Jak maksymalnie wykorzystać możliwości wykończenia powierzchni w druku 3D z technologią AMT i Sinterit
Wygładzanie oparowe to niezwykle skuteczna metoda postprocesingu elementów wydrukowanych w technologii SLS, która znacząco poprawia jakość powierzchni, zmniejsza porowatość i nadaje całości estetykę zbliżoną do detali wykonywanych metodą wtrysku. Choć wiele artykułów (w tym także naszych) opisuje ogólne korzyści wynikające z wygładzania oparowego, ten przewodnik skupia się wyłącznie na tym, jak skutecznie wygładzać wydruki 3D, aby osiągnąć maksymalne efekty przy zastosowaniu systemów wygładzania oparowego firmy AMT w połączeniu z proszkami SLS od Sinterit.
Omówimy, jak projektować modele z myślą o optymalnym wygładzaniu, jak unikać typowych błędów podczas cyklu wygładzania, oraz które geometrie lub cechy konstrukcyjne mogą stwarzać szczególne wyzwania w tym procesie.
Jak zaprojektować model, żeby łatwo wygładzić wydruk 3D
Przed umieszczeniem elementów w urządzeniu AMT SFX (skonfigurowanym z profilami dopasowanymi do materiałów Sinterit), niezwykle ważne jest, aby odpowiednio zoptymalizować projekt CAD.
Pozwoli to na równomierne oddziaływanie pary wygładzającej na każdą powierzchnię modelu i uniknięcie nieprzewidzianych efektów po zakończeniu cyklu.
Poniżej przedstawiamy pięć kluczowych aspektów, na które warto zwrócić uwagę:
1. Zachowaj jednolitą grubość ścianek
Profile wygładzania stosowane przez AMT zakładają spójny przebieg dyfuzji cieplnej i rozpuszczalnikowej.
Gdy grubość ścianek znacznie się różni — na przykład od 1,0 mm do 5,0 mm — cieńsze fragmenty mogą się przegrzać lub odkształcić, zanim grubsze części zaczną w ogóle podlegać wygładzaniu. W efekcie, jeden model może zawierać elementy niewystarczająco wygładzone i jednocześnie nadmiernie wygładzone. Oczywiście niewielkie różnice grubości są dopuszczalne — np. ściany w zakresie 8,0 do 12,0 mm zazwyczaj sprawdzają się bardzo dobrze. Aby osiągnąć najlepsze rezultaty, staraj się utrzymywać możliwie jednolitą grubość ścianek w całym modelu.
Gdy profil wygładzania ustawiony jest pod kątem najgrubszych ścian, najcieńsze mogą zostać nadmiernie wygładzone lub zdeformowane.
2. Utrzymuj umiarkowaną gęstość siatki
Struktury siatkowe (lattice) doskonale współgrają z technologią SLS, dzięki niemal izotropowym właściwościom mechanicznych wydruków. Tego typu geometrie można dodatkowo wzmocnić poprzez wygładzanie oparowe, które poprawia trwałość drobnych elementów. Jednak nawet w przypadku siatek obowiązują te same zasady co dla całego modelu — grubość prętów siatki powinna odpowiadać średniej grubości ścianek w modelu, aby zapewnić spójny efekt wygładzania. W naszych testach udało się skutecznie poddać postprocessingowi również bardzo cienkie struktury, dlatego zawsze warto przeprowadzić własne próby dla konkretnej geometrii.
Chociaż na pierwszy rzut oka może to być słabo widoczne, bardzo cienka siatka o grubości 0,75 mm wykazuje niewielkie deformacje po wygładzaniu.
3. Uwzględnij skurcz gwintów
Gwinty są nieodzownym elementem szczelnych pojemników na wodę i powietrze, które działają bardzo dobrze po wygładzaniu oparowym. Należy jednak pamiętać, że kontakt z rozpuszczalnikiem ma tendencję do „zaokrąglania” ostrych grzbietów gwintów, co może skutkować tym, że element końcowy będzie zbyt luźny, a tym samym uszczelnienie zostanie naruszone. Istotna jest także średnica wewnętrzna gwintowanego elementu; gwint na ściance o grubości 5,0 mm będzie wymagał intensywniejszego wygładzania niż ten na ściance 2,0 mm, nawet jeśli zewnętrzna średnica rurki pozostaje bez zmian, ponieważ ustawienia wygładzania zależą od grubości ścianek. Najlepszym podejściem jest wydrukowanie niewielkiej próbki z gwintem i przeprowadzenie pojedynczego cyklu wygładzania w celu określenia dokładnego skurczu, a następnie zaktualizowanie modelu.
Gwinty mogą się skurczyć podczas procesu wygładzania, jednak problem ten został rozwiązany w kolejnej iteracji.
4. Uwzględnij części półzamknięte i puste w środku
Para rozpuszczalnika nie jest w stanie w pełni wniknąć do wąskich kanałów, głębokich wnęk ani bardzo ciasnych żeberek, zwłaszcza jeśli otwór skierowany jest w dół. Z kolei gdy otwór skierowany jest ku górze, rozpuszczalnik może gromadzić się wewnątrz wnęki, co może prowadzić do nadmiernego lokalnego topnienia lub powstawania cienkiej warstwy stopionego materiału. W miarę możliwości warto dodać otwory drenażowe lub kanały odpowietrzające, które umożliwią cyrkulację i ujście par. Pamiętaj, że tzw. „kubki” mogą powodować gromadzenie się rozpuszczalnika, jeśli są skierowane ku górze, lub prowadzić do niedostatecznego wygładzenia, jeśli są skierowane w dół.
Rozpuszczalnik ma trudności z dotarciem do głębokich, wąskich wnęk znajdujących się na spodzie modelu.
Najczęstsze błędy przy wygładzaniu powierzchni w druku 3D
Nawet przy dobrze zaprojektowanym modelu, brak doświadczenia lub pominięcie kluczowych parametrów procesu może prowadzić do łatwych do uniknięcia defektów. Oto najczęstsze pułapki.
1. Zbyt słabe lub nadmierne wygładzenie
To prawdopodobnie najczęstszy błąd podczas wygładzania oparowego — wybór nieodpowiednich ustawień wstępnych. Przed rozpoczęciem cyklu wygładzania należy dopasować trzy kluczowe parametry: średnią grubość ścianek, stopień wypełnienia komory oraz poziom wygładzania.
Zbyt mała średnia grubość ścianek lub zbyt niskie wypełnienie komory skutkuje niewystarczającym wygładzeniem — powierzchnia może pozostać porowata i szorstka, a na modelu może pojawić się biały osad.
Z kolei zbyt wysoka średnia grubość ścianek lub zbyt wysokie wypełnienie komory może prowadzić do nadmiernego wygładzenia — krawędzie będą mniej wyraźne, napisy mogą wyglądać na „rozlane”, a w skrajnych przypadkach może wystąpić delaminacja.
Jak tego uniknąć?
- Zawsze dobieraj odpowiednią średnią grubość ścianek — możesz skorzystać z narzędzi w oprogramowaniu CAD, jeśli nie znasz tej wartości.
- Upewnij się, że dobrałeś właściwy stopień wypełnienia komory — wartości 25%, 50%, 75% i 100% powinny w przybliżeniu odpowiadać rzeczywistemu zajęciu objętości komory przez modele. Wariant „oversized” zarezerwowany jest dla pojedynczych, bardzo dużych modeli.
Od lewej: model z niedostatecznym wygładzeniem, model poprawnie wygładzony, model z nadmiernym wygładzeniem.
2. Gromadzenie się rozpuszczalnika
Zaleganie rozpuszczalnika na powierzchni modelu może prowadzić do powstawania defektów estetycznych, które wpływają na ogólny wygląd wydruku. Zjawisko to może być również skutkiem zbyt agresywnych ustawień wygładzania oparowego. Problem pooling’u można częściowo wyeliminować na etapie projektowania (np. przez unikanie ostrych krawędzi), jednak najskuteczniejszą metodą zapobiegania jest właściwe ułożenie modelu w komorze wygładzania.
Warto wcześniej przeanalizować, gdzie para może się skraplać i osadzać — najlepiej ustawić model tak, aby duże, płaskie powierzchnie były równoległe do rusztu, co pozwala rozpuszczalnikowi swobodnie ściekać i minimalizuje ryzyko nadtopień.
Po lewej: model zawieszony pionowo, po prawej: model zawieszony poziomo.
3. Nieprawidłowe ułożenie modelu: ruszt vs. zawieszenie
Ogólnie rzecz biorąc, podczas wygładzania modele powinny być zawieszane w komorze na wieszakach, jednak dla niektórych geometrii może to być trudne lub niewykonalne. W takim przypadku można położyć elementy na ruszcie, opierając je na szpilkach, które pozostawiają jedynie niewielkie ślady — najlepiej w miejscach, które i tak będą usuwane lub obrabiane po procesie. Należy jednak pamiętać, że model może częściowo „wtopić się” w ruszt w trakcie wygładzania, zwłaszcza jeśli parametry są zbyt agresywne lub powierzchnia styku jest zbyt duża.
Po prawej: model zawieszony, po lewej: model ułożony bezpośrednio na ruszcie.
4. Przepełnienie komory i sklejenie elementów (również ruchomych)
Podczas wygładzania oparowego powierzchnia modelu częściowo się rozpuszcza, co może prowadzić do sklejenia się modeli ze sobą, jeśli są umieszczone zbyt blisko. To samo dotyczy elementów ruchomych, które mogą ulec trwałemu połączeniu, uniemożliwiając działanie mechanizmu. Dlatego odpowiedni odstęp między modelami jest kluczowy.
Nie oznacza to jednak, że drukowanie części ruchomych jest niemożliwe — fuzja dotyczy jedynie warstwy powierzchniowej, dlatego jeśli powierzchnie styku są niewielkie (np. jak w przypadku ogniw łańcucha), można je rozdzielić mechanicznie po zakończeniu wygładzania.
Po lewej: po wygładzeniu, po prawej: po rozdzieleniu ogniw.
Wygładzanie trudnych geometrii i cienkich elementów
Choć wygładzanie oparowe może znacząco poprawić jakość powierzchni, jak w każdym procesie — im lepszy model trafia do wygładzania, tym lepszy efekt końcowy. I odwrotnie — jeśli model jest niskiej jakości (np. niewłaściwie ustawiony w komorze drukowania lub wykonany z materiału słabej jakości), to nawet „magia” wygładzania oparowego nie zlikwiduje wszystkich niedoskonałości.
Trzy główne problemy, które mogą przenieść się do etapu postprocessingu, to:
- efekt skórki pomarańczy (wynikający ze słabej jakości proszku lub nieprawidłowych ustawień druku),
- pęknięcia modelu (powstałe np. w wyniku uderzenia),
- linie lasera (widoczne przy złym ułożeniu modeli w komorze drukującej).
Po lewej: model wydrukowany poprawnie, po prawej: model wydrukowany pod zbyt małym kątem, z widocznymi liniami warstw
Podsumowanie: inteligentne wygładzanie powierzchni w druku 3D SLS
Stosując się do opisanych zasad projektowych i wskazówek dotyczących procesu, możesz w pełni wykorzystać potencjał urządzeń do wygładzania oparowego PostPro SFX firmy AMT, zoptymalizowanych pod kątem materiałów proszkowych marki Sinterit. Niezależnie od tego, czy produkujesz elementy końcowe z PA11 CF, prototypy przemysłowe z PA12, czy chemoodporne narzędzia z polipropylenu, wdrożenie tych technik pomoże Ci zminimalizować metodę prób i błędów, ograniczyć ilość odpadów i uzyskać wydruki o jakości zbliżonej do formowania wtryskowego — przy ułamku kosztu.
Już wkrótce opublikujemy kolejny artykuł: „Jak oszacować i kontrolować koszty wygładzania oparowego”, w którym omówimy czas cyklu maszyn, zużycie rozpuszczalnika, nakład pracy oraz kalkulatory kosztu jednostkowego. Tymczasem, jeśli masz pytania dotyczące konfiguracji środowiska AMT + Sinterit, skontaktuj się z naszymi specjalistami ds. aplikacji, aby umówić się na testy, otrzymać dedykowane profile maszyny lub zaplanować wizytę demonstracyjną.
FAQ: jak wygładzić wydruk 3D i poprawić jakość powierzchni
Sztywne tworzywa, takie jak PA12 Industrial, PA11 CF czy polipropylen, najlepiej reagują na wygładzanie oparowe. TPU, np. Flexa Performance, jest trudniejsze w obróbce i ma więcej ograniczeń, ale nadal możliwe do wygładzania.
Maksymalny rozmiar elementu ograniczony jest jedynie rozmiarem komory wygładzającej. Jeśli chodzi o najmniejsze części, bardzo cienkie detale (poniżej 2 mm) mogą być trudne do wygładzenia lub zlepić się z otaczającym materiałem.
Tak, ale należy pamiętać o pewnych ograniczeniach — jednorodność geometrii jest kluczowa dla uzyskania dobrego efektu wygładzania.
Wszystkie defekty modelu zostaną przeniesione na wygładzoną powierzchnię, dlatego dokładne piaskowanie jest zdecydowanie zalecane. Nie ma potrzeby używania wody ani alkoholu.
Gwinty mogą się skurczyć, dlatego trzeba uwzględnić to już na etapie projektowania. Elementy ruchome mogą się zlepić, ale jeśli stykają się tylko na niewielkiej powierzchni, często można je oddzielić lub rozdzielić mechanicznie po procesie.
Upewnij się, że modele nie dotykają siebie nawzajem ani powierzchni rusztu. W komorze znajduje się wentylator, który wspomaga cyrkulację pary, dlatego modele powinny mieć wokół siebie trochę przestrzeni.
Zadbaj o to, aby parametry takie jak materiał, średnia grubość ścianek, stopień wypełnienia komory oraz poziom wygładzania były ustawione poprawnie. Używaj poprawnie wydrukowanych modeli i rozmieść je na ruszcie tak, by nie stykały się ze sobą ani z powierzchnią rusztu.
