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探讨:后处理在3D打印零件中越来越重要

行业资讯 | 2019-08-08 99

让我们面对现实 - 大多数3D打印机出来的部件......有点难看。有移除支撑,粉末和树脂清除,以及关键的表面和加工功能。没有这些二次操作,印刷部件几乎没有价值。
 
正如任何零件设计师所告诉你的那样,增材制造(AM)的复杂性可能是免费的,但后期处理需要使他或她最新的想法功能和美学上的愉悦需要大量的成本。


“我们工厂的三分之二用于后处理技术人员和设备 - 只有三分之一用于实际印刷,”位于宾夕法尼亚州阿伦敦的服务机构ProtoCAM的增材制造副总裁Ed Graham说。“这些技术人员,平均任期为15年。在这方面我们非常幸运,因为如果你需要拥有这些技能的人,那就无处可去。对我来说,印刷是增材制造的一个更容易的部分。它的后期处理很难。”


但是什么使后处理变得如此困难,为什么它首先是必要的呢?使用激光驱动的打印机比大多数数控机床的成本更高 - 而且往往更多 - 人们会认为他们可以在黄金时间内准备好零件,而无需人工清洁,喷砂,刮削和打磨。


要回答这些问题,有必要了解3D打印过程。AM的名字表明,通过逐渐向工件添加材料,通常一次一个纸薄层。正如办公楼在施工期间可能需要支撑以保持墙壁和地板稳定一样,许多添加工艺也需要格子状结构形式的支撑,以防止新生工件在生产过程中下垂或翘曲。必须在构建后删除这些支持。

逐层构建过程还会在所有非水平零件表面上创建阶梯效应。一旦零件离开腔室,这些层通常需要一定程度的平滑,并且功能表面可能需要二次加工。例如,孔通常需要铰孔或钻孔; 螺纹部件必须攻丝或螺纹铣削; 并且,根据工件的尺寸,几何形状和所使用的添加工艺的类型,尺寸规格小于±0.005英寸左右的特征需要在CNC加工中心,车床,EDM或磨床上完成。


还有需要考虑的原材料。从粉末床3D打印机中取出的零件类似于一个严重烘烤的蛋糕,金属或塑料块楔入其口袋和缝隙中,而从树脂打印机的桶中出来的那些通常是粘糊糊的。同样,必须从新生工件上除去所有这些多余的粉末或树脂,并回收剩余的材料供以后使用。


印刷金属部件 - 近年来AM显着增长的一个关键原因 - 必须从其底板上切掉,然后进行热处理以去除印刷过程中产生的内应力。完成刚刚描述的二次加工后,零件经常被涂漆,阳极氧化或电镀,就像减少制造的部件一样。


类似地,聚合物部件可以涂漆或电镀,但通常在类似复活节彩蛋的过程中染色。



对速度的需求

幸运的是,加工和制造行业已经对制造零件进行了几个世纪的后处理,实际上所有用于此的传统方法对3D打印组件同样有效。但随着AM从长期的原型技术转变为主流的终端零件制造流程,挑战在于扩展和自动化这些流程以支持添加剂量产。


格雷厄姆说:“现在这个行业正在发生变化。” “使用人工来完成原型甚至几十个零件可能具有成本效益,我们现在看到1000件以上的订单。这就是为什么更高效的后处理方法现在变得越来越重要,因为最近所有重点都放在最终用途材料,更快的打印时间,更大的构建包络,以及最终更高的产量。“高效的后处理不仅仅是对速度的需求,然而。格雷厄姆说,重复性和一致性是手动零件加工难以实现的同等重要属性。


这解释了ProtoCAM最近对DyeMansion北美自动化零件清洗机的投资,ProtoCAM使用该自动零件清洗机对来自HP MultiJet Fusion 3D打印机的零件进行后处理。


数据驱动

类似的系统可从PostProcess Technologies Inc.,Buffalo,NY获得,其为所有3D打印材料和印刷技术提供支撑去除和表面处理设备。


首席技术培训师Andy Kottage表示,自动化,经济高效的后期处理取决于三个要素:硬件,软件和化学。每个都根据零件材料和几何形状的独特组合进行应用。

“我们所有的解决方案都考虑到了这些因素,但必要的智能从软件开始,”他解释道。“增材制造是一个非常数据驱动的过程,我们很早就意识到我们可以使用这些数据来管理后处理零件所需的化学和机械能,并非常密切地模拟技术人员的行动。


整个进程如何运作?任何通过洗车驾驶车辆的人都会理解PostProcess方法,除了这种洗车能够指导精确的磨料或化学物质流,无论需要什么压力和速度来移除每一个阶梯,建立支撑和一点粉末。最重要的是,商店建造零件数百或数千,该系统专为自动化大规模生产而设计。


PostProcess Tech还有一种潜水技术,允许工件在罐内的篮子内自由漂浮,然后通过先进的泵送方案暴露于超声波能量,热量和化学作用,这有助于搅动部件并使其“翻转”。 Kottage说,洗澡可以更有效地接触。它主要用于采用熔融沉积成型,PolyJet,立体光刻和其他聚合物打印机构建的产品。


通过将工件固定在碗内,Rösler的R 150 DL-2旋转振动器可对许多3D打印组件进行彻底和可预测的精加工。


没有一站式购物

密歇根州巴特尔克里克RöslerMetalFinishing USA的首席执行官Bernie Kerschbaum 表示,后处理远不是一刀切的技术。 


“许多人进入增材制造业询问,'好吧,什么是一种适合我的整理方法?'”他说。“问题在于没有一种方法,而且往往甚至不是一步到位的方法。


Kerschbaum表示,Rösler的后加工方法与大规模完成铸件和锻件,注塑成型塑料零件,金属冲压件和机加工零件的工艺并没有什么不同,这是德国公司自1933年以来一直在努力解决的问题。与传统制造的零件一样,基于各种因素,可以采用任何数量的方法对3D打印的零件进行后处理。


“这些零件是如何制造的并不重要,”他说。“无论是加法还是减法......成功的后处理确实没有比找到正确的过程或过程组合以获得理想结果更多的东西。解决表面处理挑战的经验以及对整个生产链的良好理解将有助于为任何部件找到最具成本效益的解决方案。