetti a difetti superficiali rispetto ai materiali rigidi. Pertanto, è necessario adottare un tempismo accurato durante la levigatura a vapore di parti in movimento o componenti con giunti per evitare di compromettere l'integrità dei giunti o causare incollaggi dovuti alla sovraesposizione al vapore.
D'altra parte, la lucidatura fine a vibrazione è adatta per una gamma più ampia di parti stampate in 3D rispetto alla levigatura a vapore, poiché può essere adattata a qualsiasi esigenza individuale, proprietà del materiale e struttura della parte scegliendo diversi abrasivi e metodi. La vibrofinitura è adatta a quasi tutte le parti stampate in 3D, a condizione che il processo venga sempre eseguito professionalmente da specialisti. Tuttavia, la lucidatura con finitura a vibrazione può portare alla perdita della geometria del pezzo. Ad esempio, gli angoli e le punte dei componenti possono essere eccessivamente arrotondati e perdere la loro forma, cosa che non accade con la levigatura a vapore. Inoltre, la finitura a vibrazione a volte richiede ulteriori procedure di asciugatura successive, che prolungano il processo.
Campo di applicazione
Vapor smoothing è una tecnologia favorita da industrie come quella medica, automobilistica e aerospaziale per il trattamento di componenti resistenti all'acqua, antimicrobici e privi di sostanze chimiche. Quando si tratta di lucidatura fine a vibrazione, i settori medico, automobilistico e sportivo beneficiano in particolare di questa tecnologia. In ogni campo, le superfici lisce, in particolare le parti metalliche, sono importanti per garantire il corretto funzionamento e le condizioni di sicurezza dei componenti. Tuttavia, la levigatura a vapore e la lucidatura fine a vibrazione possono essere implementate durante tutto il ciclo di sviluppo del prodotto, dai modelli concettuali ai prototipi fino ai prodotti finali, e sono utilizzate in un'ampia varietà di settori tra cui quello medico, automobilistico e dei beni di consumo. Esempi di parti lavorate con la lucidatura fine a vibrazione sono parti di automobili per l'industria automobilistica o pattini a rotelle e attrezzature per il fitness per l'industria sportiva. Inoltre, i gioielli e le stoviglie sono finemente lucidati a vibrazione per l'uso da parte dei consumatori. Un esempio di parte levigata dal vapore che viene spesso utilizzata nell'industria automobilistica sono i componenti interni dei veicoli, come cruscotti, maniglie delle porte ed elementi della console centrale. La levigatura del vapore viene utilizzata anche nell'industria aerospaziale per parti di aeromobili come ali, condotti dell'aria e parti del motore, tra gli altri.
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△La levigatura del vapore viene spesso applicata a parti di aeromobili nell'industria aerospaziale (Fonte immagine: Fast Radius)
fornitori e prezzi
Diversi fornitori di servizi, come SPALECK GmbH, VibraFinish o Rohde AG, offrono la lucidatura fine a vibrazione per clienti privati e aziende. Per la levigatura del vapore, Xometry, AMT, DyeMansion, Protolabs e Hubs sono fornitori di servizi di spicco che offrono servizi di levigatura del vapore mediante una soluzione di post-elaborazione specifica o basata su materiale. 3Faktur è un'azienda tedesca che offre servizi di levigatura a vapore e lucidatura fine a vibrazione. Le ben note macchine VaporSmoothing come la serie AMT PostPro3D e la serie Powerfuse S sono soluzioni fornite da Xometry e DyeMansion, mentre Protolabs e Hub utilizzano rispettivamente materiali SLS e MJFHPA 12, PA 12 e MJF Ultrasint™ TPU-01.
Per la lucidatura a vibrazione fine, le grandi macchine industriali di produttori come Walther Trowal, AVAtec o Garant costano da $ 18,000 a $ 21,000 (€ 17,000 a € 20,{{ 7}}). 2 kg di abrasivi costano tra $ 21 – 44 (€ 20 – 40) e 5 litri di pasta circa $ 21 – 44 (€ 20 – 40). I prezzi variano notevolmente a seconda della quantità e delle dimensioni dei pezzi da lavorare. Per la levigatura a vapore, il costo del servizio per la levigatura di singole parti può essere di $5-$ 15 (€4-€ 14) a seconda della complessità della parte, sebbene molti produttori in genere offrano il servizio solo in pacchetti da 10 o più parti. L'acquisto del frullatore a vapore stesso può costare da $ 10,000 a $ 30,000 (€ 11,000–33,000), a seconda della regione, del produttore e della qualità .
