A 3D fémnyomtatás hatalmas előnyt jelenthet olyan alkatrészek gyártásánál, amelyek geometriája bonyolult, kevesebb darabból állnak és kisebb sorozatokat igényelnek. Az eljárásnak azonban megvannak a maga kihívásai, amikor a minőségi felületek kialakításáról van szó. A nyomtatott rétegek mérete, dőlésszöge, az alkatrész pozíciója, de maga a választott anyag is olyan faktorok, amelyek jelentősen befolyásolják a termékek felületi minőségét.
A 3D-nyomtatott fémalkatrészek finiselése ebből kifolyólag egy rendkívül fontos feladat, érdemes ezért szem előtt tartani néhány kritikus lépést mind a tervezés, mind a gyártás során, illetve nem árt, ha tudjuk, mik a megfelelő felületkiképzés legfontosabb lépései.
Renishaw által nyomtatott, komplex geometriájú, egyedi fogászati elem
Körültekintő tervezés
Mielőtt belevágnánk a 3D fémnyomtatásba, érdemes meghatároznunk, hogy milyen különbségek adódnak a tervezésben a konvencionális gyártási eljárásokhoz képest. Egyes finiselési eljárások jelentős mértékű anyagvesztességgel járnak, a sarkokat, szögeket és a különböző felületi geometriákat ezért rendhagyó módon kell megterveznünk.
Érdemes a nyomtatás előtt átgondolni azt is, hogy a szükséges alkatrészt hány darabból szeretnénk legyártani. Bár csábító lehet kiindulni a 3D-nyomtatás adta lehetőségekből, és egyben nyomtatni több részből álló összeállításokat is, tekintve, hogy a hagyományos finiselési technikák esetünkben nem alkalmazhatóak, nem árthat, ha leegyszerűsítjük a tervet, és legalább két darabból építjük fel. Így még mindig csak egy összeillesztési műveltre lesz szükség, lehetőségeink a finiselésre viszont bővülnek.
Egy alkatrészt számos felületkiképzéssel nyomtathatunk, az építési síkhoz képesti orientációjától, a dobozban lévő helyzetétől, illetve saját geometriájától függően. A legjobb kidolgozottság kialakítása érdekében ezért számba kell vennünk a nyomtatás módját, illetve az orientáció szempontjából kritikus szerepet játszó felületeket is.
Gyártás előtt
Miután megterveztük alkatrészünket, ne kezdjünk bele rögtön a sorozatgyártásba; először nyomtassuk ki az alkatrész egyik bonyolultabb részletét. Ezáltal lehetőségünk lesz kiértékelni a felületkiképzést, a geometriák anyagvesztességét, illetve a méreteket az adott tűréshatárok viszonyában. Az így kapott információt az eredeti tervbe visszatáplálva megtudhatjuk, hogy hol van szükség esetleges extra anyagra vagy élesebb sarkokra, a tényleges darabokat pedig sokkal hatékonyabban nyomtathatjuk.
Anyagvesztesség finiselés után ©Bel Air Finishing
Gyártás után
Akármilyen körültekintően is készítettük el az alkatrészterveket és teszteltük le a nyomtatást adott paraméterek mellett, a végtermék megfelelő felületi minőségének elérése érdekében elengedhetetlen annak megfelelő finiselése.
Meg kell értenünk, hogy a 3D fém-nyomtatott darabok esetében nincs olyan univerzálisan alkalmazható technika, amit mindig ugyanolyan eredményességgel tudunk alkalmazni. Az alkatrész felületét nagyban befolyásolja a nyomtató típusa, a nyomtatási eljárás, vagy éppen a használt alapanyag szemcséinek mérete. A megfelelő felületkiképzést tehát ezen paraméterek függvényében, sok esetben több különböző technika alkalmazásával kell biztosítanunk.
A finiselés kihagyhatatlan lépései
A finiselési folyamatnak mindig részét kell képezze az alkatrész tisztítása, nagyobb darab esetében pedig annak nedves csiszolása is.
Amennyiben porágyas technológiával nyomtatunk, a nyomtatott darabokat tisztítsuk vízsugaras eljárással, közvetlenül a porágyban, ezzel ugyanis akár 50%-al jobb felületeket kaphatunk.
A nedves csiszolást olyan gépekkel tudjuk elvégezni, amelyek valamilyen abrazív anyagot használnak a csiszolásához, eközben folyamatosan öblítik mind az alkatrészt, mind az anyagot, vízzel és csiszolófolyadékkal egyaránt. Ezzel a technikával az alkatrészek finom felületkiképzését végezhetjük, hasonlóan a megmunkáláshoz vagy a polírozáshoz. A három leggyakrabban használt nedves csiszolási eljárás a következő:
- Forgótartályos csiszolóberendezés (FMSL): A keverőedények hatalmas erővel (5-10 G) és a megfelelő abrazív anyagokkal forgatják az alkatrészeket a kívánt felületkiképzés érdekében.
- Bolygódobos koptató-csiszoló berendezés (CB): Az eljárás hasonló az FMSL-hez, azzal a kivétellel, hogy itt egy zárt tartályban és még nagyobb erővel (5-30 G) történik az alkatrészek forgatása.
- Reverse drag finishing (esetleg Ellenállás-csiszoló berendezésnek fordíthatnánk, hivatalos terminológiát nem találtunk) (FMRD): Az eljárás során cseppfolyósított csiszoló iszapot fecskendeznek az alkatrész felületére, így szabadítva meg azt a felületi egyenetlenségektől.
3D nyomtatott alkatrész finiselés előtt és után
Fontos megemlíteni, hogy a nedves csiszolás minden esetben anyagvesztességgel jár; minél rosszabb a nyomtatott alkatrész felületi minősége, annál több anyag eltávolítására lesz szükség a finiselés során. Az anyagvesztesség mértékét minden esetben kalkuláljuk bele a nyomtatott geometriába, hogy kompenzálhassuk a finiseléssel járó geometriai- és élvesztességeket. A sarkok, élek védelme érdekében pedig használhatunk maszkolást is.