Để đánh bóng các bộ phận in 3D nhằm đạt được lớp hoàn thiện tinh tế, các kỹ sư sử dụng nhiều kỹ thuật hoàn thiện công nghiệp khác nhau, bao gồm phương pháp phủ, phun cát và hoàn thiện thủ công. Mặc dù in 3D có thể tạo ra các bộ phận phức tạp, nhưng các bản in ban đầu thường có bề mặt gồ ghề và các đường lớp rõ rệt, đặc biệt là ở các bộ phận được sản xuất bằng cách sử dụng mô hình lắng đọng hợp nhất (FDM). Vì lý do này, xử lý hậu kỳ là một phần cực kỳ quan trọng trong quá trình sản xuất bộ phận, làm mịn bề mặt thô ráp của bộ phận chưa hoàn thiện bằng cách thêm hoặc bớt các lớp của bộ phận. Trong bài viết này, Arctic Bear sẽ giới thiệu và so sánh một cách có hệ thống hai quy trình hoàn thiện bề mặt phổ biến hiện nay trên thị trường—làm nhẵn bằng hơi nước và đánh bóng tinh bằng rung, để tạo điều kiện hiểu biết về các quy trình tương ứng, ưu điểm và nhược điểm của từng phương pháp.
hơi nước mịn
Làm mịn bằng hơi, còn được gọi là làm mịn bằng hơi hóa học, là một kỹ thuật xử lý bề mặt để các bộ phận in tiếp xúc với môi trường dung môi bay hơi. Quá trình làm mịn hơi công nghiệp đòi hỏi phải treo cẩn thận một hoặc nhiều thành phần trong buồng kín để tiếp xúc tối đa. Một hỗn hợp dung môi hóa học, chẳng hạn như FA 326, được bơm và phun vào một buồng nơi nó ngưng tụ và đông cứng trên bộ phận, loại bỏ các bất thường trên bề mặt thông qua quá trình nấu chảy có kiểm soát. Khi nhiệt độ buồng tăng lên, dung môi còn lại sẽ bay hơi và được thu hồi. Phần cuối cùng trở nên không thấm nước và giữ được khoang bên trong trơn tru, kích thước chính xác và khối lượng vật liệu ban đầu. Để có kết quả làm mịn hơi tốt nhất, quy trình nên được thực hiện trong môi trường được kiểm soát bằng cách sử dụng thiết bị cấp công nghiệp được thiết kế để làm mịn hơi in 3D. Đối với những người quan tâm đến phương pháp DIY, có thể đạt được quá trình làm mịn hơi bằng cách sử dụng axeton hoặc etanol làm dung môi hóa học, hoặc trong trường hợp này được gọi là ngâm tẩm dung môi. Tuy nhiên, phải thận trọng và phải có các biện pháp và thiết bị an toàn phù hợp.
△Phần nhẵn hơi nước ở bên trái và xử lý bề mặt tiêu chuẩn ở bên phải (nguồn ảnh: ProtoLabs)
Rung đánh bóng tốt
Mặt khác, hoàn thiện rung không sử dụng hóa chất để chuẩn bị bề mặt. Thay vào đó, nó dựa vào phương tiện mài mòn để tăng cường bề mặt của phần in 3D. Trong quá trình này, nhiều bộ phận in 3D được đặt trong một thùng rung chứa đầy phương tiện mài mòn đã chọn và chất lỏng bôi trơn hỗn hợp. Khi máy được bật, thùng bắt đầu chuyển động, tạo ra ma sát cơ học giữa chi tiết và vật liệu mài. Quá trình trừ này cải thiện chất lượng bề mặt của bộ phận bằng cách giảm thiểu và nhẹ nhàng loại bỏ lớp vật liệu ngoài cùng. Đánh bóng mịn rung đòi hỏi các biện pháp và thiết bị đặc biệt, và cung cấp hai phương pháp: phương pháp rung và phương pháp nhào lộn. Phương pháp rung đặc biệt phù hợp với các đối tượng lớn hơn với ít chi tiết hơn và có thể đạt được kết quả mong muốn nhanh hơn.
Việc lựa chọn chất mài mòn hoặc phoi là rất quan trọng trong đánh bóng tinh rung. Chip mài mòn có thể được làm bằng gốm, nhựa hoặc thép, mỗi loại tạo ra kết quả khác nhau. Chất mài mòn gốm đặc biệt thích hợp để làm mờ và đạt được bề mặt sáng bóng. Do mật độ cao, chúng có thể chịu được áp suất cao và thích hợp để gia công các bộ phận bằng thép không gỉ, kim loại và nhựa. Chất mài mòn nhựa là lý tưởng cho các bề mặt mềm, tinh tế, yêu cầu hoàn thiện nhẹ nhàng. Chúng có cả hình dạng kim tự tháp và hình nón. Ngoài ra, Walther Trowl đã phát triển đá mài hình núm vú cho các bộ phận rất nhỏ, tinh tế ở những khu vực khó tiếp cận. Chất mài mòn thép chủ yếu có dạng hình cầu và loại bỏ vật liệu tối thiểu, khiến chúng trở nên lý tưởng để đánh bóng và làm sạch cơ học các bộ phận kim loại, bạc hoặc nhôm để đảm bảo bề mặt nhẵn và không trầy xước.
△Chất mài mòn làm bằng gốm sứ có thể chịu được áp suất cao. (Nguồn: Vibrafinish)
Ngoài chất mài mòn, quy trình đánh bóng mịn rung cũng yêu cầu chất lỏng bôi trơn, tức là các hợp chất. Các hợp chất được sử dụng để hấp thụ và loại bỏ mài mòn khỏi các bộ phận, đồng thời làm sạch và tẩy dầu mỡ cho các bộ phận. Các hợp chất có tính axit có thể được chọn để gia công các bộ phận kim loại để tẩy. Sau khi chế biến, cần sấy khô. Những bộ phận này có thể được sấy khô trong máy sấy rung, nơi chúng được đặt với môi trường sấy nóng như bột ngô, bột hạt hoặc khối gỗ và được rung. Ngoài ra, máy sấy dây đai đặc biệt thích hợp cho các bộ phận nhạy cảm và cồng kềnh có rãnh và lỗ bên trong. Trong máy sấy băng chuyền, các bộ phận in 3D được đưa qua hệ thống khí nóng trên băng chuyền và được làm khô theo cách này.
Các phương pháp xử lý đánh bóng bề mặt hoàn thiện bằng hơi nước và làm mịn có độ rung khác nhau về thời gian, từ mười phút đến vài giờ, tùy thuộc vào số lượng và độ phức tạp của các bộ phận được xử lý.
vật liệu tương thích
Vapour Smooth tương thích với hầu hết các polyme in 3D và chất đàn hồi. Các vật liệu phổ biến để làm mịn bằng hơi nước bao gồm Acrylonitrile Styrene Acrylate (ASA), Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS), High Impact Polystyrene (tùy thuộc vào máy), Nylon 11 (PA 11), Nylon 12 (PA 12), polypropylene (PP) và polycarbonate /acrylonitrile butadien styren (PC-ABS). Tuy nhiên, điều đáng chú ý là không nên làm mịn bằng hơi nước với TPU và một số sợi đặc biệt. Mỗi dung môi, chẳng hạn như axeton, metyl etyl xeton (MEK), tetrahydrofuran (THF), diclometan (DCM) và etyl axetat, đều có những cân nhắc về hiệu quả và ứng dụng riêng.
Tuy nhiên, đánh bóng mịn rung tương thích với nhiều vật liệu khác nhau. Ví dụ, đánh bóng mịn bằng rung không chỉ khả dụng cho các bộ phận in 3D làm từ nhựa nhiệt rắn, nhựa nhiệt dẻo và chất đàn hồi như polyetylen (PE), polypropylen (PP) hoặc polyetylen terephthalate (PET), mà còn có thể được sử dụng cho các kim loại như nhôm, thép không gỉ thép, đồng thau hoặc đồng. Điều này làm cho nó trở thành một phương pháp linh hoạt hơn, có thể được sử dụng làm phương pháp xử lý hậu kỳ cho các kỹ thuật in 3D khác nhau như FDM/FFF và phản ứng tổng hợp trên giường bột.
△So sánh trước và sau khi đánh bóng các bộ phận kim loại bằng rung động (Nguồn: Acton Finishing)
Hạn chế và ưu điểm của kỹ thuật xử lý hậu kỳ
Cả hai quy trình đều mang lại nhiều lợi thế về hình thức bề mặt và hiệu suất. Làm nhẵn bằng hơi nước có thể thu được các bộ phận hoàn thiện bề mặt nhẵn và chống nước tương đương với ép phun, đồng thời cải thiện độ giãn dài, đặc tính kéo, đặc tính uốn của các bộ phận, duy trì đặc tính, độ bền và độ chính xác. Mặt khác, quá trình hoàn thiện rung không đạt được lớp hoàn thiện chống thấm nước, nhưng cũng mang lại bề mặt nhẵn đặc biệt, loại bỏ các vết sơn và tạo ra bề mặt chống trầy xước và vết bẩn. Các thành phần được xử lý bằng phương pháp làm mịn bằng hơi nước và rung động tạo ra các bề mặt nhẵn bóng. Tuy nhiên, làm nhẵn bằng hơi nước mang lại bề mặt sáng bóng hơn so với đánh bóng mịn bằng rung. Ngoài ra, các bộ phận được xử lý bằng đánh bóng mịn rung cho trải nghiệm xúc giác nhẹ nhàng hơn, dễ chịu hơn đáng kể.
Tuy nhiên, điều đáng chú ý là làm mịn hơi nước không phải là giải pháp tốt nhất cho mọi bản in. Các mô hình quá phức tạp, quá nhỏ, quá lớn hoặc quá phẳng có thể làm biến dạng hoặc mất chi tiết và các hiện vật có thể được nhìn thấy sau đó. Sau khi làm nhẵn bằng hơi nước, các bộ phận có thể có các khuyết tật như bắc cầu, phồng rộp, vết cắn, bể cạnh, đốm, lỗ hoặc các tính năng không hoàn chỉnh. Ngoài ra, điều đáng chú ý là vật liệu dẻo dễ bị khuyết tật bề mặt hơn vật liệu cứng. Do đó, phải căn thời gian cẩn thận khi làm phẳng các bộ phận hoặc bộ phận chuyển động bằng hơi nước có khớp để tránh ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của khớp hoặc gây dính do tiếp xúc quá nhiều với hơi nước.
Mặt khác, đánh bóng mịn bằng rung phù hợp với nhiều loại bộ phận in 3D hơn so với làm mịn bằng hơi nước, vì nó có thể được điều chỉnh theo bất kỳ yêu cầu riêng lẻ, tính chất vật liệu và cấu trúc của bộ phận bằng cách chọn các phương pháp và phương pháp mài mòn khác nhau. Hoàn thiện rung phù hợp với hầu hết tất cả các bộ phận in 3D, miễn là quá trình này luôn được thực hiện một cách chuyên nghiệp bởi các chuyên gia. Tuy nhiên, đánh bóng hoàn thiện rung có thể dẫn đến mất dạng hình học của bộ phận. Ví dụ: các góc và đầu của các bộ phận có thể bị bo tròn quá mức và mất hình dạng, điều này không xảy ra với quá trình làm mịn bằng hơi nước. Ngoài ra, việc hoàn thiện rung động đôi khi yêu cầu các quy trình làm khô tiếp theo, làm kéo dài quá trình.
trường ứng dụng
Làm mịn bằng hơi nước là một công nghệ được ưa chuộng bởi các ngành công nghiệp như y tế, ô tô và hàng không vũ trụ để xử lý các thành phần kháng nước, kháng khuẩn và không chứa hóa chất. Khi nói đến đánh bóng mịn rung, ngành công nghiệp y tế, ô tô và thể thao đặc biệt được hưởng lợi từ công nghệ này. Trong mọi lĩnh vực, bề mặt nhẵn, đặc biệt là các bộ phận kim loại, rất quan trọng để đảm bảo các bộ phận hoạt động bình thường và điều kiện an toàn. Tuy nhiên, làm mịn bằng hơi nước và đánh bóng mịn bằng rung có thể được thực hiện trong suốt chu kỳ phát triển sản phẩm, từ mô hình ý tưởng đến nguyên mẫu đến sản phẩm cuối cùng và được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp bao gồm y tế, ô tô và hàng tiêu dùng. Ví dụ về các bộ phận được xử lý bằng đánh bóng mịn rung là các bộ phận xe hơi cho ngành công nghiệp ô tô hoặc giày trượt patin và thiết bị thể dục cho ngành thể thao. Ngoài ra, đồ trang sức và bộ đồ ăn được đánh bóng tinh xảo để người tiêu dùng sử dụng. Một ví dụ về bộ phận được làm nhẵn bằng hơi nước thường được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô là các bộ phận bên trong xe, chẳng hạn như bảng điều khiển, tay nắm cửa và các bộ phận của bảng điều khiển trung tâm. Làm mịn hơi cũng được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ cho các bộ phận của máy bay như cánh, ống dẫn khí và các bộ phận động cơ, trong số những bộ phận khác.
hình ảnh
△Làm mịn hơi thường được áp dụng cho các bộ phận máy bay trong ngành hàng không vũ trụ (Nguồn ảnh: Fast Radius)
nhà cung cấp và giá cả
Nhiều nhà cung cấp dịch vụ khác nhau, chẳng hạn như SPALECK GmbH, VibraFinish hoặc Rohde AG, cung cấp dịch vụ đánh bóng tinh vi rung cho các khách hàng và công ty tư nhân. Đối với quá trình làm mịn bằng hơi, Xometry, AMT, DyeMansion, Protolabs và Hub là những nhà cung cấp dịch vụ nổi bật cung cấp dịch vụ làm mịn bằng hơi bằng máy giải pháp hậu xử lý cụ thể hoặc dựa trên vật liệu. 3Faktur là một công ty của Đức cung cấp dịch vụ đánh bóng mịn bằng hơi nước và rung. Các máy VaporSmoothing nổi tiếng như sê-ri AMT PostPro3D và sê-ri Powerfuse S là các giải pháp do Xometry và DyeMansion cung cấp, trong khi Protolabs và Hub sử dụng vật liệu SLS và MJFHPA 12, PA 12 và MJF Ultrasint™ TPU-01 tương ứng.
Để đánh bóng mịn bằng rung, các máy công nghiệp lớn của các nhà sản xuất như Walther Trowal, AVAtec hoặc Garant có giá khoảng $18,000 đến $21,000 (€17,000 đến €20,{{ 7}}). 2 kg chất mài mòn có giá từ $21 – 44 (€20 – 40) và 5 lít hợp chất khoảng $21 – 44 (€20 – 40). Giá cả rất khác nhau tùy thuộc vào số lượng và kích thước của các bộ phận được gia công. Để làm nhẵn bằng hơi nước, phí dịch vụ làm nhẵn các bộ phận riêng lẻ có thể là $5-$15 (€4-€14) tùy thuộc vào độ phức tạp của bộ phận, mặc dù nhiều nhà sản xuất thường chỉ cung cấp dịch vụ theo gói 10 hoặc nhiều bộ phận. Mua bộ làm mượt hơi nước có thể tốn khoảng $10,000 đến $30,000 (€11,000–33,000), tùy thuộc vào khu vực, nhà sản xuất và chất lượng .
