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让SLS 3D打印零件表面光滑亮泽的魔术|化学蒸汽抛光技术

发表时间:2021-10-11 13:37:41

让SLS 3D打印零件表面光滑亮泽的魔术

——化学蒸汽抛光技术

在内容之前,先请大家看一个3D打印腕部护具:

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看这光滑的表面、亮黑的色泽,我想如果没有看标题,一定有朋友猜是SLA做的吧,其实它是使用博鱼体育Precimid1180 BLK(黑色尼龙11)粉末材料,通过激光烧结成型的,对3D打印比较了解的朋友们都知道,SLS技术打印的零部件虽然有良好的精度和优秀的机械性能,但在外观验证方面,因为零件表面比较粗糙、有颗粒感,光滑程度是不如SLA技术,以及传统注塑或CNC加工工艺的,那视频中的护具是怎么做到这样的效果的呢?

一、技术介绍

        在以前,如果要使SLS打印的零件获得视频中的表面光滑度,以及光泽的外观,我们通常使用人工打磨加染色的方式,但这种方式有其局限性:一是3D打印的零部件通常结构较复杂,在有内部腔体或晶格结构时(像视频中的护具),打磨抛光就显得束手无策;二是手工工艺对操作者的经验技术要求高,有经验师傅的人工成本也更高;最后打磨抛光耗时费力,定制化产品可以采用这种方式,但当遇到批量生产时就完全无法满足效率要求了。

        为了给客户提供更有价值的3D打印解决方案,并突破传统打磨工艺的局限,TPM 3D博鱼体育敢为人先,作为国内第一家引入英国AMT化学蒸汽抛光技术的公司,在9月底就完成2台化学抛光设备的测试,并正式投入运营使用,能够帮助汽车、消费电子、医疗、文创教育等各个行业的客户以更加轻松快捷的方式,实现SLS打印零部件的批量化抛光处理。AMT是英国全自动3D打印后处理设备制造商,产品主要包括自动化除粉喷砂(Depowdering)设备,和化学蒸汽抛光(Chemical Vapor Smoothing)设备。

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TPM 3D博鱼体育在国内率先引入AMT化学蒸汽抛光技术

        AMT的化学蒸汽抛光技术利用专用化学溶剂,经气化后对舱内的零部件进行熏蒸,零件的表面会发生溶解,由于表面微观的不一致性,表面微观凸起的部位优先溶解,且溶解速率大于凹下部位;溶解后的液体表面受张力影响,有尽可能缩小的趋势,凸起部分就会向下凹部分流动,凝固后会产生均匀且光滑平整的表面,最后再次将零件表面的溶液蒸发并回收,零件表面无残留,只留下原本的材料,继而完成整个熏蒸抛光的过程。这样我们就得到了充分抛光的零部件。

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AMT化学蒸汽抛光后的零部件

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AMT化学蒸汽抛光技术的健康和安全性测试白皮书

二、技术特点

        我们发现,这些经过化学抛光后的零件具有以下特点:

1、表面光泽更加美观

        经过化学熏蒸后的零件,最直观的变化是就是去除了表面的颗粒感,提升了光泽度,由磨砂质感变为了亮面质感,触感光滑,颜值更高。

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博鱼体育Precimid1172Pro(尼龙12)打印的工艺样件

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博鱼体育Precimid1172Pro GF30 BLK(30%玻璃增强尼龙12)打印的电动工具手柄外壳

2、表面光滑度明显提高

        经过化学抛光后,能够有效提升零部件表面的光滑度。我们使用显微镜去观察处理前后的零件表面,可以看到表面微观的凹凸部分被“抚平”,表面光滑度被大大改善,并且我们还可以通过调整熏蒸的工艺参数来提高处理的程度和效果,使表面更加致密光滑。(数据表明,经过熏蒸抛光后的零件表面光滑度可达到Ra0.7)

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博鱼体育Precimid1172Pro GF30 BLK零件在500倍显微镜下抛光前后的对比(左侧抛光前,右侧抛光后)

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博鱼体育Precimid1180 BLK材料(PA11)打印卡扣部件光泽的表面

3、机械性能提高

        抛光后得益于零件表面粗糙度的降低,以及开裂点的消失,断裂伸长率显著提高,综合数据显示对PA12可以提高约30%以上。同时,薄壁件的韧性也有明显增强更不易断裂。

  

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博鱼体育Precimid1172Pro GF30 BLK打印的无人机外壳(厚度仅为0.8mm)

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博鱼体育Precimid1180 BLK材料打印的弹簧部件

4、气密和水密效果增强

对于管道、各类接头、户外使用产品外壳等,需要考虑气密性、水密性的零件,化学熏蒸抛光可以有效提升表面的致密度,以满足上述需求。同时对于医疗支护具,使用绿色环保通过安全认证的溶液,将表面光滑度提高后,可以防止细菌在细小孔隙中滋生,能够保证在长期与人体皮肤接触过程中的安全性。

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博鱼体育Precimid1180 BLK材料处理后的表面水密性

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博鱼体育TPM3D PA6X BLK材料(PA6)打印的汽车油路管接头

5、对尺寸影响小

        最后,化学熏蒸抛光处理对于零件的尺寸影响较小,通过对样件的尺寸测量,整体变化不超过0.4%,可以保证原模型的大部分尺寸在公差范围内;对于有更高要求的零件,还可以预留出加工余量来保证尺寸精度。

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化学蒸汽抛光前后尺寸变化测试(数据来源:AMT白皮书)

三、应用领域

      我们将化学蒸汽抛光技术与SLS 3D打印技术进行有机结合,可以提高SLS 3D打印零部件的表面光滑度、增强机械性能、实现气密水密性,使得激光烧结的零部件也能拥有与注塑工艺类似的光滑外观和部分性能,这就进一步拓展了SLS 3D打印技术的应用场景,使其在外观验证领域也能够大展拳脚,并且在功能性验证和最终使用领域的应用更深入。SLS 3D打印的汽车管路、风道、各类叶轮、接头、户外使用的电子产品外壳、长期与皮肤接触的医疗康复辅具、TPU鞋中底等零部件在经过处理后,能够更好地满足实际使用的要求,从而为汽车、消费品、电子电器、医疗、文创教育等行业的用户创造更多的价值。

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