Con lo sviluppo della tecnologia di stampa 3D, sempre più utenti la utilizzano per la ricerca e lo sviluppo di prodotti e la produzione di massa. Sebbene l'applicazione della stampa 3D stia diventando più matura, ci sono ancora alcuni problemi visibili sulla superficie dei prodotti stampati, come linee di strato evidenti e superfici ruvide. La levigatura a vapore e la lucidatura a vibrazione sono i due principali modi di post-elaborazione per migliorare questo. Ora diamo un'occhiata ai confronti dei due metodi.
Levigatura del vapore
Il vapor smoothing, noto anche come smoothing chimico a vapore, è una tecnica che prevede l'esposizione di parti stampate a un ambiente solvente per il trattamento superficiale. Nei processi industriali di levigatura del vapore, singole o più parti vengono accuratamente sospese in una camera chiusa per massimizzare l'esposizione. Una miscela di solventi chimici (come FA 326) viene iniettata e spruzzata nella camera dove si condensa e si indurisce sulle parti, eliminando le irregolarità superficiali attraverso la fusione controllata. All'aumentare della temperatura della camera, il solvente residuo evapora e viene recuperato. La parte finale diventa impermeabile pur mantenendo le sue superfici interne lisce, le dimensioni precise e il volume del materiale originale.
Per ottenere risultati ottimali di livellamento del vapore, si consiglia di utilizzare apparecchiature di livello industriale specificamente progettate per la stampa 3D di levigato del vapore in un ambiente controllato. Per coloro che sono interessati ai metodi fai-da-te, l'acetone o l'etanolo possono essere utilizzati come solventi chimici per ottenere il livellamento del vapore. Tuttavia, è necessario prestare attenzione e devono essere messe in atto adeguate misure e attrezzature di sicurezza.
△ Il lato sinistro è la sezione liscia del vapore e il lato destro è il trattamento superficiale standard (Photo credit: ProtoLabs)
Lucidatura a vibrazione
D'altra parte, la lucidatura a vibrazione non utilizza prodotti chimici per il trattamento superficiale. Invece, si basa su supporti di rettifica per migliorare la superficie delle parti stampate in 3D. In questo processo, più parti stampate in 3D vengono collocate in una ciotola vibrante riempita con mezzi di macinazione selezionati e lubrificante composto. Quando la macchina è accesa, la vasca inizia a muoversi, creando attrito meccanico tra le parti e il mezzo di macinazione. Questo processo sottrattivo può ridurre al minimo e rimuovere delicatamente lo strato esterno di materiale per migliorare la qualità superficiale delle parti. La lucidatura a vibrazione richiede misure e attrezzature speciali e offre due metodi: metodo di vibrazione e metodo di burattatura. Il metodo di vibrazione è particolarmente adatto per oggetti più grandi con meno dettagli e può ottenere i risultati desiderati più velocemente.
La scelta di abrasivi o trucioli è fondamentale nella lucidatura a vibrazione. I frammenti abrasivi possono essere realizzati con ceramica, plastica o acciaio, ognuno dei quali produce risultati diversi. Gli abrasivi ceramici sono particolarmente efficaci nella rimozione delle bave e nell'ottenere una finitura superficiale brillante. Grazie alla loro alta densità, possono resistere ad alta pressione e sono adatti per la lavorazione di parti in acciaio inossidabile, metallo e plastica. Gli abrasivi plastici sono ideali per la lavorazione delicata di superfici morbide e delicate. Sono disponibili in varietà di forma piramidale o conica. Inoltre, Walther Trowal ha sviluppato anche abrasivi a forma di capezzolo adatti per parti delicate ultra-piccole in aree difficili da raggiungere. Gli abrasivi in acciaio hanno per lo più una forma sferica che conferisce una rimozione minima del materiale rendendoli particolarmente adatti per la lucidatura e la pulizia meccanica di parti in metallo, argento o alluminio che garantiscono superfici lisce senza graffi.
△Gli abrasivi a base ceramica possono resistere ad alta pressione. (Fonte: Vibrafinish)
Oltre agli abrasivi, sono necessari lubrificanti, noti anche come composti. Questi composti vengono utilizzati per assorbire e rimuovere l'usura delle parti, nonché per pulirle e sgrassarle. Per la lavorazione di parti metalliche, i composti acidi possono essere utilizzati per il decapaggio. Dopo il trattamento, è necessaria l'asciugatura. Le parti possono essere collocate in un essiccatore vibrante per l'essiccazione insieme a mezzi di essiccazione riscaldati come graniglie di pannocchie di mais, graniglie di guscio di noce o pezzi di legno.
Materiali compatibili
Il vapor smoothing è compatibile con la maggior parte dei polimeri e degli elastomeri per la stampa 3D. I materiali comuni adatti per la levigatura del vapore includono acrilonitrilestirene 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). Tuttavia, va notato che il TPU e alcuni filamenti speciali non sono raccomandati per la levigatura del vapore. Ogni solvente come acetone, metil etilchetone (MEK), tetraidrofurano (THF), diclorometano (DCM) e acetato di etile ha le proprie considerazioni di efficacia e applicazione.
D'altra parte, la lucidatura a vibrazione è compatibile con molti materiali diversi. Ad esempio, la lucidatura a vibrazione può essere utilizzata non solo per parti stampate in 3D realizzate con plastiche termoindurenti, plastiche termoplastiche ed elastomeri (come polietilene (PE), polipropilene (PP) o polietilene tereftalato (PET)), ma anche per metalli come alluminio, acciaio inossidabile, rame o ottone. Questo lo rende un metodo più versatile che può essere utilizzato come tecnica di post-elaborazione per varie tecnologie di stampa 3D come FDM / FFF e fusione a letto di polvere.
△Prima e dopo il confronto delle parti metalliche trattate mediante lucidatura a vibrazione (Fonte: Acton Finishing)
Limiti e vantaggi delle tecniche di post-elaborazione
Entrambi i metodi hanno molti vantaggi in termini di aspetto superficiale e prestazioni. La levigatura a vapore può ottenere superfici lisce e impermeabili come le parti stampate a iniezione, migliorando al contempo l'allungamento, la resistenza alla trazione, le prestazioni di flessione, il mantenimento delle caratteristiche, della resistenza e della precisione delle parti. D'altra parte, la lucidatura a vibrazione non può raggiungere l'impermeabilità, ma può fornire superfici eccezionalmente lisce rimuovendo i segni di rivestimento e producendo superfici resistenti ai graffi e repellenti allo sporco. Le parti lavorate utilizzando metodi di lucidatura a vibrazione e levigatura a vapore possono produrre superfici lisce dall'aspetto lucido. Tuttavia, rispetto alla lucidatura a vibrazione, la levigatura a vapore fornisce una superficie più lucida. Inoltre, le parti trattate con lucidatura a vibrazione mostrano un'esperienza tattile notevolmente più morbida e piacevole.
D'altra parte, la lucidatura a vibrazione è adatta per una gamma più ampia di parti stampate in 3D rispetto alla levigatura a vapore perché può adattarsi a qualsiasi requisito personalizzato, proprietà del materiale e strutture scegliendo diversi abrasivi / metodi. Finché questo processo viene sempre eseguito professionalmente da esperti, la lucidatura a vibrazione applica quasi tutti i componenti stampati in 3D. Tuttavia, la pinning vibrante potrebbe comportare la perdita di forma geometrica per alcuni componenti. Ad esempio,gli angoli e le punte di un componente possono diventare eccessivamente arrotondati e perdere la loro forma,che non si verifica con la levigatura del vapore. Inoltre, la lucidatura a vibrazione a volte richiede ulteriori procedure di asciugatura in seguito, il che prolunga il processo.
Campi di applicazione
La levigatura del vapore è una tecnologia preferita in settori come quello medico, automobilistico e aerospaziale per il trattamento di parti impermeabili e antibatteriche senza sostanze chimiche. Quando si tratta di lucidatura a vibrazione, l'industria medica, automobilistica e sportiva beneficia particolarmente di questa tecnica. In ogni campo, una superficie liscia (in particolare componenti metallici) è fondamentale per garantire il corretto funzionamento e le condizioni di sicurezza delle parti. Tuttavia, sia la levigatura del vapore che la lucidatura a vibrazione possono essere implementate durante tutto il ciclo di sviluppo del prodotto, trasformando i modelli concettuali in prototipi in prodotti finali e sono stati ampiamente utilizzati in vari settori tra cui medicale, automobilistico e beni di consumo. Ad esempio, le parti lavorate utilizzando tecniche di lucidatura a vibrazione includono parti automobilistiche o attrezzature sportive come pattini da ghiaccio o attrezzature per il fitness. Inoltre, gioielli e posate sono anche lucidati utilizzando tecniche di lucidatura a vibrazione per uso consumer. Un esempio nell'industria automobilistica in cui vengono spesso utilizzati componenti levigati a vapore sono i componenti interni dei veicoli, come cruscotti, maniglie delle porte ed elementi della console centrale. La levigatura del vapore viene utilizzata anche per parti di aeromobili nell'industria aerospaziale, come ali, condotti dell'aria e componenti del motore.
△ vapor Smoothing comunemente applicato su parti di aeromobili nell'industria aerospaziale (Immagine per gentile concessione di Fast Radius)
I fornitori e i prezzi
Diversi fornitori di servizi, come SPALECK GmbH, VibraFinish o Rohde AG, offrono servizi di lucidatura a vibrazione per clienti privati e aziende. Per la levigatura del vapore, noti fornitori di servizi includono Xometry, AMT, DyeMansion, Protolabs e Hubs. Forniscono servizi di livellamento del vapore attraverso macchine di soluzioni di post-elaborazione designate o in base alle specifiche del materiale. 3Faktur è un'azienda tedesca che offre sia servizi di levigatura del vapore che di lucidatura a vibrazione. Le popolari macchine per la levigatura del vapore come la serie AMT PostPro3D e la serie Powerfuse S sono fornite rispettivamente da Xometry e DyeMansion. Protolabs e Hubs utilizzano la tecnologia SLS (Selective Laser Sintering) con materiali MJFHPA 12 (Multi Jet Fusion High-Performance PA 12), PA 12 (Poliammide 12), MJF Ultrasint™TPU-01.
Per quanto riguarda la lucidatura a vibrazione, le grandi macchine industriali prodotte da produttori come Walther Trowal AVATec o Garant hanno prezzi che vanno da $ 18k a $ 21k USD (€ 17k a € 20k). Il prezzo di un abrasivo da 2 kg varia da $ 21 a $ 44 USD (da € 20 a € 40), mentre un composto di 5 litri costa approssimativamente lo stesso ($ 21 - $ 44 USD / € 20 - € 40). I prezzi possono variare notevolmente a seconda della quantità e delle dimensioni dei pezzi da lavorare. Per i servizi di livellamento del vapore, il costo per parte può variare da $ 5 a $ 15 USD ($ 4 - € 14) a seconda della complessità; Sebbene molti produttori in genere offrano questo servizio solo in pacchetti di almeno dieci parti. Il costo di acquisto di un dispositivo di levigatura vapot è di circa $ 10k a $ 30k USD (€ 11k - € 33K), a seconda della regione, del produttore e del livello di qualità.
