Para pulir las piezas impresas en 3D y lograr un acabado refinado, los ingenieros emplean una variedad de técnicas de acabado industrial, que incluyen métodos de recubrimiento, arenado y acabado manual. Aunque la impresión 3D puede producir piezas complejas, las impresiones iniciales a menudo muestran superficies rugosas y líneas de capa pronunciadas, especialmente en piezas producidas mediante modelado por deposición fundida (FDM). Por esta razón, el procesamiento posterior es una parte extremadamente importante de la producción de piezas, alisando la superficie áspera de la pieza sin terminar agregando o eliminando capas de la pieza. En este artículo, Antarctic Bear presentará y comparará sistemáticamente dos procesos principales de acabado de superficies actualmente en el mercado: alisado con vapor y pulido fino por vibración, para facilitar la comprensión de los respectivos procesos, ventajas y desventajas de cada método.
vapor suave
El alisado con vapor, también conocido como alisado con vapor químico, es una técnica de tratamiento de superficies que expone las piezas impresas a un entorno de disolvente que se evapora. El proceso industrial de alisado con vapor requiere una suspensión cuidadosa de uno o varios componentes en una cámara hermética para una máxima exposición. Una mezcla de solventes químicos, como FA 326, se inyecta y rocía en una cámara donde se condensa y endurece en la pieza, eliminando las irregularidades de la superficie a través de una fusión controlada. A medida que aumenta la temperatura de la cámara, el disolvente residual se evapora y se recupera. La pieza final se vuelve impermeable y conserva su cavidad interior lisa, dimensiones precisas y volumen de material original. Para obtener los mejores resultados de suavizado con vapor, se recomienda que el proceso se realice en un entorno controlado utilizando equipos de grado industrial diseñados para el suavizado con vapor de impresión 3D. Para aquellos interesados en un método de bricolaje, el alisado con vapor se puede lograr usando acetona o etanol como solvente químico, o en este caso conocido como impregnación con solvente. Sin embargo, se debe tener precaución y se deben implementar las medidas y el equipo de seguridad adecuados.
△La parte suave al vapor está a la izquierda y el tratamiento de superficie estándar está a la derecha (fuente de la foto: ProtoLabs)
Pulido fino por vibración
El acabado vibratorio, por otro lado, no utiliza productos químicos para la preparación de la superficie. En su lugar, se basa en medios abrasivos para mejorar la superficie de la pieza impresa en 3D. Durante el proceso, varias piezas impresas en 3D se colocan en un cubo vibratorio lleno de medios abrasivos seleccionados y líquido lubricante compuesto. Cuando se enciende la máquina, el barril comienza a moverse, creando una fricción mecánica entre la pieza y los medios de molienda. Este proceso sustractivo mejora la calidad de la superficie de la pieza al minimizar y eliminar suavemente la capa más externa de material. El pulido fino vibratorio requiere medidas y equipos especiales, y ofrece dos métodos: método de vibración y método de volteo. El método de vibración es especialmente adecuado para objetos más grandes con menos detalles y puede lograr el resultado deseado más rápidamente.
La elección del abrasivo o las virutas es crítica en el pulido fino vibratorio. Las virutas abrasivas pueden estar hechas de cerámica, plástico o acero, y cada una produce resultados diferentes. Los abrasivos cerámicos están especialmente indicados para desbarbar y conseguir una superficie brillante. Debido a su alta densidad, pueden soportar altas presiones y son adecuados para el mecanizado de piezas de acero inoxidable, metal y plástico. Los abrasivos de plástico son ideales para superficies suaves y delicadas que requieren un acabado cuidadoso. Vienen en formas piramidales y cónicas. Además, Walther Trowl ha desarrollado abrasivos en forma de pezón para piezas muy pequeñas y delicadas en áreas de difícil acceso. Los abrasivos de acero son en su mayoría esféricos y tienen una mínima eliminación de material, lo que los hace ideales para el pulido y la limpieza mecánica de piezas de metal, plata o aluminio para garantizar una superficie lisa y sin rayones.
△Los abrasivos hechos de cerámica pueden soportar altas presiones. (Fuente: Vibrafinish)
Además de los abrasivos, el proceso de pulido fino vibratorio también requiere fluidos lubricantes, es decir, compuestos. Los compuestos se utilizan para absorber y eliminar el desgaste de las piezas y para limpiar y desengrasar las piezas. Los compuestos ácidos se pueden seleccionar para mecanizar piezas metálicas para el decapado. Después del procesamiento, se requiere secado. Estas piezas se pueden secar en un secador vibratorio donde se colocan con un medio de secado calentado como harina de mazorca de maíz, harina de nuez o bloques de madera y se hacen vibrar. Como alternativa, los secadores de banda son especialmente adecuados para piezas sensibles y voluminosas con canales y orificios internos. En un secador de banda, las piezas impresas en 3D pasan a través de un sistema de aire caliente en la banda y se secan de esta manera.
Los tratamientos de alisado con vapor y pulido vibratorio varían en el tiempo, desde diez minutos hasta varias horas, según el número y la complejidad de las piezas que se procesan.
material compatible
Vapor Smooth es compatible con la mayoría de los polímeros y elastómeros de impresión 3D. Los materiales comunes para el alisado con vapor incluyen acrilato de estireno de acrilonitrilo (ASA), estireno de butadieno de acrilonitrilo (ABS), poliestireno de alto impacto (dependiendo de la máquina), nailon 11 (PA 11), nailon 12 (PA 12), polipropileno (PP) y policarbonato. /acrilonitrilo butadieno estireno (PC-ABS). Sin embargo, vale la pena señalar que no se recomienda el alisado con vapor con TPU y ciertos filamentos especiales. Cada solvente, como acetona, metiletilcetona (MEK), tetrahidrofurano (THF), diclorometano (DCM) y acetato de etilo, tiene su propia efectividad y consideraciones de aplicación.
Sin embargo, el pulido fino vibratorio es compatible con muchos otros materiales diferentes. Por ejemplo, el pulido fino vibratorio no solo está disponible para piezas impresas en 3D hechas de termoestables, termoplásticos y elastómeros como polietileno (PE), polipropileno (PP) o tereftalato de polietileno (PET), también se puede usar para metales como aluminio, acero inoxidable. acero, latón o cobre. Esto lo convierte en un método más versátil que se puede utilizar como método de posprocesamiento para diversas técnicas de impresión 3D, como FDM/FFF y fusión de lecho de polvo.
△Comparación antes y después de piezas metálicas pulidas por vibración (Fuente: Acton Finishing)
Limitaciones y ventajas de las técnicas de posprocesamiento
Ambos procesos ofrecen muchas ventajas en términos de apariencia superficial y desempeño. El alisado con vapor puede obtener piezas de acabado de superficie lisas y resistentes al agua comparables al moldeo por inyección, y mejorar el alargamiento, las propiedades de tracción, las propiedades de flexión de las piezas, mantener las características, la resistencia y la precisión. El acabado vibratorio, por otro lado, no logra un acabado resistente al agua, pero también proporciona una superficie excepcionalmente lisa, elimina las marcas de revestimiento y produce una superficie resistente a las rayas y las manchas. Los componentes procesados por métodos de vibroacabado y alisado con vapor producen superficies lisas con una apariencia brillante. Sin embargo, el alisado con vapor proporciona un acabado más brillante que el pulido fino vibratorio. Además, las piezas tratadas con pulido fino vibratorio exhibieron una experiencia táctil significativamente más suave y placentera.
Sin embargo, vale la pena señalar que el suavizado con vapor no es la mejor solución para cada impresión. Los modelos que son demasiado complejos, demasiado pequeños, demasiado grandes o demasiado planos pueden distorsionarse o perder detalles, y los artefactos pueden ser visibles después. Después del alisado con vapor, las piezas pueden presentar defectos como puentes, ampollas, marcas de mordeduras, charcos en los bordes, manchas, agujeros o características incompletas. Además, vale la pena señalar que los materiales flexibles son más propensos a defectos superficiales que los materiales rígidos. Por lo tanto, se debe tener cuidado al momento de alisar con vapor piezas móviles o componentes con juntas para evitar comprometer la integridad de las juntas o causar que se adhieran debido a la sobreexposición al vapor.
Por otro lado, el pulido fino vibratorio es adecuado para una gama más amplia de piezas impresas en 3D que el alisado con vapor, ya que se puede adaptar a cualquier requisito individual, propiedades del material y estructura de la pieza eligiendo diferentes abrasivos y métodos. El acabado vibratorio es adecuado para casi todas las piezas impresas en 3D, siempre que el proceso siempre lo realicen especialistas de forma profesional. Sin embargo, el pulido de acabado vibratorio puede provocar la pérdida de la geometría de la pieza. Por ejemplo, las esquinas y las puntas de los componentes pueden redondearse demasiado y perder su forma, lo que no sucede con el alisado con vapor. Además, el acabado por vibración a veces requiere procedimientos posteriores de secado, lo que prolonga el proceso.
Campo de aplicación
El alisado con vapor es una tecnología favorecida por industrias como la médica, la automotriz y la aeroespacial para el tratamiento de componentes resistentes al agua, antimicrobianos y libres de químicos. Cuando se trata de pulido fino vibratorio, las industrias médica, automotriz y deportiva se benefician especialmente de esta tecnología. En todos los campos, las superficies lisas, especialmente las piezas metálicas, son importantes para garantizar el correcto funcionamiento y las condiciones seguras de los componentes. Sin embargo, el alisado con vapor y el pulido fino vibratorio se pueden implementar a lo largo del ciclo de desarrollo del producto, desde modelos conceptuales hasta prototipos y productos finales, y se utilizan en una amplia variedad de industrias, incluidas la médica, la automotriz y la de bienes de consumo. Ejemplos de piezas procesadas con pulido fino vibratorio son piezas de automóviles para la industria automotriz o patines y equipos de fitness para la industria del deporte. Además, la joyería y la vajilla se pulen finamente mediante vibración para uso del consumidor. Un ejemplo de una pieza alisada con vapor que se usa a menudo en la industria automotriz son los componentes interiores de los vehículos, como los tableros, las manijas de las puertas y los elementos de la consola central. El suavizado de vapor también se utiliza en la industria aeroespacial para piezas de aeronaves como alas, conductos de aire y piezas de motores, entre otros.
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△El suavizado de vapor se aplica a menudo a piezas de aeronaves en la industria aeroespacial (Fuente de la imagen: Fast Radius)
proveedores y precios
Varios proveedores de servicios, como SPALECK GmbH, VibraFinish o Rohde AG, ofrecen pulido fino vibratorio para clientes privados y empresas. Para el suavizado de vapor, Xometry, AMT, DyeMansion, Protolabs y Hubs son proveedores de servicios destacados que ofrecen servicios de suavizado de vapor, ya sea mediante una máquina de solución de posprocesamiento específica o basado en materiales. 3Faktur es una empresa alemana que ofrece servicios de alisado a vapor y pulido fino vibratorio. Las conocidas máquinas VaporSmoothing, como la serie AMT PostPro3D y la serie Powerfuse S, son soluciones proporcionadas por Xometry y DyeMansion, mientras que Protolabs y Hubs utilizan materiales SLS y MJFHPA 12, PA 12 y MJF Ultrasint™ TPU-01 respectivamente.
Para el pulido fino vibratorio, las grandes máquinas industriales de fabricantes como Walther Trowal, AVAtec o Garant cuestan alrededor de $18,000 a $21,000 (€17,000 a €20,{{ 7}}). 2 kg de abrasivos cuestan entre $21 – 44 (€20 – 40) y 5 litros de compuesto alrededor de $21 – 44 (€20 – 40). Los precios varían mucho según la cantidad y el tamaño de las piezas a mecanizar. Para el alisado con vapor, el cargo por el servicio de alisado de piezas individuales puede ser de $5-$15 (€4-€14) dependiendo de la complejidad de la pieza, aunque muchos fabricantes normalmente solo ofrecen el servicio en paquetes de 10 o más partes. La compra del suavizador de vapor en sí puede costar alrededor de $10,000 a $30,000 (€11,000–33,000), según la región, el fabricante y la calidad. .
