08.09.2016 в 00:11   iforester

Постобработка 3d моделей распечатанных на 3d принтере

 При всех достоинствах FMD 3D-печати существует одна проблема, с которой сталкиваются практически все пользователи таких принтеров — ребристость внешних поверхностей. Эта неприятная особенность объясняется самой технологией печати, когда модель формируется нанесением слоев пластика, последовательно, один на другой. Даже если максимально уменьшить толщину слоя, избавиться от ребристости внешней поверхности все равно не возможно.

 К счастью есть несколько методов обработки поверхности, такие как механическая, химическая и покрытие поверхности шпатлевкой с последующей механообработкой. Некоторые из них рассмотрим в этой статье.

 С самого начала проекта RepRap ведутся разработки методов и способов обработки изделий, изготовленных с помощью 3D-печати, с целью устранения ребристости поверхностей. В основе некоторых таких видов «сглаживания» лежит способность термопластика плавиться и размягчаться под действием химических веществ и высоких температур.

 Воздействие высокой температуры.

 Используемые инструменты: газовая горелка или например промышленный фен с регулировкой температуры. Последний наиболее предпочтителен т.к. исключает подгорания и сильного перегрева изделия. Такой метод термообработки дает удовлетворительные результаты только, если он используется для монолитных изделий из PLA-пластика, так как очень трудно обеспечить равномерное нагревание поверхности, а длительное воздействие высокой температуры на отдельные фрагменты модели может привести к «вскипанию» пластика и искажению геометрических размеров.

 Химический способ 

 Химический способ является более щадящим и эффективным, но здесь возникает проблема в правильном подборе реагента. Например, ацетон отлично растворяет неровности на поверхности ABS-пластика, но совершенно бесполезен для обработки PLA-пластика. С другой стороны, например дихлорэтан или дихлорметан замечательно справляется с выравниванием PLA-пластика.

 Разберемся какие растворители используются для обработки пластиков 3d принтеров:

 1. PLA-пластик

Дихлорэтан, имеет два изомера 1,2 — Дихлорэтан (хлористый этилен, опасный токсин, второй класс опасности), 1,1 — Дихлорэтан (хлористый этилиден, менее токсичен 3-й класс опасности). Оба имею резкий и неприятный запах, ядовиты, горючи, являются наркотическими и канцерогенными веществами, запрещены для бытового использования.

Дихлорметан  (хлористый метилен), бесцветная легкоподвижная, горючая жидкость, имеет 4-й класс опасности как ацетон, может вызывать наркоз, так же является ядовитым и канцерогенным веществом, в евросоюзе запрещены для использования в бытовых красках. В приципе можно использовать, с соблюдение техники безопасности, с применением респираторов, полипропиленовых перчаток и работой только в хорошо проветриваемом помещении.

Ацетон — очень плохо растворяет PLA пластик, вместо этого происходит набухание, размягчение и коробление изделия. Может применять только для чистки засоренных сопел.

2. ABS-пластик

Самый популярный растворитель это ацетон, он достаточно дешев, доступен и отлично справляется с поставленной задачей. Горюч, имеет резкий неприятный запах, быстро испаряется.

Этилацетат — имеет приятный запах по сравнению с ацетоном, класс опасности 4-й, практически не используется в быту, из-за этого труднодоступен. С ним удобно работать т.к. быстро не испаряется и имеет приемлемый запах.

Дихлорэтан и Дихлорметан - то же отлично растворяют ABS пластик.

3. HIPS-пластик

d-Лимонен — маслянистая жидкости, с приятным цитрусовым ароматом. Используется для производства отдушек в парфюмерии и различных ароматизаторов. Абсолютно безопасен. С ним очень удобно работать, растворение происходит не сразу, а через некоторое время. После обработки, требуется просушка феном или отстаиванием на открытом воздухе.

Дихлорэтан и Дихлорметан - то же отлично растворяют хипс пластик.

4. SBS-пластик (Filamentarno, Watson), PETG (полиэтиленфталат), PC (поликарбонат)

Сольвент  (нефрас) ГОСТ 10214-78 - смесь различных углеводородов, получают в процессе коксования каменного угля и при пиролизе нефти. Обладает легким наркотическим действием. Содержит токсичный компонент циклогексанон. Хорошо подходит для обработки прозрачных пластиков. Отлично сглаживает различные неровности и шероховатости, придает пластику прозрачность схожую со стеклом при это пластик не мутнеет. 

d-Лимонен - тоже может использоваться для растворения SBS пластиков, но процесс происходит значительно медленнее и в последующем требует долгой просушки изделия, но зато абсолютно безопасен и имеет приятных запах.

Дихлорэтан и Дихлорметан - то же отлично растворяют сбс, пэтг, пк пластики.

5. PVA-пластик (Поливинилацетат)

Это водорастворимый пластик.

6. Нейлон

На этот материал практические не воздействуют стандартные растворители. В качестве них могут быть использованы соляная или муравьиная кислоты. Но следует помнить что это очень опасные вещества, нещадно обжигающие кожные покровы и раздражающие дыхательные пути, и если вам придется и ними работать то обязательно соблюдайте технику безопасности. Оптимальным вариантом, скорее всего будет соляная кислота примерно 40% концентрации. После обработки обязательно промойте изделие под струей воды.

Химический метод обработки получил достаточно широкое применение для обработки ABS-пластика, который имеет широкое применение, а химические реагенты, для его обработки, доступны и достаточно недорогие.

Примером такого реагента, эффективно растворяющего ABS-пластик, является ацетон. Это свойство химического вещества используется не только для сглаживания шероховатостей поверхности, но и для склеивания частей модели из пластика. Достаточно растворить ABS крошки в ацетоне, и вы получите отличный клей, а с более густой его консистенцией есть возможность устранять трещины и расслоения в изделии.

 Нужно отметить, что все используемые методы обработки поверхностей 3D-моделей имеют целью не только придать изделиям высокий эстетичный вид, но и обеспечить их высокую прочность (недопущение трещин и расслоений) и герметичность конструкции.

Ручная химическая обработка распечатанной 3d модели

Такой вид сглаживание ребристости, неровностей и шероховатостей является очень действенным, но трудоемким и требующим определенного опыта и сноровки. Для этих целей 3D-мейкеры используют простые кисточки с натуральными волокнами, так как синтетический ворс сам может быть подвержен действию растворителя.

К положительному моменту такого способа обработки можно отнести возможность нанесения ацетона (другого растворителя) на определенные, отдельные участки поверхности модели, что позволяет оставить в сохранности острые грани и углы, но добиться идеальной чистоты поверхности достаточно трудно. В условиях, когда пластик достаточно размягчен, сами волоски кисточки оставляют царапины и неровности, которые могут не успеть разгладиться до полного испарения растворителя. 

Для ручной обработки поверхностей 3D-моделей создаются и используются специальные приспособления, одним из таких устройств является Makeraser, которое, по сути, представляет собой фломастер. В стержне находится ацетон или клей на его основе, в конструкции предусмотрен встроенный скребок для снятия уже готового изделия с платформы. Если судить о практичности его применения, то использовать Makeraser лучше всего при склеивании частей пластиковых конструкций или для обработки поверхности рабочего столика, перед печатью 3D-модели, с целью предотвращения скручивания первых слоев будущей модели.

 

Обработка в ацетоном

Этот метод очень прост и не требует особых затрат, достаточно погрузить модель в концентрированный (неразбавленный) ацетон на 8-10 секунд и внешний слой изделия будет сглажен. После этого достаточно подержать модель на чистом воздухе, до полного испарения растворителя (около получаса), и вы получите модель приемлемого качества.

Как и в любом удачном методе, способ обработки погружением в ацетон имеет несколько отрицательных факторов. Одним из них является тот момент, что очень сложно подобрать время выдержки, так как ацетон и его производные (клеящая масса, разбавленный состав) при превышении времени обработки, начинают растворять мелкие детали или всю конструкцию в целом. Также, при обработке изделий разного цвета, необходимо полностью менять состав растворителя, иначе это приведет к цветным разводам на поверхности моделей.

На сегодняшний день, самым действенным и эффективным методом обработки поверхности 3D-моделей из ABS-пластика считается использование паров ацетона, в результате такой обработки поверхность изделия выглядит ровной и глянцевой. Для этого выбранную конструкцию помещают в свободную емкость, на дне которой находится небольшое количество ацетона. Модель не должна соприкасаться с растворителем и поэтому необходимо поместить ее на изолирующую платформу.

  

Такой подставкой может быть платформа из древесины, но учитывая пористость этого материала, лучше использовать металлическую основу. Она позволит легко отделить нижнюю поверхность модели от опоры, одновременно, не допуская прямого контакта поверхности конструкции с растворителем.

Для ускорения процесса обработки изделия парами ацетона рекомендуется подогреть емкость с реагентом и помещенной внутрь моделью до нужной температуры, но не доводить до кипения. Следует учитывать, что при кипении растворителя выделяется конденсат на плоскости обрабатываемой конструкции, что неизбежно вызовет образование на ней разводов. Таким образом, оптимальная температура ацетона должна быть в пределах 50-56 градусов.

Обработку моделей таким методом можно проводить и без подогрева ацетона, но в таком случае эта процедура займет очень продолжительное время и будет не достаточно эффективна.

В связи со слабой устойчивостью ABS-пластика к внешним химическим воздействиям ацетоновых соединений, особенно, учитывая реакцию на концентрацию паров растворителя, а их насыщенность зависит от температуры реактива — время выдержки в емкости (камере) может сильно различаться: от 40 минут (без подогрева), до нескольких секунд (кипение ацетона). Но, при использовании прозрачного контейнера, есть возможность определить степень готовности и фазу завершения обработки визуально.

При использовании ацетона, как методом погружения, так и методом обработки парами растворителя, готовой модели необходимо дать время проветриться, чтобы внешняя поверхность достаточно затвердела, иначе любое физическое воздействие может привести к разрушительным последствиям для формы изделия.

Кроме этого, нужно учитывать толщину стенок и необходимость сохранения тонких черт конструкции, так как при обработке ацетоном есть вероятность утери и того и другого (при работе с этим растворителем теряется внешний, тонкий слой конструкции).

Техника безопасности при химической обработке.

Любые химические соединения, особенно растворители, обладают свойствами легкого испарения и особыми, специфическими характеристиками.

Хотя ацетон не обладает высокотоксичными свойствами, но существует вероятность его легкой воспламеняемости. При концентрации паров ацетона выше 13% в атмосфере, эта воздушная смесь становится взрывоопасной, поэтому рекомендуется все работы с растворителями проводить в хорошо проветриваемом помещении с принудительной вентиляцией. По этой же причине не стоит использовать открытый огонь для подогрева емкости с ацетоном, а всю необходимую работу лучше проводить с использованием резиновых перчаток, респиратора и защитных очков.

Не стоит плотно закрывать резервуар (контейнер) с подогретым ацетоном, в связи с высокой степенью испарения может возникнуть ситуация, когда газы под давлением разорвут емкость и могут нанести повреждения.

Профессиональные установки для химической обработки

 Кроме, описанного ранее, устройства Makeraser, предлагается большое количество установок (коммерческого производства), которые дают возможность обрабатывать заготовки и готовые конструкции при помощи паров ацетона и других химических веществ (например, дихлорметана или бутанона).

 Среди многих компаний особо выделяется Stratasys, которая выпускает установку, известную как «Finishing Touch». Это оборудование позволяет обрабатывать любые изделия из ABS-пластика, доводя качество поверхностей до стандартов моделей, производимых литьем под давлением.

  

Кроме того, эта установка имеет систему рециркуляции, которая создает многократный оборот паров растворителя, что обеспечивает его экономию и отсутствие загрязнения окружающей среды.

Еще одно перспективное устройство Sky Tech MagicBox может обрабатывать не только ABS-пластик, но и PLA-пластик. В установке используется, как реагент, ацетон и, хотя он плохо растворяет полилактиды, тем не менее, его эффективность очень высока.

Такое оборудование будет очень полезным для фирм и компаний, занимающихся FDM 3D-печатью малыми сериями и небольшими партиями.

Механическая обработка распечатанной 3d модели

В большинстве случаев требуется механическая обработка напечатанной 3d модели. Дефекты чаще всего наблюдаются в местах соединения модели с поддержками или столом 3d принтера. Вот здесь и понадобиться обработка надфилем или напильником, а затем шкуркой. 

  

Инструменты используемые для механической обработки:

1. Различные надфили и напильники.

2. Наждачная бумага. Наиболее часто используется микронные шкурки.

3. Канцелярский скальпель

4. Профессиональные бормашины типа Dremel. С помощью него можно сверлить, шлифовать, гравировать, резать и т.д.

Покрытие распечатанной 3d модели различными шпатлевками

 Этот способ дает отличный результат. В качестве материалов могут использоваться различные шпатлевки для пластика и шпатлевки на эпоксидной основе. Основные минусы этого метода является то, что после нанесения и отверждения потребуется механическая обработка, необходимость возиться с эпоксидкой если используется этот материал, достаточно долгое время обработки.

 Различные одно- и двухкомпонентные шпатлевки можно найти в автомагазинах. Для нанесения рекомендуется купить резиновый шпатель. Стоит учитывать что однокомпонентные шпатлевки обладают значительной усадкой, вследствие этого шпатлевку придется наносить несколько раз. Подходит для выравнивания достаточно крупных изделий и неровностей. Двухкомпонентные усадкой практически не обладают и высыхают быстрее. К ним отоносятся также эпоксидные шпатлевки представляющие большой интерес при обработке мелких дефектов.

На изображении представлен отпечаток обработанный сначала грунтовкой, затем однокомпонентной шпатлевкой, отшлифованный и покрашенный.

  

Эпоксидные шпатлевки требуют больше времени на подготовку и сохнут дольше, но результат превосходит все ожидания. Все мелкие неровности и впадины сглаживаются на ура. Для работы с этим материалом обязательно используйте резиновые перчатки.

Шпатлевка эпоксидным клеем, грунтовка и покраска.

XTC 3D — специальный эпоксидный клей предназначенный для шпатлевки распечатанных 3d моделей. Обладет слабым запахом, сохнет от 2-4 часов, легко обрабатывается.

Комментарии: