مقدمه
قطعاتی با سطح صاف اغلب در پرینت سه بعدی مورد نیاز هستند. این ویژگی ممکن است یک نیاز کاربردی برای استفاده ی نهایی از یک قطعه یا یک الزام از نظر ظاهری باشد. کاربردهایی که ممکن است صیقلی بودن در آنها یک نیاز کاربردی باشد، شامل قطعات اتصالی، قطعات متحرک، سطوح تنش/ باربر و غیره هستند.
اگرچه پرینت سه بعدی معمولا یک فرآیند لایه به لایه است، فناوری‌های تولید افزایشی قادر به چاپ سطوح نسبتا صاف هستند. با این حال، صاف بودن قطعات پرینت شده به صورت سه بعدی به فرآیند چاپ، مواد، عملیات های پس از پردازش و سایر عوامل ثانویه بستگی دارد که در این مقاله به آنها اشاره خواهد شد.
فناوری های پرینت سه بعدی دارای پرداخت سطح صاف
به دلیل لایه به لایه بودن پرینت در چاپ FDM و قطر نازل مورد استفاده، FDM همیشه سطح بسیار صافی ایجاد نمی کند. با این حال، دستگاه های مدرن FDM صنعتی قادر به تولید سطوح بسیار پرداخت تر هستند. SLS، MJF و DMLS به دلیل ماهیت پودری مواد خام مورد استفاده در این فناوری ها، سطحی دانه دانه تولید می نمایند. صرف نظر از فناوری پرینت سه بعدی، با استفاده از عملیات های پس از پردازش، همیشه می توان در قطعات چاپ شده به سطح صاف دست یافت.
چندین فناوری پرینت سه بعدی وجود دارد که قادر به تولید قطعات صاف به صورت چاپ شده می باشند. این موارد در ادامه بررسی می شوند.
پرینت سه بعدی SLA
پرینت سه بعدی استریولیتوگرافی قطعاتی را با بالاترین دقت و صاف ترین سطح در میان تمام فناوری های پرینت سه بعدی تولید می نماید. اگرچه این یک فرآیند لایه به لایه است، اما ماده ی اولیه معمولا به شکل رزین بوده و برای ایجاد سطح صاف منجمد می شود.
چاپ سه بعدی پلیجت
مانند SLA، پلیجت نیز فوتوپلیمرها را چاپ می کند. اکثر قطعات پلیجت به محض چاپ شدن از نظر ظاهری آماده ی استفاده هستند. دلیل اصلی این صافی، ترکیب پرینت لایه های فوقالعاده نازک به همراه استفاده از رزین مرغوب است.
کربن DLS
کربن DLS از مواد رزینی مانند پلی اورتان استفاده می کند. پرداخت سطحی قطعه ی سه بعدی تولید شده با این روش، مانند شیشه صاف و صیقلی است. این فرآیند، قطعات بیعیب و نقصی را تولید می نماید که می توانند جایگزین نمونه های اولیه ی MJF یا SLS شوند. کربن DLS، علاوه بر پرداخت سطحی با کیفیت بالا، جزئیات خارجی و داخلی را نیز کاملا دقیق تولید می نماید.
مقایسه ی قطعات پرینت سه بعدی: FDM (چپ)، SLA (مرکز) و MJF (راست)
مواد پرینت سه بعدی دارای سطح صاف
ملاحظات مواد برای صاف بودن معمولا با در نظر گرفتن فرآیند چاپ همراه است؛ زیرا در بیشتر موارد، این فرآیند عامل بسیار مهم تری می باشد. معمولا ترموپلاستیک ها، رزین های ترموست، فوتوپلیمرها و پلی اورتان جزء مواد پرینت سه بعدی دارای سطح صاف هستند.
اما توجه به این نکته ضروری است که صاف بودن به ندرت تنها معیار انتخاب مواد است. ملاحظات دیگری مانند استحکام، مقاومت در برابر حرارت و دقت نیز در نظر گرفته می شوند.
بهبود صافی سطح به کمک پس پردازش
پس پردازش، موثرترین راه برای تضمین سطح صاف در پرینت سه بعدی است. در بیشتر موارد، بدون توجه به ماده یا فناوری چاپ، می توان از پس پردازش برای دستیابی به صافی سطح در یک قطعه استفاده نمود.
روش های مختلفی برای پس پردازش وجود دارد که همگی برای همه ی قطعات مناسب نیستند. هندسه ی قطعه و مواد، دو عامل بزرگی هستند که بر تکنیک های پس پردازش تاثیر می گذارند. توجه داشته باشید که روش های مختلف، بافت ها و ظاهر متفاوتی را ارائه می دهند.
ساچمه زنی
تکنیک ساچمه زنی شامل پاشیدن یک جریان تحت فشار از دانه های ریز مواد (پلاستیک یا شیشه) از طریق یک نازل بر روی سطح قطعه می باشد. این امر، خطوط لایه ها را از بین برده و یک پرداخت صاف ایجاد می نماید. علاوه بر این، محصول نهایی شبیه یک روکش مات یکنواخت خواهد بود. ساچمه زنی در یک محفظه ی بسته انجام می شود. ساچمه زنی پلاستیکی برای قطعات پرینت سه بعدی رایج تر است. این تکنیک پرداخت کاری درمورد اکثر قطعات و مواد چاپ شده با روش FDM کاربرد دارد.
مواد پلاستیکی مورد استفاده، معمولا از ذرات ترموپلاستیک ریز سنگزنی شده تشکیل گردیده و سایندگی آنها می تواند از خشن (زیاد) تا خفیف (کم) متفاوت باشد. یکی دیگر از مواد محبوب مورد استفاده در ساچمه زنی، جوش شیرین است.
یکی از مزایای ساچمه زنی نسبت به سمباده زدن سرعت آن است. انجام این فرآیند برای هر قطعه حدود 5 تا 10 دقیقه طول می کشد. با این حال، مدت زمان به اندازه ی قطعه بستگی دارد. یکی دیگر از مزایای ساچمه زنی، حفظ ابعاد قطعه می باشد.
مقایسه ی قطعات MJF نایلون PA12 : به صورت چاپ شده (چپ) در مقابل ساچمه زنی شده (راست)
صیقل زدن به کمک بخار
دستگاه صیقل زنی بخار صنعتی از طریق یک فرآیند چند مرحله ای عمل نموده و فشار داخل محفظه های مهر و موم شده ی حاوی قطعات پرینت سه بعدی را کاهش می دهد. سپس یک سینی گرم شده در پایین، حلال پمپ شده را دریافت نموده و آن را به بخار تبدیل می کند.
یک سیستم گردش هوا، بخار حاصل را کشیده، آن را در اطراف سطح قطعه به گردش درآورده و باعث تراکم در سطح می شود. این کار سطح قطعه ی چاپ شده را ذوب نموده و سطحی صاف ایجاد می نماید. کنترل دقیق جریان هوا و دما سبب می شود تا نتایج دلخواه بدون صیقل زدن بیش از حد بدست آیند.
این فرآیند تقریبا سه ساعت طول میکشد تا قطعه ی چاپ شده بدون در نظر گرفتن مقدار یا اندازه کاملا صیقل زده شود. همچنین، ایمنی بسیار مهم است؛ زیرا محفظه باید در حین کار قفل شود تا خلاء ایجاد گردد. حلال متراکم شده و استفاده نشده برای استفاده ی مجدد به ته مخزن ریخته می شود.
صیقل زدن به کمک بخار می تواند قطعات ساخته شده به وسیله ی ASA، ABS و سایر پلی استیرن های پر ضربه را تامین نماید. هرچند پلی کربنات و سایر پلیمرهایی که در حلال ذوب می شوند نیز می توانند صیقل داده شوند. استون نمونه ای از حلالی است که در فرآیند صیقل زدن به کمک بخار کار می کند.
این فرآیند معمولا در محصولات مصرفی استفاده شده و به طور قابل توجه ی بر دقت ابعادی قطعه ی سه بعدی چاپ شده تاثیر نمی گذارد. علاوه بر این، قطعات را می توان برای پوشش یا پرداخت با استفاده از ساچمه زنی نیز آماده نمود.
یکی از معایب صیقل زدن به کمک بخار عدم تطبیق پذیری آن است. این فرآیند نمی تواند با فرآیندهای دیگری مانند سنباده زدن یا ساچمه زنی هماهنگ شود.
مقایسه ی قطعات MJF نایلون PA12: به صورت چاپ شده (سمت چپ) در مقابل رنگ شده با اسپری مشکی و گداخته شده به کمک بخار (راست)
پرداخت کاری غلتشی
تکنیک پرداخت کاری غلتشی که به عنوان پرداخت کاری غلتکی یا بشکه ای نیز شناخته می شود، معمولا برای قطعات نسبتا کوچک کاربرد دارد. برخی از رایج‌ترین استوانه های بزرگ مورد استفاده در این روش، می‌توانند قطعات 400 × 120 × 120 میلی‌متر یا 200 × 200 × 200 میلی‌متر را نیز پرداخت کاری نمایند. این امر برای قطعاتی که حاوی درصد بالایی پودر فلزی هستند، بسیار موثر است.
تنها در یک ساعت پولیش کاری، می توان صافی سطح قطعات چاپ شده ی فلزی را به طور تصاعدی افزایش داد. در فرآیند مذکور، از یک بشکه ی افقی پر از قطعات، مواد ساینده، آب یا هر ماده ی دیگری استفاده می شود. یک نوسانگر بشکه را چرخانده و باعث می‌شود که مواد ساینده (سنگ‌ها) به طور مداوم با قطعات تماس داشته و به تدریج سطح آنها را صاف و صیقلی نمایند.
مقایسه ی قطعات SLS نایلون PA11: به صورت چاپ شده (سمت چپ) در مقابل پرداخت کاری شده به روش غلتشی (راست)
سنباده و پولیش کاری
سنباده کاری، فرآیند برداشتن تدریجی یک لایه ی بسیار نازک از مواد برای نمایاندن لایه ی صاف تر زیر آن است. یک سطح ناهموار به این معنا است که برخی از نقاط سطح نسبت به سایرین مرتفع تر هستند. سنباده کاری، در حقیقت فرآیند صاف کردن سطح با استفاده از مواد نسبتا خشن مانند سنباده یا سنگ است.
می توان آن را با دست یا با استفاده از سنباده های نواری و به صورت تدریجی انجام داد. فرآیند سنباده زدن اغلب با پولیش کاری همراه است.
یکی از کاستی های سنباده زنی، وجود مشکل در صاف کردن هندسه های کوچک و پیچیده است. همچنین، سنباده زدن ممکن است بر ابعاد یک قطعه تاثیر بگذارد. هنگامی که دستیابی به قطعات دارای تلرانس های بسیار دقیق از طریق پرینت سه بعدی مورد نیاز است، سنباده زدن ممکن است بهترین گزینه نباشد. در طول طراحی قطعه، باید مقدار موادی که با سنباده کاری حذف می شود نیز در نظر گرفته شود.
مقایسه ی گزینه های پس از پردازش برای دستیابی به یک سطح صاف در پرینت سه بعدی
|
پس پردازش |
تکنولوژی پرینت سه بعدی مناسب |
مزایا |
ملاحظات |
|
ساچمه زنی |
SLS، MJF |
• حفظ ابعاد قطعه |
• نیازمند استفاده از مواد اضافی |
|
صیقل زدن به کمک بخار |
MJF، SLS |
• سطح براق |
• عدم تطبیق پذیری |
|
پرداخت کاری غلتشی |
DMLS، SLS، MJF |
• مناسب قطعات کوچک |
• محدودیت اندازه برای قطعات بزرگ • زمانبر |
|
سنباده و پولیش کاری |
FDM، DMLS |
• مناسب سطوح ناهموار • توانایی ایجاد سطح براق به کمک پولیش کاری |
• بر ابعاد قطعه تاثیر میگذارد • برای قطعات با تلرانس بالا مناسب نیست • برای قطعات با هندسه ی پیچیده مناسب نیست |
عوامل موثر بر سطح صاف قطعه در حین پرینت
موارد زیر برخی از عواملی هستند که بر صافی یک قطعه ی پرینت سه بعدی در حین فرآیند چاپ تاثیر میگذارند.
نرخ اکستروژن
این عامل فقط برای فناوری‌های پرینتی مانند FDM اعمال می‌شود که از طریق اکستروژن عمل چاپ را انجام می دهند. اکستروژن بیش از حد ممکن است هنگامی رخ دهد که پرینتر مواد اضافی را بیشتر از حد مورد نیاز خارج نموده است. فرآیند چاپ حاصل، هر لایه از سطح را به صورت فرم های نامنظم می سازد. یک راه ساده برای حل این مسئله، تنظیم نرخ اکستروژن است. همین امر در مورد اکستروژن کمتر از حد مورد نیاز نیز صدق می کند.
گرمای بیش از حد مواد
هنگام پرینت با فناوری FDM، دمای گرمایش و نرخ سرمایش نقش مهمی در کیفیت سطح قطعات چاپ شده دارد. لذا رسیدن به تعادل مناسب میان آنها امری مهم می باشد. به یاد داشته باشید که پلاستیک چاپ شده می تواند قبل از سرد شدن شکل های متفاوتی داشته باشد. همیشه پرینتر را روی دمای متناسب با ماده ی چاپ شده تنظیم نمایید.
ایجاد سایه / موج
عیب ناشی از این امر به صورت امواج روی سطح قطعه چاپ شده ظاهر شده و زمانی اتفاق می‌افتد که پرینتر با سرعتی سریع‌تر از آن چه که بتواند ارتعاشات قطعات متحرک را تحمل نماید، حرکت می‌کند. این نقص در چاپ FDM که در آن دستگاه به دلیل رسوب مواد در نازل می لرزد، بیشتر مشاهده می شود.
برای جلوگیری از وقوع این امر، موتورهای متحرک خود را به خوبی روغن کاری کرده و هر قطعه ی لرزان را متعادل نمایید.
نتیجه گیری
دستیابی به صافی سطح در قطعات پرینت سه بعدی به عوامل مختلفی بستگی دارد که شامل فناوری چاپ، مواد و تکنیک های چاپ می باشد. در بیشتر موارد می توان با استفاده از عملیات پس پردازش به صافی سطح مطلوب دست یافت.
اگر در مورد روش های صیقل کاری سوالی دارید می توانید با همکاران ما در این باره تماس بگیرید.
