از چاپ تا محصول: عملیات سطحی برای چاپ سه بعدی

اگرچه بیشتر کار تولید در داخل چاپگر سه‌بعدی انجام می‌شود، زیرا قطعات به صورت لایه به لایه ساخته می‌شوند، اما این پایان فرآیند نیست. پس‌پردازش یک گام مهم در گردش کار چاپ سه‌بعدی است که اجزای چاپ شده را به محصولات نهایی تبدیل می‌کند. یعنی «پس‌پردازش» خود یک فرآیند خاص نیست، بلکه مقوله‌ای متشکل از تکنیک‌ها و فنون پردازش مختلف است که می‌توانند برای برآورده کردن نیازهای مختلف زیبایی‌شناختی و عملکردی اعمال و ترکیب شوند.

همانطور که در این مقاله با جزئیات بیشتری خواهیم دید، تکنیک‌های پس‌پردازش و پرداخت سطح زیادی وجود دارد، از جمله پس‌پردازش‌های اولیه (مانند حذف ساپورت)، صاف کردن سطح (فیزیکی و شیمیایی) و پردازش رنگ. درک فرآیندهای مختلفی که می‌توانید در چاپ سه‌بعدی استفاده کنید، به شما این امکان را می‌دهد که مشخصات و الزامات محصول را برآورده کنید، چه هدف شما دستیابی به کیفیت سطح یکنواخت، زیبایی‌شناسی خاص یا افزایش بهره‌وری باشد. بیایید نگاه دقیق‌تری بیندازیم.

پس‌پردازش اولیه معمولاً به مراحل اولیه پس از برداشتن و تمیز کردن قطعه چاپ سه‌بعدی از پوسته مونتاژ، از جمله برداشتن ساپورت و صاف کردن اولیه سطح (به منظور آماده‌سازی برای تکنیک‌های صاف کردن کامل‌تر) اشاره دارد.

بسیاری از فرآیندهای چاپ سه‌بعدی، از جمله مدل‌سازی رسوب ذوب‌شده (FDM)، استریولیتوگرافی (SLA)، پخت مستقیم لیزر فلز (DMLS) و سنتز نور دیجیتال کربن (DLS)، نیاز به استفاده از ساختارهای پشتیبانی برای ایجاد برآمدگی‌ها، پل‌ها و ساختارهای شکننده دارند. ویژگی خاص. اگرچه این ساختارها در فرآیند چاپ مفید هستند، اما قبل از اعمال تکنیک‌های نهایی باید حذف شوند.

برداشتن ساپورت می‌تواند به روش‌های مختلفی انجام شود، اما رایج‌ترین فرآیند امروزه شامل کار دستی، مانند برش، برای برداشتن ساپورت است. هنگام استفاده از زیرلایه‌های محلول در آب، ساختار ساپورت را می‌توان با غوطه‌ور کردن شیء چاپ شده در آب جدا کرد. همچنین راه‌حل‌های تخصصی برای برداشتن خودکار قطعه، به ویژه تولید افزایشی فلز، وجود دارد که از ابزارهایی مانند ماشین‌های CNC و ربات‌ها برای برش دقیق ساپورت‌ها و حفظ تلرانس‌ها استفاده می‌کند.

یکی دیگر از روش‌های اساسی پس از پردازش، سندبلاست است. این فرآیند شامل اسپری کردن قطعات چاپ شده با ذرات تحت فشار بالا است. برخورد مواد اسپری شده روی سطح چاپ، بافتی صاف‌تر و یکنواخت‌تر ایجاد می‌کند.

سندبلاست اغلب اولین قدم در صاف کردن سطح چاپ سه بعدی است زیرا به طور موثری مواد باقیمانده را از بین می‌برد و سطح یکنواخت‌تری ایجاد می‌کند که سپس برای مراحل بعدی مانند پولیش، رنگ‌آمیزی یا رنگ‌آمیزی آماده می‌شود. لازم به ذکر است که سندبلاست سطح براق یا صیقلی ایجاد نمی‌کند.

فراتر از سندبلاست اولیه، تکنیک‌های پس‌پردازش دیگری نیز وجود دارند که می‌توانند برای بهبود صافی و سایر خواص سطحی قطعات چاپ شده، مانند ظاهر مات یا براق، مورد استفاده قرار گیرند. در برخی موارد، می‌توان از تکنیک‌های پرداخت برای دستیابی به صافی هنگام استفاده از مصالح ساختمانی و فرآیندهای چاپ مختلف استفاده کرد. با این حال، در موارد دیگر، صاف کردن سطح فقط برای انواع خاصی از رسانه‌ها یا چاپ مناسب است. هندسه قطعه و جنس چاپ دو عامل مهم هنگام انتخاب یکی از روش‌های صاف کردن سطح زیر هستند (همه در قیمت‌گذاری فوری Xometry موجود است).

این روش پس‌پردازش شبیه به سندبلاست با مواد مرسوم است، زیرا شامل اعمال ذرات به چاپ تحت فشار بالا می‌شود. با این حال، یک تفاوت مهم وجود دارد: سندبلاست از هیچ ذره‌ای (مانند شن) استفاده نمی‌کند، بلکه از دانه‌های شیشه‌ای کروی به عنوان واسطه برای سندبلاست چاپ با سرعت بالا استفاده می‌کند.

برخورد دانه‌های شیشه‌ای گرد با سطح قطعه چاپ شده، سطحی صاف‌تر و یکنواخت‌تر ایجاد می‌کند. علاوه بر مزایای زیبایی‌شناختی سندبلاست، فرآیند صاف کردن، استحکام مکانیکی قطعه را بدون تغییر اندازه آن افزایش می‌دهد. دلیل این امر این است که شکل کروی دانه‌های شیشه‌ای می‌تواند تأثیر بسیار سطحی بر سطح قطعه داشته باشد.

غلتاندن، که به عنوان غربالگری نیز شناخته می‌شود، یک راه حل موثر برای پردازش پس از تولید قطعات کوچک است. این فناوری شامل قرار دادن یک چاپ سه بعدی در یک درام به همراه قطعات کوچک سرامیک، پلاستیک یا فلز است. سپس درام می‌چرخد یا می‌لرزد و باعث می‌شود که خرده‌ها به قطعه چاپ شده مالیده شوند، هرگونه بی‌نظمی سطحی را از بین ببرند و یک سطح صاف ایجاد کنند.

غلتک زنی با مواد، قدرتمندتر از سندبلاست است و صافی سطح را می‌توان بسته به نوع ماده غلتک زنی تنظیم کرد. به عنوان مثال، می‌توانید از مواد با دانه‌بندی کم برای ایجاد بافت سطحی ناهموارتر استفاده کنید، در حالی که استفاده از تراشه‌های با دانه‌بندی بالا می‌تواند سطح صاف‌تری ایجاد کند. برخی از رایج‌ترین سیستم‌های پرداخت بزرگ می‌توانند قطعاتی با ابعاد ۴۰۰ در ۱۲۰ در ۱۲۰ میلی‌متر یا ۲۰۰ در ۲۰۰ در ۲۰۰ میلی‌متر را پرداخت کنند. در برخی موارد، به خصوص با قطعات MJF یا SLS، می‌توان مجموعه را با یک حامل، با غلتک پرداخت کرد.

در حالی که تمام روش‌های صاف کردن فوق مبتنی بر فرآیندهای فیزیکی هستند، صاف کردن با بخار برای تولید یک سطح صاف به یک واکنش شیمیایی بین ماده چاپ شده و بخار متکی است. به طور خاص، صاف کردن با بخار شامل قرار دادن چاپ سه‌بعدی در معرض یک حلال تبخیر شونده (مانند FA 326) در یک محفظه پردازش آب‌بندی شده است. بخار به سطح چاپ می‌چسبد و یک مذاب شیمیایی کنترل‌شده ایجاد می‌کند و با توزیع مجدد ماده مذاب، هرگونه نقص، برآمدگی و فرورفتگی سطح را صاف می‌کند.

صافکاری با بخار همچنین به عنوان روشی برای صیقلی‌تر و براق‌تر کردن سطح شناخته می‌شود. معمولاً فرآیند صافکاری با بخار گران‌تر از صافکاری فیزیکی است، اما به دلیل صافی و براقیت برتر آن ترجیح داده می‌شود. صافکاری با بخار با اکثر پلیمرها و مواد چاپ سه‌بعدی الاستومری سازگار است.

رنگ‌آمیزی به عنوان یک مرحله پس‌پردازش اضافی، راهی عالی برای افزایش زیبایی‌شناسی خروجی چاپ شده شماست. اگرچه مواد چاپ سه‌بعدی (به‌ویژه فیلامنت‌های FDM) در گزینه‌های رنگی متنوعی موجود هستند، رنگ‌آمیزی به عنوان یک پس‌پردازش به شما این امکان را می‌دهد که از مواد و فرآیندهای چاپی استفاده کنید که مشخصات محصول را برآورده می‌کنند و به تطابق رنگ صحیح برای یک ماده خاص دست یابید. در اینجا دو روش رایج رنگ‌آمیزی برای چاپ سه‌بعدی آورده شده است.

رنگ‌آمیزی اسپری روشی محبوب است که شامل استفاده از اسپری آئروسل برای اعمال یک لایه رنگ به چاپ سه‌بعدی است. با متوقف کردن چاپ سه‌بعدی، می‌توانید رنگ را به طور یکنواخت روی قطعه اسپری کنید و کل سطح آن را بپوشانید. (رنگ را می‌توان با استفاده از تکنیک‌های ماسک کردن به صورت انتخابی نیز اعمال کرد.) این روش هم برای قطعات چاپ سه‌بعدی و هم قطعات ماشین‌کاری شده رایج است و نسبتاً ارزان است. با این حال، یک اشکال عمده دارد: از آنجایی که جوهر بسیار نازک اعمال می‌شود، اگر قطعه چاپ شده خراشیده یا ساییده شود، رنگ اصلی ماده چاپ شده قابل مشاهده خواهد بود. فرآیند سایه‌زنی زیر این مشکل را حل می‌کند.

برخلاف رنگ‌آمیزی با اسپری یا قلم‌مو، جوهر در چاپ سه‌بعدی به زیر سطح نفوذ می‌کند. این روش چندین مزیت دارد. اولاً، اگر چاپ سه‌بعدی ساییده یا خراشیده شود، رنگ‌های پر جنب و جوش آن دست‌نخورده باقی می‌مانند. لکه نیز کنده نمی‌شود، کاری که رنگ انجام می‌دهد. یکی دیگر از مزایای بزرگ رنگ‌آمیزی این است که بر دقت ابعادی چاپ تأثیر نمی‌گذارد: از آنجایی که رنگ به سطح مدل نفوذ می‌کند، ضخامت آن را افزایش نمی‌دهد و بنابراین منجر به از دست رفتن جزئیات نمی‌شود. فرآیند رنگ‌آمیزی خاص به فرآیند چاپ سه‌بعدی و مواد بستگی دارد.

تمام این فرآیندهای تکمیلی هنگام همکاری با یک شریک تولیدی مانند Xometry امکان‌پذیر است و به شما امکان می‌دهد چاپ‌های سه‌بعدی حرفه‌ای ایجاد کنید که هم استانداردهای عملکرد و هم استانداردهای زیبایی‌شناسی را برآورده می‌کنند.