หากคุณเคยทำงานกับการพิมพ์ 3D คุณจะรู้ว่าแม้แต่การออกแบบดิจิทัลที่แม่นยำที่สุดก็สามารถเปลี่ยนเป็นส่วนหนึ่งที่เต็มไปด้วยสันเล็กๆ เส้นชั้น และความไม่สมบูรณ์เมื่อหลุดออกมาจากเครื่องพิมพ์ ในฐานะซัพพลายเออร์ชิ้นส่วนโมเดลการพิมพ์ 3 มิติที่ทำงานร่วมกับลูกค้าหลายร้อยราย ตั้งแต่ทีมหุ่นยนต์ไปจนถึงนักออกแบบอุปกรณ์ทางการแพทย์ ฉันใช้เวลาหลายปีในการแก้ไขปัญหาพื้นผิวเรียบ และให้ฉันบอกคุณว่า ไม่ใช่แค่การปรับการตั้งค่าเครื่องพิมพ์เท่านั้น การจะได้พื้นผิวที่สวยงามไร้ที่ติต้องอาศัยการผสมผสานระหว่างการเตรียมการอย่างชาญฉลาด วัสดุที่เหมาะสม และขั้นตอนหลังการประมวลผลที่ปรับให้เหมาะกับวัตถุประสงค์ของชิ้นส่วนของคุณ ไม่ว่าคุณจะพิมพ์ชิ้นส่วนโลหะ พลาสติก หรือสั่งทำพิเศษ มีขั้นตอนที่สอดคล้องและได้รับการสนับสนุนทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งเปลี่ยนต้นแบบคร่าวๆ ให้กลายเป็นชิ้นส่วนที่ดูและทำงานได้เหมือนผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป
ขั้นแรก เรามาเริ่มกันที่พื้นฐาน: การเลือกกระบวนการพิมพ์และวัสดุที่เหมาะสม ผู้เริ่มต้นจำนวนมากสนใจเครื่องพิมพ์ FDM เนื่องจากมีราคาไม่แพง แต่การอัดขึ้นรูปทีละชั้นของ FDM มีแนวโน้มที่จะเกิดสันที่สังเกตเห็นได้ชัดเจน โดยเฉพาะอย่างยิ่งบนพื้นผิวโค้ง นั่นเป็นเหตุผลที่ฉันแนะนำให้ลูกค้าของเราพิจารณากระบวนการต่างๆ เช่น SLA (Stereolithography) หรือ SLS (Selective Laser Sintering) เพื่อให้พื้นผิวฐานเรียบขึ้น ขึ้นอยู่กับความต้องการของพวกเขา สำหรับชิ้นส่วนโลหะ บริการการพิมพ์ SLA 3D ของเราใช้อลูมิเนียมและสแตนเลสที่ผลิตชิ้นส่วนที่มีเส้นชั้นเริ่มต้นน้อยกว่า FDM มาก ด้วยความแม่นยำของการบ่มด้วยรังสียูวีหรือการหลอมด้วยเลเซอร์ หากคุณต้องการชิ้นส่วนพลาสติก กลุ่มผลิตภัณฑ์ชิ้นส่วนพลาสติกสำหรับการพิมพ์ 3D ของเราได้รับการออกแบบมาเพื่อลดความผิดปกติของพื้นผิวทันทีจากฐานพิมพ์ โดยมีชั้นที่เรียบและสม่ำเสมอซึ่งต้องการงานน้อยลงหลังการพิมพ์ สำหรับชิ้นส่วนทางการแพทย์ เราใช้การพิมพ์ SLA 3D สำหรับชิ้นส่วนทางการแพทย์ที่ได้มาตรฐานความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่เข้มงวด และพื้นผิวเรซินที่เรียบนั้นเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องสัมผัสกับผิวหนังหรือสภาพแวดล้อมภายใน แม้แต่ชิ้นส่วนที่ใช้งานได้แบบกำหนดเอง ชิ้นส่วนการพิมพ์ 3D ไนลอน SLS ก็มีพื้นผิวที่เรียบเนียนเป็นธรรมชาติเมื่อเทียบกับ FDM โดยไม่จำเป็นต้องล้างเลเยอร์ไลน์ในหลายกรณี การเลือกกระบวนการที่เหมาะสมสำหรับวัสดุและฟังก์ชันของชิ้นส่วนเป็นขั้นตอนแรกที่ไม่สามารถต่อรองได้ การข้ามขั้นตอนนี้จะทำให้ขั้นตอนหลังการประมวลผลทำได้ยากและมีประสิทธิภาพน้อยลงมาก
ถัดไป การปรับเทียบเครื่องพิมพ์และการตั้งค่าของคุณด้วยความแม่นยำเป็นกุญแจสำคัญในการลดความไม่สมบูรณ์ของพื้นผิวที่แหล่งกำเนิด หลายๆ คนมองข้ามว่าปัญหาการสอบเทียบเล็กๆ น้อยๆ ในแต่ละวันนั้นรวมกันเป็นพื้นผิวที่ขรุขระเพียงใด เรามาดูรายละเอียดกันก่อน: ขั้นแรก การปรับระดับหัวฉีดและการปรับระดับเตียง สำหรับ FDM หัวฉีดที่อยู่ใกล้กับฐานมากเกินไปจะบีบเส้นใยมากเกินไป ทำให้เกิดส่วนนูนและชั้นที่ไม่สม่ำเสมอ ในขณะที่หัวฉีดที่อยู่ไกลเกินไปทำให้เกิดช่องว่างระหว่างชั้นที่แสดงเป็นเส้น สำหรับเครื่องพิมพ์ SLA ความสูงของชั้นเรซินเป็นการตั้งค่าที่สำคัญ โดยชั้นที่บางกว่า (เช่น 0.02 มม. แทนที่จะเป็น 0.1 มม.) หมายถึงขั้นตอนระหว่างชั้นที่เล็กลง ดังนั้นสันเขาจึงแทบจะมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า แต่ประเด็นสำคัญคือ ชั้นที่บางกว่าจะเพิ่มเวลาในการพิมพ์ ดังนั้นคุณจึงต้องรักษาสมดุลระหว่างความเร็วกับการตกแต่ง การตั้งค่าอีกอย่างที่มักถูกมองข้ามคือความเร็วในการพิมพ์ การพิมพ์เร็วเกินไปหมายความว่าเครื่องอัดรีดหรือเลเซอร์ไม่มีเวลาเพียงพอที่จะสะสมหรือบ่มวัสดุให้เท่าๆ กัน ทำให้เกิดช่องว่าง รอยเปื้อน และรอยหยาบ สำหรับ SLA เราขอแนะนำความเร็ว 20-30 มม. ต่อวินาทีสำหรับชิ้นส่วนส่วนใหญ่ สำหรับ SLS นั้น 15-25 มม./วินาที ให้ชั้นที่สม่ำเสมอและเรียบเนียน อุณหภูมิก็มีบทบาทเช่นกัน สำหรับ FDM หัวฉีดที่เย็นเกินไปจะทำให้เส้นใยละลายได้ไม่ถูกต้อง นำไปสู่ชั้นที่เป็นก้อน ในขณะที่สำหรับเรซิน SLA เรซินที่ร้อนเกินไปสามารถแข็งตัวไม่สม่ำเสมอ นำไปสู่พื้นผิวที่เหนียวหรือหยาบ ฉันมักจะบอกลูกค้าใหม่เสมอให้พิมพ์คิวบ์ปรับเทียบขนาดเล็กก่อนเสมอ วัดขนาดและตรวจสอบพื้นผิวเพื่อหาเส้น เพื่อปรับแต่งการตั้งค่าเหล่านี้ก่อนที่จะพิมพ์ชิ้นส่วนสุดท้ายของคุณ ใช้เวลาทำงานเพิ่มอีก 30 นาที แต่จะช่วยประหยัดเวลาในการประมวลผลภายหลังได้หลายชั่วโมง
เมื่อชิ้นส่วนของคุณถูกพิมพ์ ขั้นตอนหลังการประมวลผลคือขั้นตอนที่คุณเปลี่ยนพื้นผิวที่ขรุขระให้เรียบ และขั้นตอนนี้จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวัสดุที่คุณใช้ เริ่มจากกระบวนการทั่วไปที่เราใช้ในร้านของเรา:
สำหรับชิ้นส่วนเรซิน SLA ขั้นตอนแรกคือการล้างและการบ่ม หลังจากพิมพ์ คุณต้องเอาเรซินที่ยังไม่แข็งตัวส่วนเกินออก เราใช้ไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์ (IPA) สำหรับสิ่งนี้ และเราจะทำการล้างแบบสองส่วน: ขั้นแรกแช่ 10 นาที จากนั้นล้างออกอีก 5 นาทีด้วย IPA ใหม่ เพื่อขจัดเรซินที่หลุดร่อนออกทั้งหมด หากคุณข้ามขั้นตอนนี้ เรซินที่เหลือจะแข็งตัวไม่สม่ำเสมอ ส่งผลให้พื้นผิวมีความเหนียวและหยาบกร้าน หลังจากล้างแล้ว ชิ้นส่วนจะเข้าสู่ห้องบ่มด้วยรังสียูวี เวลาในการบ่มที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญ—น้อยเกินไปและชิ้นส่วนนิ่มและมีแนวโน้มที่จะเกิดรอยขีดข่วน มากเกินไปและอาจเปราะหรือกลายเป็นพื้นผิวด้านและมีฝุ่นได้ เราใช้การบ่ม 10 นาทีที่ 405 นาโนเมตร ซึ่งให้ฐานที่แข็งและมั่นคงซึ่งพร้อมสำหรับการเกลี่ยให้เรียบ สำหรับชิ้นส่วน SLS ขั้นตอนแรกคือการขจัดผง โดยกำจัดผงไนลอนส่วนเกินที่ติดอยู่กับพื้นผิว เราใช้การผสมผสานระหว่างการพ่นลมและการกลิ้งด้วยสื่อเพื่อขจัดแป้งฝุ่นออก จากนั้นจึงใช้สุญญากาศละเอียดเพื่อเข้าไปในรอยแยก ชิ้นส่วนไนลอน SLS อาจมีพื้นผิวที่มีรูพรุนเล็กน้อยหากไม่ได้ขจัดผงอย่างเหมาะสม ดังนั้นขั้นตอนนี้จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งก่อนที่จะทำให้เรียบ
สำหรับชิ้นส่วนโลหะ หลังจากพิมพ์บนบริการการพิมพ์ 3 มิติโลหะ SLA ของเรา ขั้นตอนแรกหลังการถอดโครงสร้างรองรับออก—ส่วนรองรับโลหะจะถูกหลอมเข้ากับชิ้นส่วน ดังนั้นเราจึงใช้การผสมผสานระหว่างการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำและการขัดทรายเพื่อถอดชิ้นส่วนออกโดยไม่ทิ้งรอยขีดข่วน จากนั้น เราทำการบำบัดด้วยความร้อนเพื่อบรรเทาความเครียดภายใน ซึ่งอาจทำให้ชิ้นส่วนบิดเบี้ยวและสร้างพื้นผิวที่ไม่เรียบได้ เมื่อเสร็จแล้ว ขั้นตอนการเกลี่ยให้เรียบจะเข้มข้นมากขึ้น: การผสมผสานระหว่างการพ่นด้วยลูกปัด (โดยใช้ลูกปัดแก้วเนื้อดีเพื่อกัดพื้นผิวให้เท่าๆ กัน โดยขจัดเส้นชั้นเล็กๆ ออก) จากนั้นจึงขัดด้วยกรวดละเอียด ตามด้วยการขัดด้วยล้อขัดและสารประกอบ สำหรับชิ้นส่วนทางการแพทย์ที่ต้องการพื้นผิวเรียบเป็นพิเศษและไม่มีรูพรุน เรายังดำเนินการขั้นตอนการขัดเงาด้วยสารเคมีซึ่งใช้สารละลายกรดอ่อน ๆ เพื่อละลายชั้นบนสุดของโลหะ เติมเต็มช่องว่างเล็ก ๆ และปล่อยให้มีพื้นผิวเหมือนกระจก
จากนั้นมีเทคนิคเฉพาะสำหรับการปรับให้เรียบสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องดูดีและทำงานได้ดี สำหรับชิ้นส่วนสั่งทำพิเศษ เช่น ปลอกมือหุ่นยนต์สั่งทำพิเศษของเราสำหรับหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์และหุ่นยนต์ที่คล่องแคล่ว พื้นผิวจะต้องเรียบพอที่จะเคลื่อนที่ได้โดยไม่จับ แต่ยังดูสะอาดสำหรับการนำเสนอของลูกค้าด้วย สำหรับสิ่งเหล่านี้ เราข้ามการขัดและการพ่นลูกปัดที่รุนแรงมากขึ้น และใช้การทำให้เรียบด้วยไอ การปรับให้เรียบด้วยไอทำงานโดยการเปิดเผยชิ้นส่วนพลาสติก (เช่น ABS หรือ ASA โดยทั่วไปสำหรับตัวเรือนหุ่นยนต์) ให้กับไอตัวทำละลายที่จะละลายชั้นบนสุดของพลาสติก เติมเต็มเส้นชั้นทั้งหมดและความไม่สมบูรณ์เล็กๆ น้อยๆ ผลลัพธ์ที่ได้คือพื้นผิวเรียบมันเงาอย่างสมบูรณ์แบบโดยไม่จำเป็นต้องขัด สิ่งสำคัญที่นี่คือการควบคุมเวลาเปิดรับแสง: ยาวเกินไปและชิ้นส่วนอาจบิดเบี้ยวได้ สั้นเกินไปและจะไม่เรียบเนียนอย่างเหมาะสม เราใช้ห้องปิดที่ช่วยให้เราตรวจสอบอุณหภูมิและความเข้มข้นของไอ ดังนั้นทุกส่วนจึงได้รับผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอ สำหรับชิ้นส่วนที่ต้องเคลือบด้านแทนที่จะเคลือบเงา เราสามารถปรับเวลาการระเหยหรือใช้ขั้นตอนการพ่นเม็ดบีดหลังจากการทำให้เรียบด้วยไอเพื่อสร้างพื้นผิวที่นุ่มนวลและสม่ำเสมอที่ยังคงสัมผัสเรียบเนียน
อีกปัจจัยหนึ่งที่หลายคนไม่คำนึงถึงคือการออกแบบโครงสร้างรองรับ ส่วนรองรับจำเป็นสำหรับการยึดส่วนที่ยื่นออกมาและรูปทรงที่ซับซ้อนในระหว่างการพิมพ์ แต่หากวางผิดหรือออกแบบโดยใช้วัสดุมากเกินไป ก็จะทิ้งรอยไว้บนพื้นผิวชิ้นส่วนเมื่อนำออก ตัวอย่างเช่น การรองรับขนาดใหญ่บนพื้นผิวโค้งจะทำให้เกิดรอยเว้าขนาดใหญ่ซึ่งคุณจะต้องขัดออกเป็นเวลาหลายชั่วโมง นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมที่ร้านของเรา นักออกแบบของเราจึงทำงานอย่างใกล้ชิดกับลูกค้าเพื่อวางส่วนรองรับเฉพาะจุดที่จำเป็นเท่านั้น และใช้ส่วนรองรับแบบแยกส่วน (แทนที่จะใช้แบบละลายได้ ขึ้นอยู่กับวัสดุ) ซึ่งทำให้เกิดรอยน้อยที่สุด สำหรับส่วนยื่นที่ชันกว่า 45 องศา เราออกแบบส่วนรองรับที่บางและเบาซึ่งสามารถถอดออกได้ง่ายด้วยคีมที่มีความแม่นยำสูง แทบไม่เหลือร่องรอยใดๆ สำหรับชิ้นส่วนที่มีคุณสมบัติละเอียดอ่อน เช่น บานพับหรือรูขนาดเล็ก เราใช้โครงรองรับแบบกำหนดเองที่ปกป้องคุณสมบัติจากความเสียหายระหว่างการพิมพ์ ดังนั้นคุณจึงไม่ต้องขัดขอบที่หักออก
การควบคุมคุณภาพเป็นขั้นตอนสุดท้ายที่ทำให้พื้นผิวเรียบของคุณคงความเรียบเนียนแม้หลังจากใช้ชิ้นส่วนแล้วก็ตาม ลูกค้าจำนวนมากคิดว่าการปรับให้เรียบเป็นขั้นตอนที่ทำเพียงครั้งเดียว แต่ชิ้นส่วนที่ต้องสัมผัสการใช้งาน (เช่น โครงสร้างหุ่นยนต์ที่มีการเสียดสี หรือชิ้นส่วนทางการแพทย์ที่ผ่านการฆ่าเชื้อแล้ว) อาจทำให้เกิดรอยขีดข่วนเล็กๆ เมื่อเวลาผ่านไป เราทดสอบความทนทานของพื้นผิวทุกชิ้นส่วน: สำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ เราทำการทดสอบการถูด้วยผ้านุ่มเพื่อให้แน่ใจว่าผิวจะไม่เกิดรอยขีดข่วนได้ง่าย สำหรับชิ้นส่วนทางการแพทย์ เราทดสอบความต้านทานต่อสารฆ่าเชื้อทั่วไปเพื่อให้แน่ใจว่าพื้นผิวเรียบไม่เป็นหลุม นอกจากนี้เรายังใช้เครื่องวัดโปรไฟล์พื้นผิวที่ร้านของเราเพื่อวัดค่าความหยาบ (Ra) ของแต่ละชิ้นส่วน มาตรฐานของเราสำหรับชิ้นส่วนที่เรียบคือ Ra < 1.6 ไมโครเมตร ซึ่งมีความเรียบเนียนมากจนแทบไม่รู้สึกถึงเส้นของชั้น และเรียบเนียนกว่าชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3D ที่มีจำหน่ายทั่วไปทั่วไป
ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ฉันได้เห็นลูกค้าต่อสู้กับความเรียบของพื้นผิวด้วยเหตุผลหลายประการ เช่น พวกเขาเลือกวัสดุที่ไม่ถูกต้อง ข้ามการปรับเทียบ หรือตัดมุมในขั้นตอนหลังการประมวลผล ข่าวดีก็คือว่าทุกอย่างสามารถแก้ไขได้ด้วยแนวทางที่ถูกต้อง ไม่ว่าคุณจะพิมพ์โครงหุ่นยนต์แบบกำหนดเองสำหรับทีมหุ่นยนต์ ชิ้นส่วนพลาสติกสำหรับผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภค หรือส่วนประกอบโลหะสำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์ โดยเริ่มต้นด้วยกระบวนการที่ถูกต้อง (เช่น บริการสเตนเลสสตีลอะลูมิเนียม SLA สำหรับการพิมพ์สามมิติที่เป็นโลหะของเรา หรือการพิมพ์ SLA 3D ของเราสำหรับสายการผลิตชิ้นส่วนทางการแพทย์) การปรับเทียบเครื่องพิมพ์ของคุณอย่างเหมาะสม และการใช้กระบวนการหลังการประมวลผลแบบกำหนดเป้าหมายจะทำให้คุณได้รับพื้นผิวที่เรียบเนียนไร้ที่ติที่คุณต้องการ
หากคุณพร้อมที่จะก้าวไปไกลกว่าต้นแบบที่พิมพ์ด้วย 3D แบบคร่าวๆ และรับชิ้นส่วนที่กำหนดเองพร้อมการตกแต่งที่ราบรื่นตามต้องการ ทีมของเราพร้อมให้ความช่วยเหลือ เราทำงานร่วมกับลูกค้าในอุตสาหกรรมต่างๆ ตั้งแต่บริษัทสตาร์ทอัพขนาดเล็กไปจนถึงบริษัทผู้ผลิตขนาดใหญ่ เพื่อส่งมอบชิ้นส่วนที่ตรงตามข้อกำหนดทั้งด้านการใช้งานและด้านความสวยงาม ติดต่อทีมของเราเพื่อหารือเกี่ยวกับโครงการของคุณ ไม่ว่าจะเป็นชิ้นส่วนพลาสติกธรรมดา ส่วนประกอบโลหะที่ซับซ้อน หรือตัวเรือนแบบกำหนดเองสำหรับอุปกรณ์หุ่นยนต์ เราจะแนะนำคุณในทุกขั้นตอน ตั้งแต่การออกแบบไปจนถึงขั้นตอนหลังการประมวลผล เพื่อให้แน่ใจว่าคุณจะได้ชิ้นส่วนที่ราบรื่นและมีคุณภาพสูงตามที่คุณต้องการ
อ้างอิง
- Gibson, I., Rosen, DW, & Stucker, B. (2015) เทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ: การพิมพ์ 3 มิติ การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว และการผลิตดิจิทัลโดยตรง สปริงเกอร์.
- กัมโป อี. (2020) ศาสตร์แห่งการตกแต่งพื้นผิวด้วยการพิมพ์ 3 มิติ อุตสาหกรรมการพิมพ์ 3 มิติ
- คัลปักเจียน, เอส. และชมิด, เอสอาร์ (2019) กระบวนการผลิตวัสดุวิศวกรรม เพียร์สัน.
- กริฟฟิธ, ML, และคณะ (2014) การตกแต่งพื้นผิวในการผลิตแบบเติมเนื้อ: บทวิจารณ์ วารสารวิทยาศาสตร์การผลิตและวิศวกรรมศาสตร์.
