3D印刷技術の発展に伴い、ますます多くのユーザーが製品の研究開発や大量生産に使用しています。3D印刷の用途はより成熟していますが、明らかな層線や粗い表面など、印刷製品の表面にはまだいくつかの目に見える問題があります。蒸気平滑化と振動研磨は、これを改善するための主な2つの後処理方法です。それでは、2つの方法の比較を見てみましょう。
蒸気スムージング
化学蒸気平滑化とも呼ばれる蒸気平滑化は、印刷部品を表面処理のために溶剤環境にさらすことを含む技術です。工業用蒸気平滑化プロセスでは、個々の部品または複数の部品を密閉されたチャンバーに慎重に吊り下げて、露出を最大化します。化学溶剤(FA 326など)の混合物をチャンバーに注入して噴霧し、そこで部品上で凝縮および硬化し、制御された溶融によって表面の凹凸を排除します。チャンバー温度が上昇すると、残留溶媒が蒸発して回収されます。最後の部分は、滑らかな内面、正確な寸法、および元の材料量を維持しながら防水になります。
最適な蒸気平滑化結果を得るには、制御された環境での3D印刷蒸気平滑化用に特別に設計された工業用グレードの機器を使用することをお勧めします。DIY法に興味がある人のために、アセトンまたはエタノールは蒸気平滑化を達成するための化学溶媒として使用することができる。ただし、注意を払い、適切な安全対策と機器を設置する必要があります。
△左側が蒸気平滑部、右側が標準表面処理(写真提供:ProtoLabs)
振動研磨
一方、振動研磨は表面処理に薬品を使用しません。代わりに、3Dプリントされた部品の表面を強化するために研削媒体に依存しています。このプロセスでは、複数の3Dプリントされた部品が、選択された粉砕媒体と複合潤滑剤で満たされた振動ボウルに入れられます。機械の電源を入れると、ボウルが動き始め、部品と粉砕媒体の間に機械的摩擦が生じます。このサブトラクティブプロセスは、材料の外層を最小限に抑えて穏やかに除去し、部品の表面品質を向上させることができます。振動研磨には特別な対策と設備が必要であり、振動法とタンブリング法の2つの方法があります。振動法は、細部の少ない大きなオブジェクトに特に適しており、目的の結果をより速く達成できます。
振動研磨では、研磨剤または切りくずの選択が重要です。研磨片は、セラミック、プラスチック、または鋼で作成でき、それぞれが異なる結果を生み出します。セラミック研磨剤は、バリを取り除き、明るい表面仕上げを実現するのに特に効果的です。高密度のため、高圧に耐えることができ、ステンレス鋼、金属、プラスチック部品の加工に適しています。プラスチック研磨剤は、柔らかく繊細な表面の穏やかな加工に最適です。それらはピラミッド型または円錐形の品種があります。さらに、Walther Trowalは、手の届きにくい場所の超小型デリケートな部品に適したニップル型の研磨剤も開発しました。スチールショット研磨剤は、主に球形であり、最小限の材料除去を与えるため、金属、銀、またはアルミニウム製の部品の研磨および機械的洗浄に特に適しており、滑らかな傷のない表面を保証します。
△セラミックベースの研磨剤は高圧に耐えることができます。(出典: ビブラフィニッシュ)
研磨剤に加えて、コンパウンドとしても知られる潤滑剤が必要です。これらのコンパウンドは、部品の摩耗を吸収および除去し、部品の洗浄と脱脂に使用されます。金属部品の加工には、酸性化合物を酸洗いに使用できます。処理後、乾燥が必要です。部品は、コーンコブグリッツ、クルミシェルグリッツ、木材チャンクなどの加熱乾燥媒体と一緒に乾燥するために振動乾燥機に入れることができます。
対応材料
蒸気平滑化は、ほとんどの3D印刷ポリマーおよびエラストマーと互換性があります。蒸気平滑化に適した一般的な材料には、アクリロニトリルスチレンアクリレート(ASA)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、耐衝撃性ポリスチレン(機械によって異なります)、ナイロン11(PA 11)、ナイロン12(PA 12)、ポリプロピレン(PP)、およびポリカーボネート/アクリロニトリルブタジエンスチレン(PC-ABS)が含まれます。ただし、TPUおよび特定の特殊フィラメントは蒸気平滑化には推奨されないことに注意してください。アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、テトラヒドロフラン(THF)、ジクロロメタン(DCM)、酢酸エチルなどの各溶媒には、それぞれの有効性と用途に関する考慮事項があります。
一方、振動研磨は多くの異なる材料と互換性があります。たとえば、振動研磨は、熱硬化性プラスチック、熱可塑性プラスチック、エラストマー(ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)など)で作られた3Dプリント部品だけでなく、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、真ちゅうなどの金属にも使用できます。これにより、FDM / FFFやパウダーベッドフュージョンなどのさまざまな3D印刷技術の後処理技術として使用できる、より用途の広い方法になります。
△振動研磨処理した金属部品の前後比較(出典:アクトンフィニッシング)
後処理技術の限界と利点
どちらの方法にも、表面の外観と性能の点で多くの利点があります。蒸気平滑化は、射出成形部品と同じくらい滑らかで防水性のある表面を実現すると同時に、伸び、引張強度、曲げ性能を向上させ、部品の特性、強度、精度を維持できます。一方、振動研磨は防水性を実現できませんが、コーティングマークを取り除き、傷がつきにくく汚れにくい表面を生成することにより、非常に滑らかな表面を提供できます。振動研磨と蒸気平滑法を使用して処理された部品は、光沢のある滑らかな表面を生成できます。ただし、振動研磨と比較して、蒸気平滑化はより光沢のある表面を提供します。さらに、振動研磨で処理された部品は、著しく柔らかく、より快適な触感を示します。
一方、振動研磨は、さまざまな研磨剤/方法を選択することで、パーソナライズされた要件、材料特性、および構造に適応できるため、蒸気平滑化よりも幅広い3D印刷部品に適しています。このプロセスが常に専門家によって専門的に実行される限り、振動研磨はほとんどすべての3Dプリントコンポーネントを適用します。ただし、振動フィンシングにより、特定のコンポーネントの幾何学的形状が失われる可能性があります。たとえば、コンポーネントの角度と先端が丸くなりすぎて形状が失われることがありますが、これは蒸気スムージングでは発生しません。さらに、振動研磨では、その後さらに乾燥手順が必要になることがあり、プロセスが長くなります。
応用分野
蒸気平滑化は、化学物質を含まない防水抗菌部品を処理するために、医療、自動車、航空宇宙などの業界で好まれている技術です。振動研磨に関しては、医療、自動車、スポーツ産業がこの技術によって特に恩恵を受けます。各分野では、部品の適切な動作と安全条件を確保するために、滑らかな表面(特に金属部品)が重要です。しかし、蒸気平滑化と振動研磨の両方は、コンセプトモデルをプロトタイプ、最終製品に変える製品開発サイクル全体で実装でき、医療、自動車、消費財などのさまざまな業界で広く使用されています。たとえば、振動研磨技術を使用して処理される部品には、自動車部品やアイススケートやフィットネス機器などのスポーツ用品が含まれます。さらに、ジュエリーやカトラリーも、消費者向けの振動研磨技術を使用して研磨されます。蒸気平滑化部品が頻繁に使用される自動車産業の例は、ダッシュボード、ドアハンドル、センターコンソール要素などの車両の内部コンポーネントです。蒸気平滑化は、翼、エアダクト、エンジン部品などの航空宇宙産業の航空機部品にも使用されます。
△航空宇宙産業の航空機部品に一般的に適用される蒸気スムージング(画像ソース:高速半径)
サプライヤーと価格
SPALECK GmbH、VibraFinish、Rohde AGなどのさまざまなサービスプロバイダーが、個人のお客様や企業向けに振動研磨サービスを提供しています。蒸気平滑化の場合、よく知られているサービスプロバイダーには、Xometry、AMT、DyeMansion、Protolabs、Hubsなどがあります。これらは、指定された後処理ソリューションマシンを介して、または材料仕様に基づいて蒸気平滑化サービスを提供します。3Fakturは、蒸気平滑化と振動研磨の両方のサービスを提供するドイツの会社です。AMT PostPro3DシリーズやPowerfuse Sシリーズなどの一般的な蒸気平滑化機は、それぞれXometryとDyeMansionによって提供されています。プロトラブとハブは、MJFHPA 12(マルチジェットフュージョン高性能PA 12)、PA 12(ポリアミド12)、MJFウルトラシント™TPU-01材料でSLS(選択的レーザー焼結)技術を使用しています。
ワルサートロワルAVATecやギャラントなどのメーカーが製造する大型産業機械の振動研磨の価格は、18kドルから21ドル(17ドルから20ドル)の範囲です。2kgの研磨剤の価格は21ドルから44ドル(20ユーロから40ユーロ)の範囲ですが、5リットルのコンパウンドの価格はほぼ同じです(21ドルから44ドル/20ユーロから40ユーロ)。価格は、処理する部品の数量とサイズによって大きく異なります。蒸気平滑化サービスの場合、部品あたりのコストは、複雑さに応じて5ドルから15米ドル(4ドルから14ユーロ)の範囲になります。多くのメーカーは通常、このサービスを少なくとも10個の部品のバンドルでのみ提供していますが。バポットスムージングデバイス自体の購入コストは、地域、メーカー、品質レベルに応じて、約$ 10kから$ 30k USD(€11k-€33K)です。
