Para polir as peças impressas em 3D para obter um acabamento refinado, os engenheiros empregam uma variedade de técnicas de acabamento industrial, incluindo revestimento, jateamento e métodos de acabamento manual. Embora a impressão 3D possa produzir peças complexas, as impressões iniciais geralmente exibem superfícies ásperas e linhas de camada pronunciadas, especialmente em peças produzidas usando modelagem por deposição fundida (FDM). Por esta razão, o pós-processamento é uma parte extremamente importante da produção de peças, suavizando a superfície áspera da peça inacabada adicionando ou removendo camadas da peça. Neste artigo, a Antarctic Bear apresentará e comparará sistematicamente dois principais processos de acabamento de superfície atualmente no mercado - alisamento a vapor e polimento fino por vibração, de modo a facilitar a compreensão dos respectivos processos, vantagens e desvantagens de cada método.
vapor suave
Vapor Smoothing, também conhecido como alisamento de vapor químico, é uma técnica de tratamento de superfície que expõe as peças impressas a um ambiente de solvente evaporante. O processo de suavização de vapor industrial requer suspensão cuidadosa de componentes únicos ou múltiplos em uma câmara hermética para exposição máxima. Uma mistura de solventes químicos, como o FA 326, é injetada e pulverizada em uma câmara onde condensa e endurece a peça, eliminando as irregularidades da superfície por meio de uma fusão controlada. À medida que a temperatura da câmara aumenta, o solvente residual evapora e é recuperado. A peça final torna-se à prova d'água e mantém sua cavidade interna lisa, dimensões precisas e volume de material original. Para melhores resultados de suavização de vapor, recomenda-se que o processo seja realizado em um ambiente controlado usando equipamentos de nível industrial projetados para suavização de vapor de impressão 3D. Para os interessados em um método DIY, o alisamento a vapor pode ser obtido usando acetona ou etanol como solvente químico ou, neste caso, conhecido como impregnação com solvente. No entanto, deve-se ter cuidado e medidas e equipamentos de segurança adequados devem estar no local.
△A parte lisa do vapor está à esquerda e o tratamento de superfície padrão está à direita (fonte da foto: ProtoLabs)
Polimento fino por vibração
O acabamento vibratório, por outro lado, não utiliza produtos químicos para a preparação da superfície. Em vez disso, conta com mídia abrasiva para aprimorar a superfície da peça impressa em 3D. Durante o processo, várias peças impressas em 3D são colocadas em um balde vibratório preenchido com mídia abrasiva selecionada e fluido lubrificante composto. Quando a máquina é ligada, o barril começa a se mover, criando atrito mecânico entre a peça e o meio de moagem. Este processo subtrativo melhora a qualidade da superfície da peça, minimizando e removendo suavemente a camada mais externa do material. O polimento fino vibratório requer medidas e equipamentos especiais e oferece dois métodos: método de vibração e método de tombamento. O método de vibração é especialmente adequado para objetos maiores com menos detalhes e pode atingir o resultado desejado mais rapidamente.
A escolha do abrasivo ou dos cavacos é crítica no polimento fino vibratório. Os cavacos abrasivos podem ser feitos de cerâmica, plástico ou aço, cada um produzindo resultados diferentes. Os abrasivos cerâmicos são especialmente adequados para rebarbar e obter uma superfície brilhante. Devido à sua alta densidade, eles podem suportar altas pressões e são adequados para usinagem de peças de aço inoxidável, metal e plástico. Os abrasivos plásticos são ideais para superfícies macias e delicadas que requerem um acabamento suave. Eles vêm em formas piramidais e cônicas. Além disso, a Walther Trowl desenvolveu abrasivos em forma de bico para peças muito pequenas e delicadas em áreas de difícil acesso. Os abrasivos de aço são principalmente esféricos e têm remoção mínima de material, tornando-os ideais para polimento e limpeza mecânica de peças de metal, prata ou alumínio para garantir uma superfície lisa e sem arranhões.
△Abrasivos feitos de cerâmica podem suportar alta pressão. (Fonte: Vibrafinish)
Além dos abrasivos, o processo de polimento fino vibratório também requer fluidos lubrificantes, ou seja, compostos. Os compostos são usados para absorver e remover o desgaste das peças e para limpar e desengordurar as peças. Compostos ácidos podem ser selecionados para usinagem de peças metálicas para decapagem. Após o processamento, a secagem é necessária. Essas peças podem ser secas em um secador vibratório onde são colocadas com um meio de secagem aquecido como farelo de sabugo, noz ou blocos de madeira e vibradas. Alternativamente, os secadores de esteira são especialmente adequados para peças sensíveis e volumosas com canais e furos internos. Em um secador de esteira, as peças impressas em 3D passam por um sistema de ar quente na esteira e secam dessa forma.
Os tratamentos de alisamento a vapor e polimento de acabamento vibratório variam no tempo, de dez minutos a várias horas, dependendo do número e complexidade das peças sendo processadas.
material compatível
Vapor Smooth é compatível com a maioria dos polímeros e elastômeros de impressão 3D. Materiais comuns para suavização de vapor incluem acrilonitrila estireno acrilato (ASA), acrilonitrila butadieno estireno (ABS), poliestireno de alto impacto (dependendo da máquina), náilon 11 (PA 11), náilon 12 (PA 12), polipropileno (PP) e policarbonato /acrilonitrila butadieno estireno (PC-ABS). Vale a pena notar, no entanto, que o alisamento a vapor com TPU e certos filamentos especiais não é recomendado. Cada solvente, como acetona, metiletilcetona (MEK), tetrahidrofurano (THF), diclorometano (DCM) e acetato de etila, tem sua própria eficácia e considerações de aplicação.
No entanto, o polimento fino vibratório é compatível com muitos outros materiais diferentes. Por exemplo, o polimento fino vibratório não está disponível apenas para peças impressas em 3D feitas de termofixos, termoplásticos e elastômeros como polietileno (PE), polipropileno (PP) ou tereftalato de polietileno (PET), também pode ser usado para metais como alumínio, aço inoxidável aço, latão ou cobre. Isso o torna um método mais versátil que pode ser usado como método de pós-processamento para várias técnicas de impressão 3D, como FDM/FFF e fusão em leito de pó.
△Antes e depois da comparação de peças metálicas polidas por vibração (Fonte: Acton Finishing)
Limitações e vantagens das técnicas de pós-processamento
Ambos os processos oferecem muitas vantagens em termos de aparência e desempenho da superfície. O alisamento a vapor pode obter peças de acabamento de superfície lisas e resistentes à água comparáveis à moldagem por injeção e melhorar o alongamento, propriedades de tração, propriedades de dobra das peças, manter características, resistência e precisão. O acabamento vibratório, por outro lado, não proporciona um acabamento resistente à água, mas também fornece uma superfície excepcionalmente lisa, remove marcas de revestimento e produz uma superfície resistente a arranhões e manchas. Os componentes processados pelos métodos de vibroacabamento e alisamento a vapor produzem superfícies lisas com aparência brilhante. No entanto, o alisamento a vapor fornece um acabamento mais brilhante do que o polimento fino vibratório. Além disso, as peças tratadas com polimento fino vibratório exibiram uma experiência tátil significativamente mais suave e agradável.
No entanto, vale a pena notar que a suavização de vapor não é a melhor solução para todas as impressões. Modelos muito complexos, muito pequenos, muito grandes ou muito planos podem distorcer ou perder detalhes, e os artefatos podem ficar visíveis posteriormente. Após o alisamento a vapor, as peças podem apresentar defeitos como pontes, bolhas, marcas de mordida, poças de borda, manchas, furos ou recursos incompletos. Além disso, vale a pena notar que os materiais flexíveis são mais propensos a defeitos de superfície do que os materiais rígidos. Portanto, deve-se tomar cuidado com o tempo ao alisar peças móveis ou componentes com juntas para evitar comprometer a integridade das juntas ou causar aderência devido à superexposição ao vapor.
Por outro lado, o polimento fino vibratório é adequado para uma gama mais ampla de peças impressas em 3D do que o alisamento a vapor, pois pode ser adaptado a quaisquer requisitos individuais, propriedades do material e estrutura da peça, escolhendo diferentes abrasivos e métodos. O acabamento vibratório é adequado para quase todas as peças impressas em 3D, desde que o processo seja sempre feito profissionalmente por especialistas. No entanto, o polimento de acabamento vibratório pode levar à perda da geometria da peça. Por exemplo, os cantos e pontas dos componentes podem ficar excessivamente arredondados e perder a forma, o que não acontece com o alisamento a vapor. Além disso, o acabamento por vibração às vezes requer procedimentos de secagem subsequentes, o que prolonga o processo.
Campo de aplicação
A suavização de vapor é uma tecnologia favorecida por indústrias como médica, automotiva e aeroespacial para o tratamento de componentes resistentes à água, antimicrobianos e livres de produtos químicos. Quando se trata de polimento fino vibratório, as indústrias médica, automotiva e esportiva se beneficiam especialmente dessa tecnologia. Em todos os campos, as superfícies lisas, especialmente as peças metálicas, são importantes para garantir o bom funcionamento e as condições seguras dos componentes. No entanto, o alisamento a vapor e o polimento fino vibratório podem ser implementados em todo o ciclo de desenvolvimento do produto, desde modelos conceituais a protótipos e produtos finais, e são usados em uma ampla variedade de indústrias, incluindo bens médicos, automotivos e de consumo. Exemplos de peças processadas com polimento fino vibratório são peças de automóveis para a indústria automotiva ou patins e equipamentos de ginástica para a indústria esportiva. Além disso, joias e talheres são finamente polidos por vibração para uso do consumidor. Um exemplo de peça suavizada a vapor que é frequentemente usada na indústria automotiva são os componentes internos de veículos, como painéis, maçanetas e elementos do console central. O alisamento a vapor também é utilizado na indústria aeroespacial para peças de aeronaves, como asas, dutos de ar e peças de motores, entre outros.
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△A suavização de vapor é frequentemente aplicada a peças de aeronaves na indústria aeroespacial (Fonte da imagem: Fast Radius)
fornecedores e preços
Vários fornecedores de serviços, como SPALECK GmbH, VibraFinish ou Rohde AG, oferecem polimento fino vibratório para clientes particulares e empresas. Para suavização de vapor, Xometry, AMT, DyeMansion, Protolabs e Hubs são provedores de serviços proeminentes que oferecem serviços de suavização de vapor por máquina de solução de pós-processamento especificada ou com base em material. 3Faktur é uma empresa alemã que oferece serviços de alisamento a vapor e polimento fino vibratório. As conhecidas máquinas VaporSmoothing, como as séries AMT PostPro3D e Powerfuse S, são soluções fornecidas pela Xometry e DyeMansion, enquanto Protolabs e Hubs usam materiais SLS e MJFHPA 12, PA 12 e MJF Ultrasint™ TPU-01, respectivamente.
Para polimento fino vibratório, grandes máquinas industriais de fabricantes como Walther Trowal, AVAtec ou Garant custam cerca de $ 18,000 a $ 21,000 (€ 17,000 a € 20,{{ 7}}). 2 kg de abrasivos custam entre $ 21 – 44 (€ 20 – 40) e 5 litros de composto cerca de $ 21 – 44 (€ 20 – 40). Os preços variam muito dependendo da quantidade e tamanho das peças a serem usinadas. Para alisamento a vapor, a taxa de serviço para alisar peças individuais pode ser $5-$ 15 (€4-€ 14), dependendo da complexidade da peça, embora muitos fabricantes normalmente ofereçam o serviço apenas em pacotes de 10 ou mais peças. Comprar o alisador de vapor em si pode custar cerca de $ 10,000 a $ 30,000 (€ 11,000–33,000), dependendo da região, fabricante e qualidade .
