Одна из проблем, с которой встречаются все фанаты FDM 3D-печати без исключения, это ребристость внешних поверхностей. Так как сама технология основана на последовательном нанесении слоев пластика, этого эффекта не избежать. Можно, конечно, сделать его менее заметным за счет повышения вертикального разрешения принтера (т.е. нанесения более тонких слоев), но полностью избавиться от ребристости не получится.
3D-модель из PLA-пластика до и после обработки горелкой. Видна внутренняя структура под просевшим наружным слоем
Практически с первых же дней проекта RepRap начались поиски методов обработки готовых моделей с целью сглаживания поверхностей. Упор был сделан на две особенности термопластиков: способность плавиться под воздействием высоких температур и размягчаться при контакте с соответствующими химикатами.
Как правило, термообработка не дает хороших результатов – регулировать нагревание поверхности достаточно сложно, а это приводит в итоге к вскипанию пластика, проседанию или просто выделению токсичных паров. Тем не менее, этот метод можно попробовать на монолитных моделях из PLA-пластика.
Более многообещающей является химическая обработка, однако и она сопряжена с определенными сложностями. Кроме технологических проблем, актуальна проблема реагентов – разные пластики реагируют с разными растворителями. Если ацетон прекрасно растворяет ABS-пластик, то на PLA-пластик он почти не имеет эффекта. С лимоненом же все с точностью до наоборот.
Основные приемы химического сглаживания до сих пор вращаются вокруг именно ABS-пластика ввиду его высокой популярности и дешевизны подходящих растворителей.
Типичным растворителем для ABS-пластика является ацетон. Хорошая растворяющая способность позволяет использовать его в виде клея для составляющих деталей моделей из ABS, хотя обычно для этого используется самодельная смесь, производимая растворением в ацетоне ABS крошки. Такой же клей (только более густой консистенции) нередко используется и для ремонта расслоений или трещин.
Наряду с повышенной эстетикой, немаловажным фактором в разработке методов сглаживания является повышенная прочность. Монолитная внешняя оболочка усиливает модели, предотвращая расслоение, и гарантирует их герметичность.
Makeraser – комбинированный инструмент, предназначенный, в том числе, и для обработки внешней поверхности моделей
Неудивительно, что первым делом 3D-мейкеры вооружились обычными кисточками с натуральным ворсом (синтетика может раствориться) в попытках сгладить свои модели. Однако, обработка с помощью кисточки – дело трудоемкое, да еще и требующее определенной сноровки. Ведь уже размягченный пластик легко деформировать самой кисточкой, то есть волоски будут оставлять на пластике след, который может и не выровняться перед тем, как ацетон испарится. Сравнять ярко выраженные неровности таким методом можно, но добиться ровной поверхности достаточно сложно.
Плюсом же подобной обработки является выборочное нанесение ацетона, что позволяет избегать сглаживания острых углов. Ведь для Хеопса построили пирамиду, а не конус, не так ли?
Попыткой создать специальный инструмент для ручной обработки стало устройство под названием Makeraser. По сути, это простой фломастер с резервуаром, наполненным ацетоном или ацетоновым клеем, и встроенным скребком для снятия моделей с платформы. С точки зрения практичности, этот инструмент лучше подходит для склеивания частей модели или нанесения ABS/ацетонового клея на рабочий столик непосредственно перед печатью для борьбы с закручиванием нижних слоев.
Неудачные попытки выравнивания поверхности погружением
Более перспективным и наиболее простым методом является погружение в ацетон. Выдержка модели из ABS-пластика в неразбавленном ацетоне около 10 секунд вполне достаточна для растворения внешнего слоя модели. Конкретное время выдержки может варьироваться в зависимости от качества исходной модели и концентрации ацетона. Так как продажа чистого ацетона регулируется, можно воспользоваться техническим растворителем.
После выдержки модель необходимо выдержать на воздухе пока ацетон не испарится. Процесс может занять около получаса.
Хотя этот метод достаточно быстр, регулировать процесс сложно. При излишней выдержке модель просто начнет растворяться, быстро теряя мелкие черты. Кроме того, загрязнение ацетона пластиком одного цвета может привести к появлению разводов на последующих моделях, окунаемых в тот же раствор. Более контролируемым процессом является обработка ацетоновыми парами.
Пожалуй, наиболее эффективный метод получения моделей из ABS-пластика с глянцевой поверхностью. Этот метод требует помещения модели в тару с небольшим количеством ацетона на дне. Сама модель не должна соприкасаться с ацетоном, поэтому модель следует устанавливать на платформу, либо подвешивать над поверхностью растворителя. При установке на платформу следует учитывать свойства материала подставки. Древесина плохо подходит для этой задачи ввиду пористости: нижняя поверхность модели склеится с древесиной, а отделить ее будет достаточно сложно. Наилучшим вариантом считается использование металлической подставки.
Желательно не использовать древесину в качестве платформы
После размещения модели емкость необходимо подогреть, чтобы повысить температуру ацетона. Ацетон испаряется и при комнатной температуре, но слишком медленно. Следует иметь в виду, что кипячение ацетона не рекомендуется, так как это будет способствовать накоплению конденсата на модели, который, в свою очередь, может вызвать образование разводов. Таким образом, для лучших результатов не стоит превышать температурный порог в 56°C.
Безопасное кустарное устройство для обработки парами, использующее кипяток во внешней кастрюле для нагревания ацетона во внутренней
Время выдержки сильно варьируется в зависимости от температуры ацетона. Так, при кипячении может хватить лишь нескольких секунд, тогда как эксперименты при комнатной температуре требовали до 40 минут выдержки. К счастью, используя прозрачный контейнер можно определить готовность модели «на глаз».
Как и в случае с обработкой погружением, готовую модель необходимо проветрить до затвердевания внешней поверхности, избегая лишнего физического контакта.
Как при погружении моделей в ацетон, так и при обработке парами следует учитывать толщину стенок моделей. Оболочка должна быть достаточно толстой, чтобы выдержать неминуемую потерю внешнего слоя. Кроме того, особенно тонкие черты могут просто раствориться, а острые углы будут сглажены.
Результат успешной обработки модели из ABS-пластика ацетоновыми парами
Ацетон не считается высокотоксичным веществом, но, тем не менее, следует проявлять осторожность. Вдыхание паров может привести к отеку легких и пневмонии. Признаком отравления служит ощущение интоксикации, сопровождаемое головокружением. Кроме того, ацетон вызывает раздражение слизистых оболочек. При работе с ацетоном не следует пренебрегать индивидуальными средствами защиты – очками и перчатками.
Стоит обратить особое внимание на легкую воспламеняемость ацетона. Воздушные смеси с концентрацией ацетона до 13% по объему взрывоопасны – при обработке ацетоновыми парами категорически рекомендуется проводить работы в хорошо вентилируемом помещении и, по возможности, использовать вытяжку. Не используйте открытый огонь для нагревания ацетона: так как пары растворителя тяжелее воздуха, они будут вытеснять воздух из сосуда, а оказавшись снаружи, охладятся и войдут в прямой контакт с огнем со всеми вытекающими последствиями. Плотно закрывать сосуд также не рекомендуется, особенно при сильном нагревании, во избежание разрушения под давлением.
Результат работы установки Stratasys Finishing Touch Smoothing Station
Помимо вышеописанного устройства Makeraser, существуют и коммерчески производимые установки для обработки парами как ацетона, так и других растворителей – дихлорметана, бутанона и др.
Компания Stratasys производит малоизвестную, но успешную установку Finishing Touch, способную обрабатывать любые вариации ABS-пластика до качества, практически неотличимого от моделей, произведенных литьем под давлением. Процесс облегчается наличием системы рециркуляции, что позволяет экономить на растворителе и предотвращать загрязнение воздуха потенциально опасными парами.
Перспективная установка Sky Tech MagicBox
Разработчики нового устройства Sky Tech MagicBox обещают совместимость своего устройства не только с ABS-пластиком, но и с PLA. Правда, они намереваются добиться этого с использованием все того же ацетона, несмотря на невысокую растворимость полилактида (PLA) в этом растворителе. Тем не менее, даже при возможности работы только с ABS новое устройство станет хорошим пособием, особенно для компаний, использующих FDM 3D-печать для мелкосерийного производства.
Перейти на главную страницу Энциклопедии 3D-печати
3D-модель из PLA-пластика до и после обработки горелкой. Видна внутренняя структура под просевшим наружным слоем
Практически с первых же дней проекта RepRap начались поиски методов обработки готовых моделей с целью сглаживания поверхностей. Упор был сделан на две особенности термопластиков: способность плавиться под воздействием высоких температур и размягчаться при контакте с соответствующими химикатами.
Как правило, термообработка не дает хороших результатов – регулировать нагревание поверхности достаточно сложно, а это приводит в итоге к вскипанию пластика, проседанию или просто выделению токсичных паров. Тем не менее, этот метод можно попробовать на монолитных моделях из PLA-пластика.
Более многообещающей является химическая обработка, однако и она сопряжена с определенными сложностями. Кроме технологических проблем, актуальна проблема реагентов – разные пластики реагируют с разными растворителями. Если ацетон прекрасно растворяет ABS-пластик, то на PLA-пластик он почти не имеет эффекта. С лимоненом же все с точностью до наоборот.
Основные приемы химического сглаживания до сих пор вращаются вокруг именно ABS-пластика ввиду его высокой популярности и дешевизны подходящих растворителей.
Типичным растворителем для ABS-пластика является ацетон. Хорошая растворяющая способность позволяет использовать его в виде клея для составляющих деталей моделей из ABS, хотя обычно для этого используется самодельная смесь, производимая растворением в ацетоне ABS крошки. Такой же клей (только более густой консистенции) нередко используется и для ремонта расслоений или трещин.
Наряду с повышенной эстетикой, немаловажным фактором в разработке методов сглаживания является повышенная прочность. Монолитная внешняя оболочка усиливает модели, предотвращая расслоение, и гарантирует их герметичность.
Ручная обработка
Makeraser – комбинированный инструмент, предназначенный, в том числе, и для обработки внешней поверхности моделей
Неудивительно, что первым делом 3D-мейкеры вооружились обычными кисточками с натуральным ворсом (синтетика может раствориться) в попытках сгладить свои модели. Однако, обработка с помощью кисточки – дело трудоемкое, да еще и требующее определенной сноровки. Ведь уже размягченный пластик легко деформировать самой кисточкой, то есть волоски будут оставлять на пластике след, который может и не выровняться перед тем, как ацетон испарится. Сравнять ярко выраженные неровности таким методом можно, но добиться ровной поверхности достаточно сложно.
Плюсом же подобной обработки является выборочное нанесение ацетона, что позволяет избегать сглаживания острых углов. Ведь для Хеопса построили пирамиду, а не конус, не так ли?
Попыткой создать специальный инструмент для ручной обработки стало устройство под названием Makeraser. По сути, это простой фломастер с резервуаром, наполненным ацетоном или ацетоновым клеем, и встроенным скребком для снятия моделей с платформы. С точки зрения практичности, этот инструмент лучше подходит для склеивания частей модели или нанесения ABS/ацетонового клея на рабочий столик непосредственно перед печатью для борьбы с закручиванием нижних слоев.
Погружение в ацетон
Неудачные попытки выравнивания поверхности погружением
Более перспективным и наиболее простым методом является погружение в ацетон. Выдержка модели из ABS-пластика в неразбавленном ацетоне около 10 секунд вполне достаточна для растворения внешнего слоя модели. Конкретное время выдержки может варьироваться в зависимости от качества исходной модели и концентрации ацетона. Так как продажа чистого ацетона регулируется, можно воспользоваться техническим растворителем.
После выдержки модель необходимо выдержать на воздухе пока ацетон не испарится. Процесс может занять около получаса.
Хотя этот метод достаточно быстр, регулировать процесс сложно. При излишней выдержке модель просто начнет растворяться, быстро теряя мелкие черты. Кроме того, загрязнение ацетона пластиком одного цвета может привести к появлению разводов на последующих моделях, окунаемых в тот же раствор. Более контролируемым процессом является обработка ацетоновыми парами.
Пожалуй, наиболее эффективный метод получения моделей из ABS-пластика с глянцевой поверхностью. Этот метод требует помещения модели в тару с небольшим количеством ацетона на дне. Сама модель не должна соприкасаться с ацетоном, поэтому модель следует устанавливать на платформу, либо подвешивать над поверхностью растворителя. При установке на платформу следует учитывать свойства материала подставки. Древесина плохо подходит для этой задачи ввиду пористости: нижняя поверхность модели склеится с древесиной, а отделить ее будет достаточно сложно. Наилучшим вариантом считается использование металлической подставки.
Желательно не использовать древесину в качестве платформы
После размещения модели емкость необходимо подогреть, чтобы повысить температуру ацетона. Ацетон испаряется и при комнатной температуре, но слишком медленно. Следует иметь в виду, что кипячение ацетона не рекомендуется, так как это будет способствовать накоплению конденсата на модели, который, в свою очередь, может вызвать образование разводов. Таким образом, для лучших результатов не стоит превышать температурный порог в 56°C.
Безопасное кустарное устройство для обработки парами, использующее кипяток во внешней кастрюле для нагревания ацетона во внутренней
Время выдержки сильно варьируется в зависимости от температуры ацетона. Так, при кипячении может хватить лишь нескольких секунд, тогда как эксперименты при комнатной температуре требовали до 40 минут выдержки. К счастью, используя прозрачный контейнер можно определить готовность модели «на глаз».
Как и в случае с обработкой погружением, готовую модель необходимо проветрить до затвердевания внешней поверхности, избегая лишнего физического контакта.
Как при погружении моделей в ацетон, так и при обработке парами следует учитывать толщину стенок моделей. Оболочка должна быть достаточно толстой, чтобы выдержать неминуемую потерю внешнего слоя. Кроме того, особенно тонкие черты могут просто раствориться, а острые углы будут сглажены.
Техника безопасности
Результат успешной обработки модели из ABS-пластика ацетоновыми парами
Ацетон не считается высокотоксичным веществом, но, тем не менее, следует проявлять осторожность. Вдыхание паров может привести к отеку легких и пневмонии. Признаком отравления служит ощущение интоксикации, сопровождаемое головокружением. Кроме того, ацетон вызывает раздражение слизистых оболочек. При работе с ацетоном не следует пренебрегать индивидуальными средствами защиты – очками и перчатками.
Стоит обратить особое внимание на легкую воспламеняемость ацетона. Воздушные смеси с концентрацией ацетона до 13% по объему взрывоопасны – при обработке ацетоновыми парами категорически рекомендуется проводить работы в хорошо вентилируемом помещении и, по возможности, использовать вытяжку. Не используйте открытый огонь для нагревания ацетона: так как пары растворителя тяжелее воздуха, они будут вытеснять воздух из сосуда, а оказавшись снаружи, охладятся и войдут в прямой контакт с огнем со всеми вытекающими последствиями. Плотно закрывать сосуд также не рекомендуется, особенно при сильном нагревании, во избежание разрушения под давлением.
Коммерческие варианты
Результат работы установки Stratasys Finishing Touch Smoothing Station
Помимо вышеописанного устройства Makeraser, существуют и коммерчески производимые установки для обработки парами как ацетона, так и других растворителей – дихлорметана, бутанона и др.
Компания Stratasys производит малоизвестную, но успешную установку Finishing Touch, способную обрабатывать любые вариации ABS-пластика до качества, практически неотличимого от моделей, произведенных литьем под давлением. Процесс облегчается наличием системы рециркуляции, что позволяет экономить на растворителе и предотвращать загрязнение воздуха потенциально опасными парами.
Перспективная установка Sky Tech MagicBox
Разработчики нового устройства Sky Tech MagicBox обещают совместимость своего устройства не только с ABS-пластиком, но и с PLA. Правда, они намереваются добиться этого с использованием все того же ацетона, несмотря на невысокую растворимость полилактида (PLA) в этом растворителе. Тем не менее, даже при возможности работы только с ABS новое устройство станет хорошим пособием, особенно для компаний, использующих FDM 3D-печать для мелкосерийного производства.
Перейти на главную страницу Энциклопедии 3D-печати
