Журнал "Научное Образование" в eLIBRARY.RU

  • na-obr@mail.ru
  • Статьи в следующий номер журнала принимаются по 30.04.2024г.

   Регистрационный номер СМИ: ЭЛ № ФС 77 - 74050 от 19.10.2018г. Смотреть

   Свидетельство регистрации периодического издания: ISSN 2658-3429 Смотреть

   Договор с ООО "НЭБ" (eLIBRARY.RU): № 460-11/2018 от 21.11.2018г.

     
kn1    kn2
     
     
kn3    kn4
     

Постобработка моделей, напечатанных с использованием аддитивных технологий печати

Дата публикации: 2022-11-25 02:36:24
Статью разместил(а):
Кежаев Никита Юрьевич

Постобработка моделей, напечатанных с использованием аддитивных технологий печати

Post-processing of models printed using additive printing technologies

Автор: Кежаев Никита Юрьевич  

ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова» Министерства обороны РФ, Санкт-Петербург, Россия

е-mail: z0911918@mail.ru

Kezhaev Nikita Yurievich

Military Medical Academy named after S.M. Kirov of the Ministry of Defense of the Russian Federation, Saint-Petersburg, Russia

е-mail: z0911918@mail.ru

 

Аннотация: Доработка, обработка и подготовка напечатанной модели будет необходима в подавляющем большинстве проектов. Постобработка - это процесс шлифовки, сглаживания или покраски поверхности напечатанной модели, который осуществляется для придания модели эстетической красоты. Крупные промышленные 3D-принтеры используют облачно-ацетоновые камеры, многоосевые эмалированные струи и различные химические ванны. Тем не менее, для получения красивой, гладкой и приятной на ощупь поверхности не обязательно покупать или иметь дорогостоящее оборудование. В статье рассмотрены доступные методы обработки, которые могут использоваться каждый день. Для каждого типа пластика требуется определенный метод обработки.

Abstract: Refinement, processing and preparation of the printed model will be necessary in the vast majority of projects. Post-processing is the process of grinding, smoothing or painting the surface of a printed model, which is carried out to give the model aesthetic beauty. Large industrial 3D printers use cloud-acetone cameras, multi-axis enamel jets, and various chemical baths. However, to get a beautiful, smooth and pleasant to the touch surface, it is not necessary to buy or have expensive equipment. The article discusses the available processing methods that can be used every day. Each type of plastic requires a specific processing method.

Ключевые слова: постобработка моделей, аддитивные технологии печати.

Keywords: Post-processing of models, additive printing technologies.

Тематическая рубрика: Технические науки и технологии.

 

Введение.

Применение аддитивных технологий значительно распространилось за последние несколько лет. Аддитивная печать, известная как трехмерная (3D) печать, в настоящее время используется при изготовлении прототипов и конечных продуктов. Многие из заготовок, изготовленных традиционными и нетрадиционными методами, нуждаются в постобработке для повышения качества конечного продукта. Технология послойного наложения слоев (FDM) лучше всего подходит для быстрого создания малобюджетных прототипов. В FDM-распечатках обычно видны линии слоев, поэтому, если необходимо получить гладкую поверхность, постобработка очень важна. Некоторые методы постобработки могут также сделать модель более прочной за счет изменения ее упругости, плотности, структурных и текстурных особенностей.

Основные требования.

Важно понимать, что установка правильных настроек для 3D принтера и слайсера - это базовый способ минимизировать объем работ во время постобработки модели. От начальных настроек слайсера зависит внешний вид объекта печати, высота слоев, толщина стенок, заполнение модели. 

Высота слоя определяет высоту каждого расплавленного слоя пластика, наносимого на предыдущий. Если печатать идет толстыми слоями, то на полученной модели будет меньше мелких деталей, но сама печать будет стабильней и быстрее. В случае печати тонкими слоями возможен более высокий уровень детализации и более высокая межслоевая адгезия. 

Скорость печати - быстрота перемещения печатающей головки, в момент выдавливания (экструзии) расплавленной пластиковой нити (филамента). Оптимальная скорость зависит от объекта, который печатается, и от типа пластиковой нити. Если печатающаяся 3D модель будет нуждаться в дальнейшей покраскеь, то лучше всего использовать низкую высоту слоя. Будет потрачено больше времени на печать, но меньше на шлифовку перед покраской.

Оболочка - это внешняя сторона проектируемой модели. Толщина оболочки - это количество слоев, которое будет иметь внешняя стенка до начала печати с заполнением. Чем выше значение для толщины оболочки, тем толще будут внешние стенки модели. Более толстые стенки делают модель прочнее, также следует увеличивать этот параметр, если модель будет требовать шлифовки или покраски. 

Плотность заполнения или наполнение - это значение которое показывает насколько модель будет заполняться материалом внутри. Плотность заполнения обычно измеряется в процентах от целого. Это означает, что если выбрана плотность заполнения 100%, то напечатанная модель будет сплошной, без пустот внутри. Соответственно, если выбрано 0%, то напечатанная модель внутри будет пустой. Плотность заполнения используется для экономии пластика и увеличения скорости печати. Модель с большим заполнением будет прочнее и тяжелее модели с малым заполнением. Заполнение модели послужит гарантией того, что модель не будет повреждена или деформирована в процессе обработки.

На конечный результат также влияет качество филамента. Филамент плохого качества содержит примеси, которые отрицательно влияют на плавление материала, экструзию и охлаждение.  Низкокачественный материал, не имеет необходимой жесткостных характеристик для получения высококачественных моделей. В частности, нестабильный диаметр прутка пластиковой нити, может привести к проблемам с экструзией во время печати, что приведет к получению модели с крупными дефектами, для устранения которых необходимо тратить дополнительное время.

Поддерживающие материалы.

При печати навесных конструкций и моделей с элементами имеющими большой угол наклона, используют поддерживающие конструкции, на которую будут опираться выступающие части модели. Такие конструкции бывают водорастворимые или удаляемые механическим путем. Удаление подпорок – это первый этап постобработки при любой технологии 3D-печати, в которой они применяются. Подпорки делят на две категории: стандартные и растворимые. Удаление подпорок является обязательным и не приводит к улучшению качества поверхности их отделяют от распечатанной модели без особых проблем за исключением трудно доступных месть, такие как такие как отверстия или каверны, которые обрабатывают с помощью щетки или пинцета. Правильное расположение опорных структур и корректная ориентация при печати существенно уменьшают негативное влияние подпорок на общий вид модели после печати.

Заполнение трещин перед шлифованием.

Перед началом шлифования или покраски напечатанной модели, при необходимости заполняют все имеющиеся зазоры, трещины или не допечатанные пустоты, специальным наполнителем. Чаще всего используется эпоксидная смола, с которой легко работать и впоследствии шлифовать. Но таким методом нельзя пользоваться если вы хотите получить идеальную поверхность. Аккуратное заполнение пустот уменьшает в дальнейшем затраченное время на шлифовку. Старайтесь быть максимально аккуратным.

Шлифование.

Шлифовка - это примитивный и простой способ придания модели эстетической красоты, в зависимости от выбранного материала. Некоторые типы пластика шлифуется хорошо, другие хуже. Например, PLA и ABS очень легко поддаются шлифованию. Более твердые материалы, такие как поликарбонат и PMMA обработать крайне тяжело. Во время шлифования необходимо проявить терпение, более низкая температура плавления PLA пластика, может сделать его смолистым и мягким, если его шлифовать агрессивно и быстро. Поэтому терпение и немного времени, являются главными требованиями к получению гладкого, зеркального блеска на любой поверхности любой модели. Так же необходимо использовать наждачную бумагу нескольких размеров. Например, в случае с PLA пластиком необходимо использовать полный градиент зернистости, начиная с самого крупного 200 и заканчивая самой мелкой 3000.

Более твердый материал может выдерживать повышенное давление, но он также уязвим к высокому трению.   "Мокрое шлифование" снижает нагревание объекта, возникающее в результате трения. Это позволяет более эффективно удалять лишний материал с меньшей деформацией объекта. Шлифование круговыми движениями, с несильным, умеренным нажатием. После того как вы прошли по модели наждачной бумагой с крупной зернистостью, повторите процесс бумагой с более мелким зерном. По завершении шлифовки модель можно красить иди полировать паром, в зависимости от предпочтений.

Полировка паром.

Альтернатива шлифованию это паровая полировка. При полировке паром, небольшое количество подходящего растворителя помещают в контейнер. Модель тоже помещается в этот контейнер, на специальную платформу, подвешенную над растворителем. На контейнер надевается негерметичная крышка, а растворитель нагревается до тех пор, пока не начнет выделять пары.  Растворитель в форме пара, равномерно покрывает модель и воздействует на всю его поверхность, сглаживая его. Газообразный растворитель начинает медленно и равномерно растворять поверхность модели. Как только желаемый вид поверхности модели достигнут, объект извлекается из контейнера и высушивается на воздухе или промывается водой. Как и в случае шлифования, увеличение толщины оболочки и плотности заполнения в настройках слайсера перед печатью, приведет к созданию более прочного объекта, который сможет выдерживать паровую полировку. Такой способ подходит к малогабаритным моделям.

Грунтовка модели.

Грунтовка для 3D печати представляет собой особый вид краски, предназначена для создания однородной поверхности, к которой легко будет приклеиваться краска. Грунтовки выпускается в жидком виде и в виде аэрозольного спрея. Перед использованием аэрозольного спрея, хорошо встряхните содержимое баллона, вращая его круговыми движениями в течении 2-3 минут. Это очень важно, так как без встряхивания, на поверхности модели будут появляться пузырьки. Распыление можно начинать после того, как вы поймете, что металлический шарик, находящийся внутри баллона начнет двигаться плавно. При распылении держите баллон на расстоянии 15-20 см от поверхности модели. Распыление должно идти короткими, быстрыми движениями. Начало распыления сверху модели вниз. Движения должны быть быстрые, по необходимости нужно вращать модель. Нужно избегать чрезмерного распыления, возможно появление подтеков. Цель заключается в нанесении очень тонкого слоя, который в последствии будет наращиваться. Как только начальный слой высохнет, можно начинать напыление второго.

Вывод.

Качество поверхности модели зависит от множества параметров. Ключевые характеристики поверхности модели задаются еще до самой печати, а также подбором качественного филамента. Простые 3D модели, с минимальной детализацией поверхности, могут быть напечатаны с высокой скоростью и толщиной слоя, без значительной потери в качестве. При этом более детализированные модели, будет лучше печатать на небольшой скорости. Если модель имеет мелкие дефекты или шероховатости, они могут исправляться не сложными методами требующие минимум оборудования и немного терпения для получения качественного продукта.

 

Литература:

1. Шкуро А.Е. Технологии и материалы 3D-печати [Электронный ресурс] : учеб. пособие / А.Е. Шкуро, П.С. Кривоногов. – Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2017. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).

2. Езерская А.А. Изучение оптимальных условий постобработки органическими растворителями изделий, полученных при 3D-печати / А.А. Езерская, М.Л. Пивовар // Актуальные вопросы современной медицины и фармации: материалы 70-й науч.-практ. конф. студентов и молодых учёных, 25–26 апр. 2018 г. В 2 ч. Ч. 2. – Витебск: ВГМУ, 2018. – С. 752–753. 

3. Chya Y.L. Current and emerging applications of 3D printing in medicine / Y.L. Chya, M. Guvendiren // Biofabrication. – 2017 Jun. – Vol. 9, N 2. – P. 024102. 

4. Пырх Т.В. Свойства разбавленных растворов высокомолекулярного полилактида / Т.В. Пырх, А.А. Мажеева, О.В. Зайцева // Успехи в химии и хим. технологии. – 2008. – Т. 22, № 5. – С. 70–73. 

5. Аддитивные технологии – динамично развивающееся производство / О.Н. Гончаров [и др.] // Инженер. вестн. Дона. – 2016. – № 4. – С. 3–15. 

 

. . . . . . .