ในการขัดเงาชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติเพื่อให้ได้ผิวที่ละเอียด วิศวกรใช้เทคนิคการตกแต่งทางอุตสาหกรรมที่หลากหลาย รวมถึงการเคลือบผิว การพ่นทราย และวิธีการตกแต่งด้วยมือ แม้ว่าการพิมพ์ 3 มิติจะสามารถผลิตชิ้นส่วนที่ซับซ้อนได้ แต่การพิมพ์ครั้งแรกมักจะแสดงพื้นผิวที่ขรุขระและเส้นชั้นที่เด่นชัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในชิ้นส่วนที่ผลิตโดยใช้การสร้างแบบจำลองการสะสมแบบหลอมรวม (FDM) ด้วยเหตุนี้ การประมวลผลภายหลังจึงเป็นส่วนสำคัญอย่างยิ่งของการผลิตชิ้นส่วน การปรับพื้นผิวที่ขรุขระของชิ้นส่วนที่ยังไม่เสร็จให้เรียบโดยการเพิ่มหรือลบชั้นของชิ้นส่วน ในบทความนี้ Antarctic Bear จะแนะนำและเปรียบเทียบกระบวนการตกแต่งพื้นผิวกระแสหลัก 2 กระบวนการในตลาดในปัจจุบันอย่างเป็นระบบ ได้แก่ การทำให้เรียบด้วยไอน้ำและการขัดแบบละเอียดแบบสั่นสะเทือน เพื่ออำนวยความสะดวกในการทำความเข้าใจกระบวนการที่เกี่ยวข้อง ข้อดีและข้อเสียของแต่ละวิธี
ไอน้ำเรียบ
Vapor Smoothing หรือที่เรียกว่าการปรับให้เรียบด้วยไอเคมี เป็นเทคนิคการชุบผิวที่ทำให้ชิ้นส่วนที่พิมพ์สัมผัสกับสภาพแวดล้อมของตัวทำละลายที่ระเหย กระบวนการปรับให้เรียบด้วยไอระเหยทางอุตสาหกรรมต้องมีการหยุดส่วนประกอบชิ้นเดียวหรือหลายชิ้นอย่างระมัดระวังในห้องที่มีอากาศถ่ายเทเพื่อให้ได้รับแสงสูงสุด ส่วนผสมของตัวทำละลายทางเคมี เช่น FA 326 จะถูกฉีดเข้าไปในห้องที่มีการควบแน่นและแข็งตัวบนชิ้นส่วน ขจัดความไม่สม่ำเสมอของพื้นผิวผ่านการหลอมแบบควบคุม เมื่ออุณหภูมิห้องเพิ่มขึ้น ตัวทำละลายที่ตกค้างจะระเหยและถูกนำกลับมาใช้ใหม่ ส่วนสุดท้ายจะกันน้ำได้และยังคงรักษาช่องด้านในที่เรียบเสมอกัน ขนาดที่แม่นยำและปริมาณวัสดุดั้งเดิม เพื่อผลลัพธ์การปรับไอน้ำให้เรียบที่ดีที่สุด ขอแนะนำให้ดำเนินการในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมโดยใช้อุปกรณ์ระดับอุตสาหกรรมที่ออกแบบมาสำหรับการปรับไอน้ำให้เรียบในการพิมพ์ 3 มิติ สำหรับผู้ที่สนใจวิธี DIY การทำให้เรียบด้วยไอสามารถทำได้โดยใช้อะซีโตนหรือเอธานอลเป็นตัวทำละลายเคมี หรือในกรณีนี้เรียกว่าการทำให้ชุ่มด้วยตัวทำละลาย อย่างไรก็ตามต้องใช้ความระมัดระวังและต้องมีมาตรการและอุปกรณ์ความปลอดภัยที่เหมาะสม
△ส่วนไอน้ำเรียบอยู่ทางซ้าย และการรักษาพื้นผิวมาตรฐานอยู่ทางขวา (แหล่งที่มาของรูปภาพ: ProtoLabs)
ขัดละเอียดแบบสั่นสะเทือน
ส่วนการเคลือบผิวแบบสั่นสะเทือนนั้นไม่ใช้สารเคมีในการเตรียมพื้นผิว แต่จะอาศัยสื่อที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเพื่อปรับปรุงพื้นผิวของชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติ ในระหว่างกระบวนการ ชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติหลายชิ้นจะถูกใส่ในถังแบบสั่นซึ่งเต็มไปด้วยวัสดุขัดและสารหล่อลื่นผสมที่เลือกไว้ เมื่อเปิดเครื่อง กระบอกจะเริ่มเคลื่อนที่ ทำให้เกิดแรงเสียดทานเชิงกลระหว่างชิ้นส่วนและสื่อการเจียร กระบวนการลบนี้ช่วยปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวของชิ้นส่วนโดยการลดและค่อยๆ ขจัดชั้นนอกสุดของวัสดุ การขัดละเอียดแบบสั่นสะเทือนต้องใช้มาตรการและอุปกรณ์พิเศษ และมีสองวิธี: วิธีสั่นสะเทือนและวิธีปั่น วิธีการสั่นเหมาะอย่างยิ่งสำหรับวัตถุขนาดใหญ่ที่มีรายละเอียดน้อย และสามารถบรรลุผลลัพธ์ที่ต้องการได้รวดเร็วยิ่งขึ้น
การเลือกวัสดุขัดหรือเศษเป็นสิ่งสำคัญในการขัดแบบละเอียดแบบสั่นสะเทือน เศษขัดสามารถทำจากเซรามิก พลาสติก หรือเหล็ก ซึ่งแต่ละอย่างให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกัน สารกัดกร่อนเซรามิกเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการลบคมและทำให้พื้นผิวเป็นมันเงา เนื่องจากมีความหนาแน่นสูงจึงสามารถทนต่อแรงกดดันได้สูงและเหมาะสำหรับการตัดเฉือนชิ้นส่วนเหล็กกล้าไร้สนิม โลหะ และพลาสติก วัสดุขัดพลาสติกเหมาะอย่างยิ่งสำหรับพื้นผิวที่อ่อนนุ่มและบอบบางซึ่งต้องการการตกแต่งที่นุ่มนวล มีทั้งรูปทรงพีระมิดและทรงกรวย นอกจากนี้ Walther Trowl ยังได้พัฒนาวัสดุขัดแบบหัวนมสำหรับชิ้นส่วนขนาดเล็กและบอบบางในบริเวณที่เข้าถึงยาก สารขัดเหล็กส่วนใหญ่เป็นทรงกลมและมีการขจัดเนื้อวัสดุน้อยที่สุด ทำให้เหมาะสำหรับการขัดและทำความสะอาดเชิงกลของชิ้นส่วนโลหะ เงิน หรืออลูมิเนียมเพื่อให้แน่ใจว่าพื้นผิวเรียบและไม่มีรอยขีดข่วน
△สารกัดกร่อนที่ทำจากเซรามิกสามารถทนต่อแรงดันสูงได้ (ที่มา: Vibrafinish)
นอกจากสารกัดกร่อนแล้ว กระบวนการขัดละเอียดแบบสั่นสะเทือนยังต้องการของเหลวหล่อลื่น เช่น สารประกอบ สารประกอบใช้เพื่อดูดซับและขจัดการสึกหรอจากชิ้นส่วน และเพื่อทำความสะอาดและขจัดคราบมันในชิ้นส่วนต่างๆ สามารถเลือกสารประกอบที่เป็นกรดสำหรับการตัดเฉือนชิ้นส่วนโลหะสำหรับการกัดกรดได้ หลังจากการแปรรูป จำเป็นต้องทำให้แห้ง ชิ้นส่วนเหล่านี้สามารถทำให้แห้งในเครื่องอบแห้งแบบสั่นสะเทือนโดยวางด้วยสื่อที่ทำให้แห้งด้วยความร้อน เช่น ซังข้าวโพดบด ลูกจันทน์เทศ หรือบล็อกไม้ แล้วสั่นสะเทือน อีกทางเลือกหนึ่ง เครื่องอบแห้งแบบสายพานเหมาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนที่บอบบางและมีขนาดใหญ่ซึ่งมีช่องและรูภายใน ในเครื่องเป่าสายพาน ชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติจะถูกส่งผ่านระบบลมร้อนบนสายพานและทำให้แห้งด้วยวิธีนี้
การขัดเงาให้เรียบด้วยไอน้ำและการขัดผิวแบบสั่นสะเทือนจะแตกต่างกันไปในเวลา ตั้งแต่สิบนาทีถึงหลายชั่วโมง ขึ้นอยู่กับจำนวนและความซับซ้อนของชิ้นส่วนที่กำลังดำเนินการ
วัสดุที่เข้ากันได้
Vapor Smooth เข้ากันได้กับโพลิเมอร์และอีลาสโตเมอร์สำหรับการพิมพ์ 3 มิติส่วนใหญ่ วัสดุทั่วไปสำหรับการทำให้เรียบด้วยไอน้ำ ได้แก่ Acrylonitrile Styrene Acrylate (ASA), Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS), High Impact Polystyrene (ขึ้นอยู่กับเครื่องจักร), Nylon 11 (PA 11), Nylon 12 (PA 12), polypropylene (PP) และโพลีคาร์บอเนต /อะคริโลไนไตรล์ บิวทาไดอีน สไตรีน (PC-ABS) อย่างไรก็ตาม เป็นที่น่าสังเกตว่าไม่แนะนำให้ทำไอน้ำให้เรียบด้วย TPU และเส้นใยพิเศษบางชนิด ตัวทำละลายแต่ละชนิด เช่น อะซีโตน เมทิลเอทิลคีโตน (MEK) เตตระไฮโดรฟิวแรน (THF) ไดคลอโรมีเทน (DCM) และเอทิลอะซีเตต มีประสิทธิภาพและข้อพิจารณาในการใช้งานที่แตกต่างกัน
อย่างไรก็ตาม การขัดแบบละเอียดแบบสั่นสะเทือนนั้นเข้ากันได้กับวัสดุอื่นๆ มากมาย ตัวอย่างเช่น การขัดละเอียดแบบสั่นสะเทือนไม่ได้มีเฉพาะสำหรับชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติที่ทำจากเทอร์โมเซต เทอร์โมพลาสติก และอีลาสโตเมอร์ เช่น โพลิเอทิลีน (PE) โพลิโพรพิลีน (PP) หรือโพลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต (PET) เท่านั้น ยังสามารถใช้กับโลหะ เช่น อะลูมิเนียม สเตนเลส เหล็ก ทองเหลือง หรือทองแดง สิ่งนี้ทำให้เป็นวิธีการที่หลากหลายมากขึ้น ซึ่งสามารถใช้เป็นวิธีหลังการประมวลผลสำหรับเทคนิคการพิมพ์ 3 มิติต่างๆ เช่น FDM/FFF และผงฟิวชั่นเบด
△ก่อนและหลังการเปรียบเทียบชิ้นส่วนโลหะขัดเงาแบบสั่นสะเทือน (ที่มา: Acton Finishing)
ข้อจำกัดและข้อดีของเทคนิคหลังการประมวลผล
กระบวนการทั้งสองมีข้อดีหลายประการในแง่ของลักษณะพื้นผิวและประสิทธิภาพ การทำให้เรียบด้วยไอน้ำทำให้ได้ชิ้นส่วนพื้นผิวที่เรียบและทนน้ำได้เทียบเท่ากับการฉีดขึ้นรูป และปรับปรุงการยืดตัว คุณสมบัติแรงดึง คุณสมบัติการดัดงอของชิ้นส่วน รักษาคุณลักษณะ ความแข็งแรง และความแม่นยำ ในทางกลับกัน การเคลือบผิวแบบสั่นสะเทือนจะไม่ได้ผิวเคลือบกันน้ำ แต่ยังให้พื้นผิวที่เรียบเป็นพิเศษ ขจัดรอยการเคลือบผิว และสร้างพื้นผิวที่ป้องกันรอยขีดข่วนและรอยเปื้อน ส่วนประกอบที่ผ่านกระบวนการไวโบรฟินิชและวิธีทำให้เรียบด้วยไอน้ำทำให้ได้พื้นผิวที่เรียบและมีลักษณะมันวาว อย่างไรก็ตาม การขัดผิวด้วยไอน้ำให้พื้นผิวที่เงางามกว่าการขัดแบบละเอียดแบบสั่นสะเทือน นอกจากนี้ ชิ้นส่วนที่ผ่านการขัดละเอียดแบบสั่นสะเทือนยังแสดงประสบการณ์การสัมผัสที่นุ่มนวลและน่าพึงพอใจยิ่งขึ้นอย่างเห็นได้ชัด
อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าการปรับให้เรียบด้วยไอน้ำไม่ใช่วิธีที่ดีที่สุดสำหรับการพิมพ์ทุกครั้ง โมเดลที่ซับซ้อนเกินไป เล็กเกินไป ใหญ่เกินไป หรือแบนเกินไปอาจทำให้รายละเอียดบิดเบี้ยวหรือสูญเสียไป และอาจมองเห็นสิ่งประดิษฐ์ได้ในภายหลัง หลังจากการทำให้เรียบด้วยไอน้ำ ชิ้นส่วนต่างๆ อาจแสดงข้อบกพร่อง เช่น รอยเชื่อม แผลพุพอง รอยกัด ขอบสระ จุด รู หรือคุณสมบัติที่ไม่สมบูรณ์ นอกจากนี้ เป็นที่น่าสังเกตว่าวัสดุที่มีความยืดหยุ่นมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อบกพร่องที่พื้นผิวมากกว่าวัสดุที่มีความแข็ง ดังนั้น ต้องใช้ความระมัดระวังในการตั้งเวลาเมื่อไอน้ำทำให้ชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบที่เคลื่อนไหวเรียบพร้อมกับข้อต่อเพื่อหลีกเลี่ยงการประนีประนอมต่อความสมบูรณ์ของข้อต่อหรือทำให้เกิดการเกาะติดเนื่องจากการเปิดรับไอน้ำมากเกินไป
ในทางกลับกัน การขัดละเอียดแบบสั่นสะเทือนนั้นเหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3D หลากหลายประเภทมากกว่าการทำให้เรียบด้วยไอน้ำ เนื่องจากสามารถปรับให้เข้ากับความต้องการเฉพาะ คุณสมบัติของวัสดุ และโครงสร้างของชิ้นส่วนโดยการเลือกสารกัดกร่อนและวิธีการต่างๆ การตกแต่งแบบสั่นสะเทือนเหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติเกือบทั้งหมด ตราบใดที่กระบวนการนี้ดำเนินการอย่างมืออาชีพโดยผู้เชี่ยวชาญเสมอ อย่างไรก็ตาม การขัดผิวแบบสั่นสะเทือนอาจทำให้สูญเสียรูปทรงของชิ้นส่วนได้ ตัวอย่างเช่น มุมและส่วนปลายของส่วนประกอบต่างๆ อาจโค้งมนมากเกินไปและทำให้เสียรูปทรง ซึ่งจะไม่เกิดขึ้นกับการปรับให้เรียบด้วยไอน้ำ นอกจากนี้ การเก็บผิวแบบสั่นในบางครั้งต้องใช้ขั้นตอนการทำให้แห้งเพิ่มเติมในภายหลัง ซึ่งทำให้กระบวนการนี้ยืดเยื้อ
ฟิลด์แอ็พพลิเคชัน
การทำให้เรียบด้วยไอเป็นเทคโนโลยีที่อุตสาหกรรมต่างๆ ชื่นชอบ เช่น การแพทย์ ยานยนต์ และอวกาศ สำหรับการบำบัดส่วนประกอบที่ทนน้ำ ต้านจุลชีพ และปราศจากสารเคมี เมื่อพูดถึงการขัดละเอียดแบบสั่นสะเทือน อุตสาหกรรมการแพทย์ ยานยนต์ และกีฬาได้รับประโยชน์จากเทคโนโลยีนี้เป็นพิเศษ ในทุกสนาม พื้นผิวที่เรียบ โดยเฉพาะชิ้นส่วนโลหะ มีความสำคัญต่อการทำงานที่เหมาะสมและสภาวะที่ปลอดภัยของส่วนประกอบต่างๆ อย่างไรก็ตาม การขัดเงาแบบปรับให้เรียบด้วยไอน้ำและการขัดแบบละเอียดสามารถทำได้ตลอดวงจรการพัฒนาผลิตภัณฑ์ ตั้งแต่แบบจำลองแนวคิดไปจนถึงต้นแบบไปจนถึงผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย และนำไปใช้ในอุตสาหกรรมหลากหลายประเภท เช่น การแพทย์ ยานยนต์ และสินค้าอุปโภคบริโภค ตัวอย่างของชิ้นส่วนที่ประมวลผลด้วยการขัดละเอียดแบบสั่นสะเทือน ได้แก่ ชิ้นส่วนรถยนต์สำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์ หรือโรลเลอร์สเก็ตและอุปกรณ์ออกกำลังกายสำหรับอุตสาหกรรมกีฬา นอกจากนี้ เครื่องประดับและเครื่องใช้บนโต๊ะอาหารยังได้รับการขัดเงาอย่างประณีตด้วยแรงสั่นสะเทือนสำหรับการใช้งานของผู้บริโภค ตัวอย่างของชิ้นส่วนที่ทำให้เรียบด้วยไอซึ่งมักใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์ ได้แก่ ส่วนประกอบภายในของยานพาหนะ เช่น แผงหน้าปัด ที่จับประตู และชิ้นส่วนคอนโซลกลาง การทำให้เรียบด้วยไอน้ำยังใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศสำหรับชิ้นส่วนของเครื่องบิน เช่น ปีก ท่ออากาศ และชิ้นส่วนเครื่องยนต์ เป็นต้น
รูปภาพ
△การทำให้เรียบด้วยไอมักใช้กับชิ้นส่วนเครื่องบินในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ (แหล่งรูปภาพ: Fast Radius)
ซัพพลายเออร์และราคา
ผู้ให้บริการต่างๆ เช่น SPALECK GmbH, VibraFinish หรือ Rohde AG เสนอการขัดละเอียดแบบสั่นสะเทือนสำหรับลูกค้าและบริษัทเอกชน สำหรับการปรับไอน้ำให้เรียบ Xometry, AMT, DyeMansion, Protolabs และ Hubs เป็นผู้ให้บริการที่โดดเด่นซึ่งให้บริการปรับไอน้ำให้เรียบไม่ว่าจะด้วยเครื่องจักรหรือวัสดุที่ใช้หลังการประมวลผลที่ระบุ 3Faktur เป็นบริษัทสัญชาติเยอรมันที่ให้บริการขัดผิวเรียบด้วยไอน้ำและขัดละเอียดแบบสั่นสะเทือน เครื่อง VaporSmoothing ที่รู้จักกันดี เช่น ซีรีส์ AMT PostPro3D และซีรีส์ Powerfuse S เป็นโซลูชันที่จัดทำโดย Xometry และ DyeMansion ในขณะที่ Protolabs และ Hubs ใช้วัสดุ SLS และ MJFHPA 12, PA 12 และ MJF Ultrasint™ TPU-01 ตามลำดับ
สำหรับการขัดละเอียดแบบสั่นสะเทือน เครื่องจักรอุตสาหกรรมขนาดใหญ่จากผู้ผลิต เช่น Walther Trowal, AVAtec หรือ Garant มีราคาประมาณ $18,000 ถึง $21,000 (€17,000 ถึง €20,{{ 7}}) สารขัดถู 2 กก. ราคาอยู่ระหว่าง 21 – 44 ดอลลาร์ (20 – 40 ยูโร) และสารประกอบ 5 ลิตรประมาณ 21 – 44 ดอลลาร์ (20 – 40 ยูโร) ราคาจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับปริมาณและขนาดของชิ้นส่วนที่จะตัดเฉือน สำหรับการทำให้เรียบด้วยไอน้ำ ค่าบริการสำหรับการทำให้ชิ้นส่วนแต่ละชิ้นเรียบนั้นอยู่ที่ $5-$15 (€4-€14) ขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของชิ้นส่วน แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วผู้ผลิตหลายรายจะเสนอบริการนี้ในชุดละ 10 ชิ้นเท่านั้น หรือชิ้นส่วนอื่นๆ การซื้อเครื่องพ่นไอน้ำที่นุ่มนวลอาจมีราคาประมาณ $10,000 ถึง $30,000 (€11,000–33,000) ขึ้นอยู่กับภูมิภาค ผู้ผลิต และคุณภาพ .
