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                讓SLS 3D打印零件表面光滑亮澤的魔術|化學蒸汽拋光技術

                發表時間:2021-10-11 13:37:41

                讓SLS 3D打印零件表面光滑亮澤的魔術

                ——化學蒸汽拋光技術

                在內容之前,先請大家看一個3D打印腕部護具:

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                看這光滑的表面、亮黑的色澤,我想如果沒有看標題,一定有朋友猜是SLA做的吧,其實它是使用盈普Precimid1180 BLK(黑色尼龍11)粉末材料,通過激光燒結成型的,對3D打印比較了解的朋友們都知道,SLS技術打印的零部件雖然有良好的精度和優秀的機械性能,但在外觀驗證方面,因為零件表面比較粗糙、有顆粒感,光滑程度是不如SLA技術,以及傳統注塑或CNC加工工藝的,那視頻中的護具是怎么做到這樣的效果的呢?

                一、技術介紹

                        在以前,如果要使SLS打印的零件獲得視頻中的表面光滑度,以及光澤的外觀,我們通常使用人工打磨加染色的方式,但這種方式有其局限性:一是3D打印的零部件通常結構較復雜,在有內部腔體或晶格結構時(像視頻中的護具),打磨拋光就顯得束手無策;二是手工工藝對操作者的經驗技術要求高,有經驗師傅的人工成本也更高;最后打磨拋光耗時費力,定制化產品可以采用這種方式,但當遇到批量生產時就完全無法滿足效率要求了。

                        為了給客戶提供更有價值的3D打印解決方案,并突破傳統打磨工藝的局限,TPM 3D盈普敢為人先,作為國內第一家引入英國AMT化學蒸汽拋光技術的公司,在9月底就完成2臺化學拋光設備的測試,并正式投入運營使用,能夠幫助汽車、消費電子、醫療、文創教育等各個行業的客戶以更加輕松快捷的方式,實現SLS打印零部件的批量化拋光處理。AMT是英國全自動3D打印后處理設備制造商,產品主要包括自動化除粉噴砂(Depowdering)設備,和化學蒸汽拋光(Chemical Vapor Smoothing)設備。

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                TPM 3D盈普在國內率先引入AMT化學蒸汽拋光技術

                        AMT的化學蒸汽拋光技術利用專用化學溶劑,經氣化后對艙內的零部件進行熏蒸,零件的表面會發生溶解,由于表面微觀的不一致性,表面微觀凸起的部位優先溶解,且溶解速率大于凹下部位;溶解后的液體表面受張力影響,有盡可能縮小的趨勢,凸起部分就會向下凹部分流動,凝固后會產生均勻且光滑平整的表面,最后再次將零件表面的溶液蒸發并回收,零件表面無殘留,只留下原本的材料,繼而完成整個熏蒸拋光的過程。這樣我們就得到了充分拋光的零部件。

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                AMT化學蒸汽拋光后的零部件

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                AMT化學蒸汽拋光技術的健康和安全性測試白皮書

                二、技術特點

                        我們發現,這些經過化學拋光后的零件具有以下特點:

                1、表面光澤更加美觀

                        經過化學熏蒸后的零件,最直觀的變化是就是去除了表面的顆粒感,提升了光澤度,由磨砂質感變為了亮面質感,觸感光滑,顏值更高。

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                盈普Precimid1172Pro(尼龍12)打印的工藝樣件

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                盈普Precimid1172Pro GF30 BLK(30%玻璃增強尼龍12)打印的電動工具手柄外殼

                2、表面光滑度明顯提高

                        經過化學拋光后,能夠有效提升零部件表面的光滑度。我們使用顯微鏡去觀察處理前后的零件表面,可以看到表面微觀的凹凸部分被“撫平”,表面光滑度被大大改善,并且我們還可以通過調整熏蒸的工藝參數來提高處理的程度和效果,使表面更加致密光滑。(數據表明,經過熏蒸拋光后的零件表面光滑度可達到Ra0.7)

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                盈普Precimid1172Pro GF30 BLK零件在500倍顯微鏡下拋光前后的對比(左側拋光前,右側拋光后)

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                盈普Precimid1180 BLK材料(PA11)打印卡扣部件光澤的表面

                3、機械性能提高

                        拋光后得益于零件表面粗糙度的降低,以及開裂點的消失,斷裂伸長率顯著提高,綜合數據顯示對PA12可以提高約30%以上。同時,薄壁件的韌性也有明顯增強更不易斷裂。

                  

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                盈普Precimid1172Pro GF30 BLK打印的無人機外殼(厚度僅為0.8mm)

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                盈普Precimid1180 BLK材料打印的彈簧部件

                4、氣密和水密效果增強

                對于管道、各類接頭、戶外使用產品外殼等,需要考慮氣密性、水密性的零件,化學熏蒸拋光可以有效提升表面的致密度,以滿足上述需求。同時對于醫療支護具,使用綠色環保通過安全認證的溶液,將表面光滑度提高后,可以防止細菌在細小孔隙中滋生,能夠保證在長期與人體皮膚接觸過程中的安全性。

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                盈普Precimid1180 BLK材料處理后的表面水密性

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                盈普TPM3D PA6X BLK材料(PA6)打印的汽車油路管接頭

                5、對尺寸影響小

                        最后,化學熏蒸拋光處理對于零件的尺寸影響較小,通過對樣件的尺寸測量,整體變化不超過0.4%,可以保證原模型的大部分尺寸在公差范圍內;對于有更高要求的零件,還可以預留出加工余量來保證尺寸精度。

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                化學蒸汽拋光前后尺寸變化測試(數據來源:AMT白皮書)

                三、應用領域

                      我們將化學蒸汽拋光技術與SLS 3D打印技術進行有機結合,可以提高SLS 3D打印零部件的表面光滑度、增強機械性能、實現氣密水密性,使得激光燒結的零部件也能擁有與注塑工藝類似的光滑外觀和部分性能,這就進一步拓展了SLS 3D打印技術的應用場景,使其在外觀驗證領域也能夠大展拳腳,并且在功能性驗證和最終使用領域的應用更深入。SLS 3D打印的汽車管路、風道、各類葉輪、接頭、戶外使用的電子產品外殼、長期與皮膚接觸的醫療康復輔具、TPU鞋中底等零部件在經過處理后,能夠更好地滿足實際使用的要求,從而為汽車、消費品、電子電器、醫療、文創教育等行業的用戶創造更多的價值。

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