3D-print oppervlakteafwerking onder de knie krijgen: essentiële technieken voor superieure deellkwaliteit

Eerst laten we beginnen met een introductie tot het concept van 3D-print oppervlakteafwerking. Eenvoudig gezegd is het een kwalitatieve maatstaf voor hoe ruw het oppervlak van een deel is na het printen. Een heel glad oppervlak wordt 'fijn' genoemd, terwijl een ruw oppervlak een 'slechte' oppervlakteafwerking heeft.

Het is een cruciale stap in elk fabricageproces omdat er strenge oppervlakkwaliteitseisen zijn voor bijna elk product. Een vel papier faalt bijvoorbeeld zijn doel als het te grof is om op te schrijven en zal op de markt niet goed presteren.

Dus het bereiken van de gewenste oppervlakteafwerking is een top-prioriteit voor 3D-printfabrikanten. Vaak is dit een na-bewerkingsproces met talloze technieken, die straks besproken zullen worden.

Daarnaast presenteert afwerken van 3D-geprinte delen een unieke uitdaging door de inherentekwaliteiten van additieve fabricageprocessen. Omdat delen laag voor laag worden gebouwd, is hun oppervlak samengesteld uit een herhalend patroon van ruggen en dalen dat moet worden uitgevlakt terwijl de integriteit van het deel gerespecteerd wordt.

Er zijn verschillende redenen om specifieke doelen te stellen voor 3D-print oppervlakteafwerking. Deze redenen kunnen zowel oppervlakkundig als functioneel zijn. Hieronder een samengevatte lijst van verschillende dergelijke redenen.

1. Esthetiek

Een goede oppervlakteafwerking voegt toe aan de esthetische waarde van het deel. Dit omvat elementen van uiterlijk zoals kleur, textuur en ruwheid (glanzend/mat).

2. Mechanische & chemische eigenschappen

Oppervlakteafwerkingsmethoden kunnen de prestaties van 3D-geprinte delen verbeteren. Metalendeelen kunnen bijvoorbeeld gecoat worden om ze corrosievaste en elektrisch geleidend te maken. Sommige methoden induceren weerstand tegen hoge temperaturen en slijtage voor delen bedoeld voor zware en veeleisende toepassingen.

3. Functionaliteit

Bepaalde toepassingen vereisen een specifieke oppervlakteafwerking om goed te werken. Een perspas, bijvoorbeeld, hangt zwaar af van de oppervlakkwaliteit van paarende delen. In andere gevallen kan een ruw oppervlak preferabel zijn om het oppervlak te vergroten voor effectieve warmteoverdracht.

4. Fabricagetolerantie

Oppervlaktebehandelingen worden vaak in 3D-printafwerking gebruikt om een deel binnen zijn dimensionale tolerantiegrenzen te brengen. Dus extra materiaal kan worden verwijderd of meer materiaal kan worden toegevoegd voor dit doel.

3D-printen is een complex proces met veel bijdragende factoren en bewegende delen. Elk van deze factoren beïnvloedt de 3D-print oppervlakteafwerking op een andere manier. Een ingenieur moet een goed begrip hiervan hebben om te weten wat te aanpassen om de gewenste 3D-printafwerking te krijgen.

1. 3D-printproces

3D-print oppervlakteafwerking varieert drastisch tussen verschillende 3D-printtechnieken. FDM is bijvoorbeeld vatbaar voor issues zoals lage oppervlakteresolutie en warping vanwege het laag-voor-laag depositieproces. Poeder-gebaseerde methoden als SLS 3D-printen produceren begrijpelijk een korrelige oppervlakteafwerking omdat de delen gemaakt worden van poederdeeltjes.

2. 3D-printer parameters

3D-printparameters spelen een significante rol in de eindige oppervlakteafwerking. Bijvoorbeeld, hoe lager de laagdikte (of resolutie), hoe gladder het oppervlak eruitziet. De printsnelheid, uithardingsproces en ingevuld zijn ook belangrijke bijdragende factoren aan oppervlakkwaliteit.

3. 3D-printmateriaal

3D-printmaterialen hebben verschillende eigenschappen en zijn compatibel met verschillende methoden. Variaties in oppervlakteafwerking kunnen ook zijn vanwege materiaalbeperkingen en eigenschappen.

4. 3D-printer kwaliteit

De bouw en staat van 3D-printers beïnvloeden ook de oppervlakteafwerking. Goedkope printers kunnen geen delen produceren met hoge oppervlakkwaliteit. Evenzo verliest een oude, slecht onderhouden 3D-printer zijn nauwkeurigheid over tijd. Factoren die hierbij bijdragen zijn de staat van de rails en motoren van de 3D-printer, frame/basisuitlijning, controller-capaciteiten, staat van de voeding, etc.

Het onderstaande diagram vergelijkt de 3D-print oppervlakteafwerkingscapaciteiten van de populaire 3D-printprocessen.

We hebben diverse aspecten van 3D-print oppervlakteafwerking grondig behandeld. Nu gaan we over naar de talloze methoden die ingenieurs gebruiken voor het afwerken van 3D-printdelen.

Deze technieken variëren significant in termen van effectiviteit, kosten, vaardigheidsvereisten en algehele methodologie. We bespreken enkele van de belangrijkste opties hieronder.

1. Schuren

Schuren is de meest voorkomende methode voor 3D-printafwerking. Het is een simpel proces waarbij grof, abrasief schuurpapier tegen het oppervlak van het deel wordt gewreven om het glad te maken. Onvolkome features op het oppervlak, zoals uitstekende hoeken en scherpe hoeken, breken af of worden uitgevlaakt door wrijving tijdens dit proces.

Het is een heel handige techniek omdat het heel intuitief, goedkoop, effectief is en op de meeste materialen werkt. Schuurpapier komt in diverse graden die verschillen in korrelgrootte. Grove graden hebben grotere korrels en verwijderen meer materiaal, maar laten tegelijkertijd een ruwer oppervlak achter.

Meestal begint het schuurproces met het gebruik van grove graden en gaat geleidelijk over naar fijner graden naarmate het oppervlak gladder wordt.

Echter, men moet voorzichtig zijn met schuren, want het is best makkelijk om extra materiaal te verwijderen en het deel te ruïneren. Daarom is het ook een tijdrovend proces en misschien niet geschikt voor een hoge-productivitaatsjob.

De eindige 3D-print oppervlakteafwerking is niet glanzend glad. Eerder heeft het een matte afwerking. Om de oppervlakkwaliteit verder te verbeteren, kan men polijstdoekjes, extra-fijn schuurpapier of schilderen/coaten gebruiken.

2. Bewerken/slijpen

Hoewel 3D-printen en CNC-bewerking vaak als tegenovergestelde fabricagetechnologieën worden gepresenteerd, tegenover elkaar gesteld voor industriedominantie, zijn er diverse avenuen waar ze elkaar complementeren. Een van deze hybride toepassingen is het afwerken van 3D-printdelen.

Veel 3D-printmethoden zijn onstaat om de fijn oppervlakteafwerking van subtractieve processen als bewerken en slijpen te bereiken.

Dus een afwerkcyclus van bewerken/slijpen is heel veelvoorkomend na 3D-printen. Het is uiterst effectief bij het handhaven van strakke toleranties en uitzonderlijk gladde oppervlakken. Bovendien is bewerken een veelzijdig hulpmiddel dat nuttig is in moeilijk bereikbare gebieden zoals binnenin gaten of gebogen features.

Wat meer is, het is compatibel met de meeste 3D-printmaterialen, zowel kunststof- als metalengebaseerd.

3. Korrelstralen

Korrelstralen is een andere populaire abrasieve 3D-printafwerkingstechniek. Zoals de naam suggereert, omvat het het wegstralen van kleine kunststof of glas korrels op het ruwe oppervlak. De impact zorgt ervoor dat oppervlakte-onvolkomenheden uitvlagen.

Het is een snelle methode vergeleken met schuren. Bovendien kunnen de korrels ook in moeilijk bereikbare features worden gericht en interne oppervlakken gladmaken, die niet zo toegankelijk zijn met handmatig schuurpapier.

Meestal begint het stralen met een lage druk om de abrasiesnelheid te beoordelen. Dit is nodig omdat extra druk extra materiaal kan verwijderen of het oppervlak kan beschadigen. Met goede visuele inspectie en ervaring kan de operator de straaldruk dan verhogen om de 3D-print oppervlakteafwerking te optimaliseren.

Daarnaast zijn er diverse andere vergelijkbare processen zoals zandstralen, shot peening en waterstralen ook met kleine verschillen tussen elkaar.

4. Verchroomen/galvaniseren

Galvaniseren (electrolytisch verchroomen) is het proces van elektrisch een dun metaallaagje aanbrengen op een kunststof- of metaaloppervlak. Het is een veelvoorkomende praktijk voor het afwerken van 3D-printdelen vanwege de brede voordelen en gemak.

In de meeste gevallen verbetert galvaniseren diverse materiaaleigenschappen van het deel. Kunststof 3D-geprinte delen zijn begrijpelijk zwak en vatbaar voor breuk. Ze galvaniseren met een geschikt metaal kan hun duurzaamheid, slijtvasteheid vergroten en ze de capaciteit geven om hogere temperaturen te weerstaan.

Daarnaast kan galvaniseren bij metalendeelen diverse nuttige eigenschappen induceren zoals corrosie- en oxidatiewerstand, soldeerbaarheid en elektrische geleiding.

Naast dergelijke functionele doeleinden, dient galvaniseren als een geweldige manier om de esthetiek van een 3D-print oppervlakteafwerking te verbeteren. Metaalcoatingen zoals goud, zilver en chroom voegen superieure esthetische aantrekkingskracht toe aan delen.

5. Schilderen

Schilderen is een simpel en goed begrepen proces. Het dient hetzelfde doel als het elders zou doen: een betere uiterlijk. Dit is omdat, met verf, gebruikers de optie hebben om vrijwel elke kleur en look te kiezen.

In het algemeen wordt het schilderproces voorafgegaan door een laag primer en kit. Dit gladt het oppervlak iets aan door gaten en dalen tot op zekere hoogte op te vullen en het oppervlak beter voor te bereiden voor een laag (of lagen) verf.

Bovendien dient schilderen ook het praktische doel van afdichten tot op zekere hoogte. Hoewel het geen sealant is in de volle zin van het woord, kan het in een secundaire rol als zo optreden. Met het issue van porositeit dat voorbijkomend is in 3D-printen, is dit een gunstig effect.

Welke 3D-print oppervlakteafwerkingsmethode is de beste?

Het hangt volledig af van de toepassing. Dit is omdat elke methode zijn voor- en nadelen heeft en geschikt is voor een specifieke klasse producten. Als je enige zorgen esthetiek zijn, is schilderen of coaten je beste optie. Als je product functionele behoeften heeft zoals elektrische geleiding, kun je overwegen om een geschikt materiaal te galvaniseren.

Heeft 3D-print een betere afwerking dan CNC?

Over het algemeen neemt CNC-bewerking de bovenhand over 3D-printen in termen van oppervlakterauwheid. Echter, met de juiste oppervlakteafwerkingstechnieken en printer/methode-selectie, kan deze kloof significant verkleind worden.