Ak ste niekedy držali nylonovú SLS 3D vytlačenú časť čerstvo z montážnej platformy, viete, že základný produkt má surový, textúrovaný povrch, sypký prášok priľne ku každej štrbine a ostré hrany, ktoré sa môžu zachytiť na tkanine alebo poškriabať pokožku. Ako dodávateľ dielov na 3D tlač z nylonu SLS som posledných päť rokov strávil zdokonaľovaním pracovných postupov následného spracovania, ktoré premieňajú tieto neleštené zostavy na funkčné a vysokovýkonné diely pre odvetvia od robotiky po zdravotnícke zariadenia. Správne následné spracovanie nezlepšuje len estetiku – zosilňuje prirodzenú pevnosť, pružnosť a odolnosť nylonu, vďaka čomu je rozdiel medzi funkčným prototypom a dielom na konečné použitie, ktorý vydrží roky opotrebovania. V tomto príspevku rozoberiem najspoľahlivejšie, priemyselne testované metódy následného spracovania pre diely z nylonu SLS, podelím sa o skutočné príklady toho, ako tieto techniky aplikujeme, a načrtnem, ako si vybrať správny pracovný postup pre váš konkrétny projekt.
Po prvé, je dôležité uzemniť to v tom, čo robí nylonové diely SLS jedinečnými. Selektívne laserové spekanie (SLS) spája nylonový prášok vrstvu po vrstve s vysokovýkonným laserom, takže súčiastky sú postavené v lôžku nespekaného prášku, ktorý pôsobí ako prirodzené nosné štruktúry. To znamená, že nie je potrebný ďalší podporný materiál počas tlače, čo je obrovská výhoda pre zložité geometrie – ako sú jedinečné vnútorné kanály vo vlastnom kryte robotickej ruky pre humanoidné a obratné roboty, ktoré sme vyrobili minulý štvrťrok. Dokonca aj s touto výhodou je následné spracovanie nemenné, aby sa odomkol plný potenciál dielu. Proces začína odpráškovaním, základným krokom, ktorý väčšina dodávateľov spraví správne, ale ktorý môže spôsobiť alebo prerušiť následnú prácu.
Odpudrovanie je prvým kritickým krokom a tu neexistuje univerzálny prístup. Pre malé, zložité diely s tesnými vnútornými dutinami (ako sú ozubené kolesá alebo elektrické konektory) používame otryskanie stlačeným vzduchom pomocou nízkotlakového systému suchého vzduchu. Vysokotlakový vzduch môže poškodiť tenké nylonové steny SLS, ktoré sú hneď po vytlačení pórovité, preto vzduch regulujeme na 20-30 PSI a smerujeme ho cez na mieru vyrobené trysky, ktoré siahajú do skrytých štrbín. Pri väčších dieloch alebo sériách stredne veľkých komponentov funguje odstredivý odprašovací bubon ešte lepšie. Diely a opakovane použiteľné nylonové médiá vkladáme do otáčajúceho sa bubna, kde trenie spôsobené omieľaním uvoľňuje sypký prášok bez poškriabania povrchu dielov. Pri veľmi zložitých zostavách, ako sú časti modelu pre 3D tlač určené na prototypovanie architektúry, skombinujeme otryskanie vzduchom s ručným kefovaním pomocou tuhých nylonových kefiek, aby sme dostali prášok z malých medzier, ku ktorým sa poháre nedostanú. Cieľ tu nie je len kozmetický – zachytený prášok môže spôsobiť zaseknutie dielov počas montáže alebo dokonca odretie spojovacích povrchov, takže tento krok zaberie toľko času, koľko je potrebné, aby bola každá dutina čistá.
Keď je diel úplne zbavený prášku, ďalším krokom je povrchová úprava, kde dochádza k najväčším zlepšeniam vzhľadu a výkonu. Prirodzená porézna textúra nylonu (vedľajší produkt procesu spekania SLS) môže byť nevýhodou pre diely, ktoré musia odolávať vlhkosti, chemikáliám alebo majú hladký priemyselný povrch. Najbežnejšou metódou povrchovej úpravy dielov z nylonu SLS je vyhladzovanie parou a pre našich klientov to zmenilo hru. Vyhladzovanie pár funguje tak, že sa nylonová časť vystaví výparom rozpúšťadla, ako je dichlórmetán alebo etanol, ktoré mierne roztopia vonkajšiu vrstvu nylonu, vyplnia povrchové póry a spoja čiary vrstiev, ktoré sú vlastné tlači SLS. Kontrolujeme čas expozície a teplotu, aby sme sa vyhli nadmernému vyhladzovaniu – nadmerná úprava môže spôsobiť, že diely stratia detaily povrchu alebo sa dokonca zdeformujú, najmä v prípade tenkostenných komponentov. Napríklad, keď sme vyrobili sériu lekárskych krytov, ktoré bolo potrebné úplne utesniť a ľahko dezinfikovať, použili sme 10-minútový cyklus vyhladzovania pár, ktorý znížil drsnosť povrchu z Ra 12 (surové SLS) na Ra 2, čím sa vytvoril hladký, neporézny povrch, ktorý prešiel testovaním biokompatibility ISO 10993. Keď už hovoríme o lekárskych častiach, táto metóda sa tiež široko používa na 3D tlač SLA pre lekárske časti, ktoré vyžadujú vysokú úroveň čistoty a konzistencie, hoci zmes rozpúšťadiel je mierne upravená pre rôzne typy plastov.
Pre klientov, ktorí potrebujú matný, mierne štruktúrovaný povrch namiesto lesklého, je lepšou alternatívou mechanické leštenie. V našom zariadení sa spoliehame na dve hlavné metódy mechanického leštenia. Po prvé, vibračné leštenie, kde sú diely vložené do vane s keramickým médiom a jemnou leštiacou zmesou a vibrované pri vysokej rýchlosti po dobu 4-8 hodín. To je skvelé pre série malých, identických dielov, ako sú spojovacie prvky alebo rozpery, pretože vytvára jednotnú povrchovú úpravu bez potreby ručnej práce. Pre väčšie, jednorazové diely, ako sú vlastné komponenty robotických ramien, používame ručné leštenie bavlnenými kolieskami a leštiacou pastou na báze nylonu. Manuálne brúsenie nám umožňuje zacieliť na konkrétne oblasti – napríklad ostré hrany ozubeného kolesa, ktoré môžu byť pre niektoré aplikácie príliš hladké, alebo plochý montážny povrch, ktorý musí byť dokonale rovný – pričom ostatné oblasti ponechajú s jemnou, nekĺzavou textúrou. Nevýhodou mechanického leštenia je to, že dokáže odstrániť malé množstvo materiálu, preto prispôsobujeme naše tolerancie tlače pre diely, ktoré potrebujú zachovať presné rozmery.
Ďalším krokom následného spracovania, ktorý sa často prehliada, je žíhanie, ktoré zlepšuje mechanické vlastnosti nylonu znížením vnútorného napätia, ktoré vzniká počas tlače SLS. Diely SLS sa po spekaní rýchlo ochladzujú, čo zanecháva malé vnútorné napätia, ktoré môžu časom spôsobiť deformáciu, praskanie alebo nekonzistentný výkon – najmä v prípade dielov, ktoré sú vystavené vysokým teplotám alebo opakovanému zaťaženiu. Žíhanie funguje tak, že sa diel zohreje na teplotu tesne pod bodom topenia nylonu (okolo 170 °C pre štandardný PA12, najbežnejší nylon SLS) a podrží sa tam 2-4 hodiny a potom sa nechá pomaly vychladnúť v peci s kontrolovanou teplotou. Testovali sme to na dieloch pre priemyselné zariadenia a žíhanie zvýšilo pevnosť v ťahu našich nylonových dielov SLS až o 15 %, vďaka čomu sú schopné vydržať vyššie zaťaženie bez toho, aby sa zlomili. Napríklad klient, ktorý potreboval kryt pre vysoko zaťažený robotický pohon, mal pôvodne diely, ktoré praskli po 10 000 cykloch zaťaženia; po žíhaní tie isté časti prešli 50 000 cyklami bez poškodenia. Žíhanie je dôležité aj pre diely, ktoré sa budú používať vonku, pretože vďaka nemu je materiál odolnejší voči teplotným výkyvom a UV žiareniu.
V prípade dielov, ktoré vyžadujú mimoriadnu trvanlivosť, odolnosť voči chemikáliám alebo farebnú povrchovú úpravu, aplikujeme náter a lakovanie ako posledný krok. Nylon je semikryštalický polymér, takže na štandardné farby alebo nátery bez prípravy povrchu zle priľne. Pred náterom diely vždy obrúsime a očistíme izopropylalkoholom, aby sme odstránili všetky zvyšné nečistoty, ktoré by bránili priľnavosti. Najbežnejšie používané nátery sú práškové nátery, ktoré sa nanášajú elektrostaticky a vytvrdzujú v peci. Práškové nátery vytvárajú hustú, odolnú povrchovú úpravu, ktorá odoláva poškriabaniu, chemikáliám a vlhkosti – ideálne pre vonkajšie diely alebo kryty priemyselných zariadení. Pre klientov, ktorí chcú ľahší a flexibilnejší povlak, používame číre alebo tónované polyuretánové povlaky, ktoré dodávajú tenkú vrstvu ochrany bez toho, aby sa znížila charakteristická pružnosť nylonu. Experimentovali sme aj s farebnými nylonovými časťami SLS pridávaním pigmentu do prášku počas tlače, ale následné nanášanie poskytuje klientom väčšiu kontrolu nad presnými zhodami farieb, ako aj možnosť pridať do náteru UV inhibítory pre vonkajšie aplikácie.
Teraz si povedzme, ako zvoliť správnu metódu následného spracovania pre váš konkrétny projekt, pretože jedna veľkosť rozhodne nesedí všetkým. Ak vyrábate prototyp, ktorý len potrebuje vyzerať dobre na veľtrh, vyhladzovanie parou alebo vibračné leštenie vám za pár hodín zabezpečí konečnú úpravu hotovú pre showroom. Ak vyrábate súčiastku na konečné použitie, ktorá musí vydržať veľké zaťaženie, o žíhaní sa nedá vyjednávať a budete ho chcieť spojiť buď s mechanickým leštením alebo práškovým lakovaním kvôli odolnosti. Pre medicínske diely je odprášenie mimoriadne dôležité a často pridávame sekundárny krok ultrazvukového čistenia v destilovanej vode, aby sme zaistili, že vo vnútorných dutinách nezostanú žiadne zvyšky prášku.
Za zmienku tiež stojí, že následné spracovanie pridáva čas na prípravu, takže keď plánujete časovú os projektu, mali by ste tieto kroky postaviť o 1 až 3 ďalšie dni v závislosti od zložitosti dielu. Tlač nespracovaných dielov SLS trvá približne 1 až 2 dni, ale následné spracovanie môže v závislosti od metódy pridať ďalších 1 až 5 dní. Túto časovú os klientom vždy vopred jasne komunikujeme, takže sa nekonajú žiadne prekvapenia.
Ako dodávateľ sme sa tiež naučili, že kľúčové je počúvať špecifické potreby našich klientov. Pred niekoľkými rokmi k nám prišiel startup s vlastným krytom robotickej ruky pre humanoidné a obratné roboty so zložitou geometriou, ktorá zahŕňala 12 malých vnútorných kanálov a hladký vonkajší plášť. Potrebovali, aby časť bola dostatočne pevná na uchopenie predmetov bez toho, aby sa zlomila, ale zároveň dostatočne ľahká na to, aby udržala nízku hmotnosť robota, a potrebovali, aby vnútorné kanály boli úplne bez prášku, aby cez ňu mohol prúdiť vzduch na integráciu senzora. Použili sme kombináciu odstredivého odpráškovania, aby sme dostali väčšinu prášku von, nasledovalo otryskanie stlačeným vzduchom jemnou tryskou na vyčistenie vnútorných kanálov, potom žíhanie na zníženie vnútorného napätia a nakoniec tenký polyuretánový náter na utesnenie povrchu. Súčiastka fungovala perfektne pre ich prvý prototyp a odvtedy si objednali ďalších 50 kusov.
Samozrejme, v našom zariadení nevyrábame len nylonové diely. Pracujeme so širokou škálou materiálov, vrátane ABS plastu pre rýchle prototypy, kde je odolnosť proti nárazu najvyššou prioritou, ako môžete vidieť na tomto odkaze pre 3D Printing Service ABS Plastic Rapid Prototype. Pre kovové diely ponúkame vysokokvalitnú 3D tlač kovových dielov SLA Aluminium Stainless Steel pre priemyselné aplikácie a pre medicínske zariadenia máme dlhoročné skúsenosti s SLA 3D tlačou pre medicínske diely, ktoré spĺňajú prísne regulačné normy. Všetky naše diely, bez ohľadu na materiál, prechádzajú prísnym následným spracovaním, aby sme sa uistili, že spĺňajú presné špecifikácie našich klientov.
Ak pracujete na projekte, ktorý používa nylonové diely SLS, správny pracovný postup následného spracovania môže premeniť dobrú časť na skvelú. V našom zariadení nesledujeme len všeobecné kroky po spracovaní – každý pracovný postup prispôsobujeme potrebám klienta, testujeme vzorky, upravujeme časové harmonogramy a kontrolujeme kvalitu v každom kroku, aby sme sa uistili, že finálna časť je presne to, čo potrebujú. Či už vyrábate prototyp, robotický komponent na mieru alebo zdravotnícke zariadenie, máme odborné znalosti, ktoré vás prevedú celým procesom, od návrhu až po finálnu časť.
Ak máte otázky týkajúce sa následného spracovania vašich nylonových dielov SLS alebo ak by ste chceli požiadať o cenovú ponuku pre váš ďalší projekt, radi vám pomôžeme vytvoriť pracovný postup, ktorý bude vyhovovať vašim potrebám. Ak chcete začať konverzáciu, obráťte sa na náš tím ešte dnes.
Referencie:
- Gibson, I., Rosen, DW, & Stucker, B. (2015). Aditívne výrobné technológie: 3D tlač, rýchle prototypovanie a priama digitálna výroba. Springer.
- Ahn, D. (2015). "Odprášenie a konečná úprava selektívnych laserom spekaných dielov." Journal of Manufacturing Processes, roč. 20, str. 492-500.
- ISO 10993-5:2009, Biologické hodnotenie zdravotníckych pomôcok – Časť 5: Testy na cytotoxicitu in vitro.
- Ding, J., a kol. (2020). "Vplyv žíhania na mechanické vlastnosti dielov z nylonu 12 vyrobených selektívnym laserovým spekaním." Materials & Design, zv. 192, s. 108765.
