Жидкости для постобработки деталей, напечатанных на 3D-принтере

Ванесия Хуртубис
12.08.2020 164

При струйной печати с использованием связующего ключевую роль для качества изделий играет выбор подходящих жидкостей.

3D-печать – это подвид аддитивного производства, которое используется уже не один десяток лет. Эта технология быстро получила широкое распространение в сфере производства медицинских изделий для функциональных применений.

По мере совершенствования технологий и материалов 3D-печать становится реальной альтернативой более традиционным методам производства (например, резке или инжекционному формованию), а в некоторых случаях полностью устраняет необходимость в механической обработке. Данная технология позволяет проектировщикам медицинских изделий создавать более сложные детали с замысловатой геометрией, изготовление которых традиционными методами было бы невероятно длительным или даже невозможным.

В прошлом конструкция слишком сложных или мелких деталей требовала компромиссов. Но теперь 3D-печать открыла практически безграничные возможности для проектирования. Она позволяет создавать тонкие, точные детали, рассчитанные на конкретных пациентов в соответствии с их уникальной анатомией. Капы для выравнивания зубов, слуховые аппараты, зубные коронки, контактные линзы, протезы и вставные челюсти теперь можно напечатать на 3D-принтере согласно особенностям каждого конкретного пациента.

В данной статье рассматривается, как один процесс аддитивного производства (струйная печать) используется для создания изделий, напечатанных на 3D-принтере и как важен выбор подходящих жидкостей для постобработки для успеха процесса струйной печати с использованием связующего.

СТРУЙНАЯ ПЕЧАТЬ – КРАТКИЙ ОБЗОР

Существует множество методов аддитивного производства деталей. Некоторые из них (например, селективная лазерная плавка и электронно-лучевая плавка) представляют собой достаточно сложные процессы, требующие специализированного оборудования, соблюдения многочисленных правил безопасности и привлечения высококвалифицированных специалистов.

Струйная печать – это более быстрая и доступная альтернатива другим процессам аддитивного производства, поскольку в ней не применяются лазеры или электронные лучи для создания деталей, что делает ее проще в использовании и требует лишь минимальной подготовки.

При струйной печати трехмерные детали изготавливаются на основе файла САПР. Здесь используются порошковые материалы (как правило, пластик или металл) и связующее вещество. Сопла принтера наносят ультратонкий слой порошка на платформу-основу. Затем для скрепления частиц применяется жидкий воск.

Печатающая головка продолжает слой за слоем наносить дополнительные слои порошкового материала и связующего, формируя твердую деталь. Качество и точность деталей, изготовленных в процессе 3D-печати, так высоки, что зачастую для получения готовой детали с отличной воспроизводимостью размеров требуется лишь минимальная постобработка.

Процесс струйной 3D-печати с использованием связующего может показаться достаточно простым, однако крайне важно учесть все детали, чтобы получить наилучший результат. Сюда входит выбор наиболее подходящих методов обработки и жидкостей для материала, используемого для печати.

ОБРАБОТКА ПЛАСТИКОВЫХ ДЕТАЛЕЙ ЖИДКОСТЬЮ

Исторически сложилось так, что 3D-печать практически всегда ограничивалась деталями из пластика. Даже сегодня более 80% деталей, напечатанных на 3D-принтере, изготавливаются из полимеров. Пластмассовые детали, напечатанные на 3D-принтере, получают путем послойного нанесения особых полимеров и связующего. Поскольку детали изготавливают последовательно, иногда поверхность напечатанных изделий остается ступенчатой и рельефной, из-за чего для получения готового изделия требуется «сглаживание».

Традиционные методы сглаживания рельефных поверхностей (шлифование, полировка или пескоструйная обработка) выполняются вручную, занимают много времени и зачастую после них остаются частицы материала. Современные жидкости для сглаживания можно использовать в установке для обезжиривания в парах растворителя. При погружении деталей в пары быстро испаряющегося растворителя поверхность пластиковых деталей слегка расплавляется, а все дефекты и выступы выравниваются. Таким образом, получается гладкая поверхность без каких-либо остатков материалов или повреждений готового изделия.

Чтобы выполнить качественное сглаживание, важно проанализировать химический состав используемого полимера и подбирать подходящий раствор.

ЖИДКОСТИ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ СВЯЗУЮЩЕГО ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

Хотя многие все еще ассоциируют 3D-печать с пластиком, применение металла в этой области стремительно расширяется. До недавнего времени 3D-печать металлом использовалась только для прототипов и мелкосерийного производства. Для полномасштабного массового производства это был слишком дорогой и медленный процесс. Однако по мере развития технологий 3D-печать металлом быстро прокладывает себе путь в крупносерийное производство готовых деталей.

В 3D-печати металлом применяется тот же процесс послойного нанесения, что и в 3D-печати пластиком, но вместо полимеров используется тонкодисперсный металлический порошок.

Стандартные металлические порошки содержат нержавеющую сталь, инструментальную сталь и множество других сплавов на основе железа и цветных металлов. В процессе струйной печати используется чередование слоев тонкодисперсного металлического порошка и связующего (как правило, это парафиновый воск, карнаубский воск или специальный полиэтиленовый воск) для создания неспеченных деталей. После печати каждую деталь очищают и спекают в печи, чтобы получить более плотную металлическую деталь.

Связующее играет важнейшую роль в процессе формования, однако во многих случаях его необходимо (хотя бы частично) удалить перед тем, как подвергнуть деталь воздействию высоких температур при спекании. Зачастую связующее удаляют с помощью специального растворителя, предназначенного для выборочного, но не полного удаления связующего. Связующее удаляют, чтобы избежать загрязнения металла при спекании, однако крайне важно, чтобы определенное количество связующего осталось, чтобы сохранить точные размеры детали в процессе спекания.

3D-печать позволяет проектировщикам медицинских изделий создавать детали с более сложной геометрией

При выборе метода удаления связующего важно найти баланс между наиболее быстрым удалением и наименьшими структурными повреждениями, поскольку удаление связующего делает конструкцию хрупкой. Удаление связующего можно выполнить либо в парах растворителя, либо растворителем в жидкой фазе в установке для обезжиривания. Оба метода предполагают, что растворитель проходит через поры и внутренние каналы детали, растворяя воск. Это позволяет подвергать детали воздействию более высоких температур в печи при спекании, значительно сокращая время производства готовой детали.

Были разработаны новые смеси растворителей, позволяющие ускорить процесс удаления связующего без использования н-пропилбромида, метилпирролидона, полиэтиленгликоля, гептана или трихлорэтилена, представляющих угрозу для здоровья и/или окружающей среды.

Новые жидкости для удаления связующего отличаются низкой вязкостью и поверхностным натяжением; они невоспламеняющиеся и обладают селективностью в отношении объема удаляемого связующего, что препятствует повреждению структуры деталей. При использовании установки для обезжиривания такие жидкости можно очищать и применять повторно.

После полного удаления связующего деталь подвергают спеканию при высоких температурах, чтобы металлический порошок перешел в монолитное состояние. Оставшееся в детали связующее в конечном итоге выпаривается под воздействием температуры при спекании. После этого деталь подвергается постобработке такими стандартными методами, как шлифование, резка или нанесение покрытий.

Компании, нуждающиеся в консультации по выбору подходящей жидкости или метода для удаления связующего, могут обратиться к партнерам, специализирующимся на удалении связующего с помощью установки для обезжиривания. Некоторые производители жидкостей предоставляют услуги своих специалистов с выездом на место для проведения оценки методов удаления связующего. Они также могут выполнить всесторонние лабораторные испытания образцов деталей, чтобы оценить эффективность очистки и удаления связующего.

Ванесия Хуртубис, Инженер-химик в компании MicroCare Medical

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Открылась онлайн-регистрация на ведущие отраслевые выставки Rosmould & 3D-TECH| Rosplast2023
Открылась онлайн-регистрация на ведущие отраслевые выставки Rosmould & 3D-TECH| Rosplast2023
Спешим сообщить об открытии онлайн-регистрации на Международные промышленные выставки Rosmould & 3D-TECH и Rosplast, которые…
19.01.2023
10
Список участников выставок Rosmould | Rosplast 2022
Список участников выставок Rosmould | Rosplast 2022
Два месяца осталось до наиболее значимых событий этого года в сфере производства пресс-форм и штампов,…
03.04.2022
509
Rosmould | Rosplast 2022 пройдут в Москве 7-9 июня 2022 года 
Rosmould | Rosplast 2022 пройдут в Москве 7-9 июня 2022 года 
Совсем скоро в Москве, в МВЦ «Крокус Экспо» пройдут главные российские выставки в области промышленного…
26.05.2022
346
Павильон Исламской Республики Иран впервые примет участие в выставке
Павильон Исламской Республики Иран впервые примет участие в выставке
7 – 9 июня 2022 года в Москве, в МВЦ «Крокус Экспо» пройдут главные российские…
06.06.2022
238
Выставки Rosmould и Rosplast состоятся в начале июня 2022 года
Выставки Rosmould и Rosplast состоятся в начале июня 2022 года
Международные выставки Rosmould и Rosplast пройдут с 7 по 9 июня 2022 года в двух…
03.03.2022
452
Решения ваших производственных задач на Rosmould | Rosplast 2022
Решения ваших производственных задач на Rosmould | Rosplast 2022
Напоминаем, что с 7 по 9 июня 2022 года в МВЦ «Крокус Экспо» пройдут ключевые…
18.04.2022
192
Экспозиции региональных производителей на Rosmould | Rosplast 2022
Экспозиции региональных производителей на Rosmould | Rosplast 2022
Совсем скоро в Москве пройдут ведущие выставки индустрии производства формообразующей оснастки и инструмента, 3D-технологий, оборудования…
25.04.2022
526
Новые видеоинтервью с экспертами индустрии пресс-форм и штампов и переработчиками пластмасс
Новые видеоинтервью с экспертами индустрии пресс-форм и штампов и переработчиками пластмасс
Собственные Youtube каналы, где регулярно публикуются интервью с ключевыми участниками и экспертами индустрии пресс-форм и…
24.10.2022
37
Быстрое прототипирование изделий из силикона
Быстрое прототипирование изделий из силикона
Когда в 1960-х годах появился метод электростатического напыления порошковых покрытий, он произвел революцию в промышленности.…
Брук Морган
02.11.2020
302