اگر تا به حال یک قطعه نایلونی پرینت سه بعدی SLS را تازه از روی پلتفرم ساخت نگه داشته اید، می دانید که محصول پایه دارای روکش خام و بافتی، پودر شل چسبیده به هر شکاف و لبه های تیز است که می تواند روی پارچه یا پوست خراشیده شود. به‌عنوان تامین‌کننده قطعات پرینت سه بعدی نایلونی SLS، پنج سال گذشته را صرف پالایش جریان‌های کاری پس از پردازش کرده‌ام که آن قطعات ساختنی صیقل‌نشده را به قطعات کاربردی و با کارایی بالا برای صنایع مختلف از رباتیک گرفته تا دستگاه‌های پزشکی تبدیل می‌کند. پس از پردازش مناسب نه تنها زیبایی شناسی را بهبود می بخشد، بلکه استحکام، انعطاف پذیری و دوام ذاتی نایلون را تقویت می کند، و تفاوت بین نمونه اولیه کارآمد و قطعه نهایی که تا سال ها فرسودگی را تحمل می کند، ایجاد می کند. در این پست، مطمئن‌ترین روش‌های پس‌فرآوری تست‌شده در صنعت برای قطعات نایلونی SLS را شرح می‌دهم، نمونه‌های واقعی از نحوه اعمال این تکنیک‌ها را به اشتراک می‌گذارم، و نحوه انتخاب گردش کار مناسب برای پروژه خاص خود را شرح می‌دهم.
اول، مهم است که این مورد را در مواردی که قطعات نایلونی SLS را منحصربه‌فرد می‌کند، زمین کنیم. تف جوشی لیزری انتخابی (SLS) پودر نایلون را لایه به لایه با یک لیزر پرقدرت ذوب می کند، بنابراین قطعات در بستری از پودر پخته نشده ساخته می شوند که به عنوان ساختارهای پشتیبانی طبیعی عمل می کند. این بدان معناست که در حین چاپ نیازی به مواد پشتیبانی اضافی نیست، که برای هندسه‌های پیچیده یک مزیت بزرگ است - مانند کانال‌های داخلی منحصربه‌فرد در یک محفظه دستی روباتیک سفارشی برای ربات‌های انسان‌نما و ماهر که ما در سه ماهه گذشته تولید کردیم. حتی با این مزیت، پس پردازش برای باز کردن پتانسیل کامل یک قطعه غیرقابل مذاکره است. این فرآیند با پودر زدایی شروع می شود، یک گام اساسی که اکثر تامین کنندگان آن را درست انجام می دهند، اما می تواند کار بعدی را ایجاد یا خراب کند.
پودرزدایی اولین مرحله حیاتی است و در اینجا هیچ رویکردی برای همه وجود ندارد. برای قطعات کوچک و پیچیده با حفره های داخلی محکم (مانند چرخ دنده ها یا اتصال دهنده های الکتریکی)، از انفجار هوای فشرده با سیستم هوای خشک و کم فشار استفاده می کنیم. هوای پرفشار می‌تواند به دیواره‌های نایلونی SLS نازک آسیب برساند که بلافاصله پس از چاپ متخلخل هستند، بنابراین هوا را روی 20-30 PSI تنظیم می‌کنیم و آن را از طریق نازل‌های ماشینکاری سفارشی که به شکاف‌های مخفی می‌رسند هدایت می‌کنیم. برای قطعات بزرگتر یا دسته‌هایی از اجزای متوسط، یک لیوان پودری گریز از مرکز حتی بهتر عمل می‌کند. ما قطعات و مواد نایلونی قابل استفاده مجدد را در یک درام چرخان بارگذاری می کنیم، جایی که اصطکاک ناشی از عمل غلتش، پودر شل را بدون خراش دادن سطوح قطعه از محل خارج می کند. برای مجموعه‌های بسیار پیچیده، مانند قطعات مدل چاپ سه‌بعدی که برای نمونه‌سازی معماری طراحی شده‌اند، ما انفجار هوا را با مسواک زدن دستی با استفاده از برس‌های نایلونی سفت ترکیب می‌کنیم تا پودر را از شکاف‌های کوچکی که لیوان‌ها نمی‌توانند به آن دسترسی پیدا کنند، خارج کنیم. هدف در اینجا فقط لوازم آرایشی نیست - پودر به دام افتاده می تواند باعث گیرکردن قطعات در حین مونتاژ یا حتی ساییدگی سطوح جفت شونده شود، بنابراین این مرحله به همان اندازه زمان نیاز دارد تا اطمینان حاصل شود که هر حفره شفاف است.
هنگامی که یک قطعه به طور کامل پودر شد، مرحله بعدی تکمیل سطح است، جایی که بزرگترین پیشرفت ها در ظاهر و عملکرد اتفاق می افتد. بافت متخلخل طبیعی نایلون (محصول فرعی فرآیند تف جوشی SLS) می تواند برای قطعاتی که نیاز به مقاومت در برابر رطوبت، مواد شیمیایی دارند یا دارای روکش صنعتی صاف و صافی هستند، یک نقطه ضعف باشد. متداول ترین روش تکمیل سطوح برای قطعات نایلونی SLS صاف کردن بخار است و این یک تغییر بازی برای مشتریان ما بوده است. صاف کردن بخار با قرار دادن قسمت نایلونی در معرض بخارهای حلالی مانند دی کلرومتان یا اتانول عمل می کند، که لایه بیرونی نایلون را کمی ذوب می کند، منافذ سطح را پر می کند و خطوط لایه را که ذاتی چاپ SLS هستند ذوب می کند. ما زمان و دما را برای جلوگیری از صاف شدن بیش از حد کنترل می کنیم - درمان بیش از حد می تواند باعث شود قطعات جزئیات سطح خود را از دست بدهند یا حتی تاب برداشته شوند، به خصوص برای اجزای جدار نازک. به عنوان مثال، زمانی که دسته‌ای از محفظه‌های پزشکی تولید کردیم که نیاز به آب‌بندی کامل و ضدعفونی آسان داشتند، از یک چرخه صاف کردن بخار ۱۰ دقیقه‌ای استفاده کردیم که زبری سطح را از Ra 12 (SLS خام) به Ra 2 کاهش داد، و یک پوشش صاف و بدون متخلخل ایجاد کرد که آزمایش زیست سازگاری ISO 10993 را پشت سر گذاشت. در مورد قطعات پزشکی، این روش همچنین به طور گسترده برای پرینت سه بعدی SLA برای قطعات پزشکی که نیاز به تمیزی و قوام بالایی دارند استفاده می شود، اگرچه مخلوط حلال برای انواع مختلف پلاستیک کمی تنظیم می شود.
برای مشتریانی که به جای براق به روکش مات و کمی بافت نیاز دارند، پولیش مکانیکی جایگزین بهتری است. دو روش اصلی پرداخت مکانیکی وجود دارد که ما در تاسیسات خود به آنها تکیه می کنیم. اول، پولیش ارتعاشی، که در آن قطعات در یک وان با محیط سرامیکی و یک ترکیب صیقل دهنده ملایم قرار می گیرند و با سرعت بالا به مدت 4-8 ساعت می لرزند. این برای دسته‌هایی از قطعات کوچک و یکسان مانند بست‌ها یا فاصله‌دهنده‌ها عالی است، زیرا بدون نیاز به کار دستی، روکش یکنواختی ایجاد می‌کند. برای قطعات بزرگتر و تکی مانند اجزای بازوی روباتیک سفارشی، از صاف کردن دستی با چرخ های پنبه ای و خمیر پولیش مبتنی بر نایلون استفاده می کنیم. صاف کردن دستی به ما امکان می دهد نواحی خاصی را مورد هدف قرار دهیم - مانند لبه های تیز چرخ دنده که ممکن است برای برخی کاربردها خیلی صاف باشد یا یک سطح نصب صاف که باید کاملاً یکنواخت باشد - در حالی که سایر مناطق را با بافتی ظریف و بدون لغزش باقی می گذاریم. نقطه ضعف پولیش مکانیکی این است که می تواند مقدار کمی از مواد را حذف کند، بنابراین ما تلورانس چاپ خود را بر این اساس برای قطعاتی که نیاز به حفظ ابعاد دقیق دارند، تنظیم می کنیم.
یکی دیگر از مراحل پس از پردازش که اغلب نادیده گرفته می شود، بازپخت کردن است که با کاهش تنش داخلی که در طول چاپ SLS ایجاد می شود، خواص مکانیکی نایلون را بهبود می بخشد. قطعات SLS به سرعت پس از پخت سرد می شوند، که تنش های داخلی کوچکی را ایجاد می کند که می تواند در طول زمان باعث تاب خوردگی، ترک خوردگی یا عملکرد ناسازگار شود - به خصوص برای قطعاتی که در معرض دماهای بالا یا بارهای مکرر قرار می گیرند. عمل بازپخت به این صورت است که قطعه را تا دمایی درست زیر نقطه ذوب نایلون (حدود 170 درجه سانتیگراد برای استاندارد PA12، رایج‌ترین نایلون SLS) گرم می‌کند و آن را به مدت 2 تا 4 ساعت در آنجا نگه می‌دارد، سپس اجازه می‌دهیم به آرامی در اجاق با دمای کنترل شده خنک شود. ما این را روی قطعات تجهیزات صنعتی آزمایش کرده‌ایم، و بازپخت مقاومت کششی قطعات نایلونی SLS ما را تا 15 درصد افزایش داد و باعث شد که آنها بتوانند بارهای بالاتر را بدون شکستگی تحمل کنند. به عنوان مثال، مشتری که به محفظه ای برای محرک رباتیک با بار بالا نیاز داشت، در ابتدا قطعاتی داشت که پس از 10000 چرخه بار ترک می خورد. پس از بازپخت، همان قطعات 50000 چرخه را بدون هیچ آسیبی طی کردند. بازپخت برای قطعاتی که در فضای باز استفاده می شوند نیز حیاتی است، زیرا باعث می شود مواد در برابر نوسانات دما و قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش مقاوم تر شوند.
برای قطعاتی که نیاز به دوام بیشتر، مقاومت در برابر مواد شیمیایی یا روکش رنگی دارند، ما پوشش و رنگ آمیزی را به عنوان آخرین مرحله اعمال می کنیم. نایلون یک پلیمر نیمه کریستالی است، بنابراین بدون آماده سازی سطح، به خوبی به رنگ ها یا پوشش های استاندارد نمی چسبد. ما همیشه قبل از پوشش دادن، قطعات را با ایزوپروپیل الکل سمباده و تمیز می کنیم تا هر گونه آلودگی باقیمانده که مانع از چسبندگی می شود را از بین ببریم. رایج‌ترین پوشش‌هایی که ما استفاده می‌کنیم، پوشش‌های پودری هستند که به صورت الکترواستاتیک اعمال می‌شوند و در کوره پخت می‌شوند. پوشش‌های پودری پوششی ضخیم و بادوام ایجاد می‌کنند که در برابر خراش، مواد شیمیایی و رطوبت مقاومت می‌کند – ایده‌آل برای قطعات بیرونی یا محفظه‌های تجهیزات صنعتی. برای مشتریانی که خواهان پوشش سبک‌تر و انعطاف‌پذیرتر هستند، از پوشش‌های پلی یورتان شفاف یا رنگی استفاده می‌کنیم که بدون کاهش انعطاف‌پذیری مشخص نایلون، لایه‌ای نازک از محافظت را اضافه می‌کند. ما همچنین قطعات نایلونی رنگی SLS را با افزودن رنگدانه به پودر در حین چاپ آزمایش کرده‌ایم، اما پس از پوشش دادن به مشتریان کنترل بیشتری بر روی تطابق دقیق رنگ‌ها و همچنین گزینه‌ای برای افزودن بازدارنده‌های UV به پوشش برای کاربردهای در فضای باز می‌دهد.
اکنون، بیایید در مورد نحوه انتخاب روش پس از پردازش مناسب برای پروژه خاص خود صحبت کنیم، زیرا یک اندازه قطعاً برای همه مناسب نیست. اگر در حال ساختن یک نمونه اولیه هستید که فقط باید برای یک نمایشگاه تجاری خوب به نظر برسد، صاف کردن بخار یا پرداخت ارتعاشی ظرف چند ساعت به شما یک نمای آماده برای نمایشگاه می دهد. اگر قطعه‌ای را می‌سازید که نیاز به تحمل بارهای سنگین دارد، بازپخت غیرقابل مذاکره است و برای دوام، می‌خواهید آن را با پولیش مکانیکی یا پوشش پودری جفت کنید. برای قطعات پزشکی، پودرزدایی بسیار مهم است، و ما اغلب یک مرحله تمیز کردن اولتراسونیک ثانویه را در آب مقطر اضافه می کنیم تا اطمینان حاصل شود که پودر باقیمانده در حفره های داخلی باقی نمی ماند.
همچنین شایان ذکر است که پردازش پس از پردازش زمان تحویل را اضافه می کند، بنابراین زمانی که جدول زمانی پروژه خود را برنامه ریزی می کنید، بسته به پیچیدگی قطعه، باید در 1 تا 3 روز دیگر برای این مراحل بسازید. قطعات خام SLS حدود 1-2 روز طول می کشد تا چاپ شوند، اما پس از پردازش بسته به روش می تواند 1-5 روز دیگر اضافه کند. ما همیشه این جدول زمانی را به طور واضح به مشتریان از قبل منتقل می کنیم، بنابراین هیچ شگفتی وجود ندارد.
به عنوان یک تامین کننده، ما همچنین یاد گرفته ایم که گوش دادن به نیازهای خاص مشتریانمان کلیدی است. چند سال پیش، یک استارت‌آپ با یک محفظه دستی رباتیک سفارشی برای ربات‌های انسان‌نما و ماهر، با هندسه پیچیده که شامل 12 کانال داخلی کوچک و یک پوسته بیرونی صاف بود، به ما آمد. آنها نیاز داشتند که این قطعه به اندازه کافی قوی باشد تا اشیا را بدون شکستن در دست بگیرد، اما به اندازه کافی سبک باشد تا وزن ربات را پایین نگه دارد، و آنها نیاز داشتند که کانال های داخلی کاملاً عاری از پودر باشد تا هوا بتواند برای یکپارچگی حسگر از آن عبور کند. ما از ترکیبی از پودر زدایی گریز از مرکز برای خارج کردن بیشتر پودر استفاده کردیم، به دنبال آن از هوای فشرده با یک نازل ریز برای پاکسازی کانال های داخلی، سپس بازپخت برای کاهش تنش داخلی و در نهایت یک پوشش نازک پلی اورتان برای آب بندی سطح استفاده کردیم. این قطعه برای اولین نمونه اولیه آنها کاملاً کار کرد و از آن زمان تاکنون 50 دستگاه دیگر سفارش داده اند.
البته، ما فقط قطعات نایلونی را در تاسیسات خود انجام نمی دهیم. ما با طیف گسترده ای از مواد، از جمله پلاستیک ABS برای نمونه های اولیه سریع کار می کنیم، زمانی که مقاومت در برابر ضربه اولویت اصلی است، همانطور که می توانید در این لینک برای سرویس چاپ سه بعدی ABS Plastic Rapid Prototype را ببینید. برای قطعات فلزی، ما فولاد ضد زنگ Metal Part SLA با کیفیت بالا را برای کاربردهای صنعتی و برای دستگاه‌های پزشکی، سال‌ها تجربه با چاپ سه‌بعدی SLA برای قطعات پزشکی داریم که با استانداردهای نظارتی دقیق مطابقت دارد. تمام قطعات ما، بدون در نظر گرفتن مواد، تحت پس پردازش دقیق قرار می گیرند تا اطمینان حاصل شود که مشخصات دقیق مشتریان ما را برآورده می کنند.
اگر روی پروژه ای کار می کنید که از قطعات نایلونی SLS استفاده می کند، گردش کار مناسب پس از پردازش می تواند یک قطعه خوب را به یک قطعه عالی تبدیل کند. در مرکز ما، ما فقط مراحل عمومی پس از پردازش را دنبال نمی‌کنیم - ما هر گردش کار را بر اساس نیازهای مشتری، آزمایش نمونه‌ها، تنظیم جدول زمانی، و بررسی کیفیت در هر مرحله انجام می‌دهیم تا مطمئن شویم قسمت نهایی دقیقاً همان چیزی است که آنها نیاز دارند. چه در حال ساخت یک نمونه اولیه، یک قطعه رباتیک سفارشی یا یک دستگاه پزشکی باشید، ما این تخصص را داریم که شما را در کل فرآیند، از طراحی تا قسمت نهایی، راهنمایی کنیم.
اگر در مورد پس پردازش قطعات SLS نایلونی خود سؤالی دارید، یا اگر می خواهید برای پروژه بعدی خود پیشنهاد قیمت داشته باشید، مایلیم به شما کمک کنیم تا یک گردش کاری متناسب با نیازهای خود ایجاد کنید. برای شروع گفتگو، امروز با تیم ما تماس بگیرید.
مراجع:
- گیبسون، آی.، روزن، DW، و استاکر، بی. (2015). فن آوری های ساخت افزودنی: پرینت سه بعدی، نمونه سازی سریع، و ساخت دیجیتال مستقیم. اسپرینگر.
- Ahn, D. (2015). "پودرزدایی و تکمیل قطعات انتخابی زینتر شده با لیزر." مجله فرآیندهای تولید، جلد. 20، صص 492-500.
- ISO 10993-5:2009، ارزیابی بیولوژیکی دستگاه های پزشکی - قسمت 5: آزمایشات برای سمیت سلولی آزمایشگاهی.
- دینگ، جی.، و همکاران. (2020). "تاثیر آنیل بر خواص مکانیکی 12 قسمت نایلون ساخته شده توسط تف جوشی لیزری انتخابی." مواد و طراحی، جلد. 192، ص. 108765.
