Guida alle tecniche di post-elaborazione di stampe SLS: sabbiatura, levigazione, rivestimento, verniciatura e molto altro

Le tecniche di post-elaborazione possono cambiare l'aspetto, la struttura e le prestazioni di una parte realizzata tramite stampa 3D SLS.

Le tecniche di post-elaborazione possono cambiare l'aspetto, la struttura e le prestazioni di una parte realizzata tramite stampa 3D SLS.

La stampa 3D a sinterizzazione laser selettiva (SLS) è una tecnica di produzione affidabile con materiali performanti che consentono di ottenere prestazioni e risultati estetici ancora più elevati se abbinati a metodi di post-elaborazione avanzati.

Leggi la nostra guida per scoprire le nozioni di base della post-elaborazione di parti realizzate con la stampa 3D SLS e i metodi avanzati per levigare, rivestire e verniciare le stampe finite.

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Nozioni di base per la post-elaborazione di stampe SLS

Analogamente ad altre tecnologie di produzione additiva che utilizzano polveri, al termine della stampa, le parti SLS devono essere pulite per rimuovere la polvere in eccesso. Dopo aver stampato e rimosso le parti dalla stampante 3D, ci sono tre passaggi fondamentali da seguire: l'estrazione delle parti, il recupero della polvere e la sabbiatura.

Questa sezione descrive il workflow per le stampanti 3D SLS della serie Fuse e per la stazione di recupero della polvere Fuse Sift.

1° passaggio: estrazione delle parti

Prima della fase di post-elaborazione, occorre che le parti SLS si raffreddino, processo che può richiedere fino 14 ore se la camera di stampa della Fuse 1 è completamente piena. Le stampanti della serie Fuse hanno un'interfaccia touchscreen che indica i tempi di raffreddamento consigliati.

Il processo di raffreddamento è costituito da due fasi. Nella prima si attende che la camera di stampa raggiunga una temperatura inferiore o uguale a 100 °C, dopo di che è possibile rimuoverla e spostarla nella Fuse Sift. Questi tempi di raffreddamento sono i più rapidi del settore e permettono di avviare una nuova stampa entro una o due ore dal termine del lavoro di stampa precedente.

La serie Fuse consente di rimuovere la camera di stampa entro una o due ore dalla conclusione della stampa.

La serie Fuse consente di rimuovere la camera di stampa entro una o due ore dalla conclusione della stampa.

La seconda fase del processo di raffreddamento avviene all'interno della Fuse Sift. Una volta completata questa fase, si procede all'estrazione delle parti. La Fuse Sift solleverà lentamente la tavoletta di polvere, estraendola dalla camera di stampa e consentendo di separare le parti sinterizzate dalla polvere non sinterizzata, mentre una ventola indirizza la polvere dispersa verso un filtro. La polvere non sinterizzata dovrebbe staccarsi facilmente dalle stampe non appena la si tocca, lasciando scoperte le stampe completate.

La polvere non sinterizzata e la Surface Armor, una scocca brevettata in materiale semi-sinterizzato, si rimuovono strofinando con una spazzola.

La polvere non sinterizzata e la Surface Armor, una scocca brevettata in materiale semi-sinterizzato, si rimuovono strofinando con una spazzola.

Dato che le parti realizzate con la stampa 3D SLS non richiedono strutture di supporto, non è necessario rimuovere alcun materiale stampato in eccesso. Le stampanti 3D della serie Fuse usano la Surface Armor, una scocca brevettata in materiale semi-sinterizzato, che protegge la superficie delle parti durante la stampa in modo da garantire qualità delle parti e proprietà meccaniche uniformi. La scocca si rimuove spazzolando la superficie della parte.

2° passaggio: recupero della polvere

Al termine di una stampa con una stampante della serie Fuse, la polvere che non è stata sinterizzata può essere recuperata e riutilizzata, così da ridurre gli sprechi e il costo dei materiali. La Fuse Sift utilizza un'aspirapolvere per recuperare la polvere sciolta e un miscelatore per mescolare la polvere recuperata con la polvere nuova in vista delle stampe successive. La percentuale di polvere nuova aggiunta è chiamata tasso di rigenerazione.

A stampanti 3D e polveri diverse corrispondono tassi di rigenerazione diversi. L'ambiente di gas inerte della Fuse 1+ 30W consente di stampare con tassi di rigenerazione inferiori rispetto al modello precedente, la Fuse 1.

3° passaggio: sabbiatura

Per rimuovere ogni traccia di polvere in eccesso, dopo la pulizia di base si consiglia di trattare le parti SLS con una sabbiatrice. È particolarmente utile per eliminare la Surface Armor semi-sinterizzata dai dettagli negativi, che sono talvolta difficili da raggiungere con una spazzola.

Our test piece after media blasting.
Our test piece before media blasting. The part has some remaining powder in its negative features and the edges are less defined.

La sabbiatura è consigliata per eliminare completamente la polvere da una parte SLS. La parte a sinistra è stata sottoposta a sabbiatura, mentre quella a destra no. La Surface Armor semi-sinterizzata rimane all'interno dei dettagli negativi anche dopo il processo iniziale di eliminazione della polvere.

Esistono diversi tipi di sistemi di sabbiatura. Per le parti 3D SLS Formlabs raccomanda quelli a sifone. I sistemi a sifone sfruttano l'effetto Venturi per generare un moto di aspirazione in fondo al tubo che incontra la linea ad aria compressa. I sistemi a sifone di solito funzionano con una pressione sufficientemente forte da rimuovere la polvere in eccesso senza avere ripercussioni negative sulla parte stampata. I sistemi che sfruttano una pressione più alta potrebbero causare puntinature o danneggiare la superficie della stampa. 

I sistemi di sabbiatura necessitano di un flusso d'aria significativo. Per poter muovere le particelle abrasive a una velocità sufficiente per pulire le parti SLS, la maggior parte dei macchinari richiede 16 CFM a 80 psi. L'utilizzo di un compressore d'aria industriale semplifica il processo di sabbiatura, perché permette di lavorare in modo continuo senza perdite di pressione.

I sistemi a sifone base presenti sul mercato sono:

  1. Sabbiatrici da banco: possono costare tra 150 $ e 1000 $ e la loro dimensione compatta si adatta alle aree di lavoro più piccole. Le unità di fascia più bassa possono essere di qualità scadente e questo potrebbe causare problemi quali tempi di inattività o fuoriuscite di materiale.
  2. Sabbiatrici a pavimento: possono essere più costose e occupare più spazio, ma rimangono relativamente convenienti, con un prezzo medio che si aggira sui 1000 $. Molte sono dotate di separatori di polveri (aspirapolvere che si collegano al lato della sabbiatrice e purificano l'aria dalle particelle volatili), che contribuiscono a mantenere la postazione di lavoro pulita. 
  3. Sabbiatrici per la lucidatura: contengono un tamburo rotante con una pistola per sabbiatura puntata verso le parti al suo interno. Si tratta di un procedimento di sabbiatura automatico durante il quale le parti vengono posizionate all'interno dell'apparecchio e non richiedono nessun intervento fino al completamento del ciclo di sabbiatura, che in genere dura circa 20 minuti. Le sabbiatrici per lucidatura sono particolarmente adatte per la pulizia di grandi volumi di parti piccole e robuste. Tuttavia, non sono consigliate per parti delicate o con dettagli complessi e il loro costo, che parte da 20 000 $, non è giustificabile per volumi di produzione limitati. 

Alcuni produttori, come AMT e DyeMansion, offrono sabbiatrici progettate per le parti stampate in 3D. Sono entrambe costose, con un prezzo che parte da circa 35 000 $, ma rappresentano lo standard di riferimento in termini di esperienza utente ed efficienza d'uso con volumi elevati

Panoramica sulle tecniche avanzate di post-elaborazione di parti SLS

Ognuno di questi processi ha i propri vantaggi e svantaggi e può influire in misura diversa sulle proprietà dei materiali. Quando si esaminano questi workflow per decidere se integrare le attrezzature e le competenze in-house o esternalizzarle, è bene tenere conto del capitale e delle competenze necessarie.

Il seguente riepilogo mostra le barriere all'ingresso e i potenziali risultati di diverse tecniche avanzate di post-elaborazione su parti realizzate con la stampa 3D SLS.

MetodoBarriera all'ingresso (costi e competenze)LevigatezzaResistenza chimicaDurezza della superficieColoreConductivity
TinturaMinima
Lucidatura a vibrazioneBassa
VerniciaturaBassa✔✔
Rivestimento con polimero liquidoBassa✔✔
Rivestimento in ceramicaAlta✔✔✔✔
Rivestimento in polvereAlta✔✔
GalvanizzazioneAlta✔✔
Levigazione a vaporeMassima✔✔

Questi passaggi possono essere eseguiti in sequenza per ottenere diverse caratteristiche. In questo articolo, parleremo di ciascuna opzione separatamente. Se vuoi combinare le tecniche di post-elaborazione per raggiungere un risultato specifico, contatta il nostro team per ricevere una consulenza sul tuo caso d'uso specifico.

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Opzioni per la levigatura delle parti SLS

Dopo la pulizia e la sabbiatura, la superficie delle parti realizzate con la stampa 3D SLS risulterà granulosa. In questa sezione parleremo di due tecniche per levigare la superficie: la lucidatura a vibrazione, che rimuove delicatamente il materiale, e la levigazione a vapore, che conferisce alle parti una finitura lucida.

Vuoi ottenere parti con superfici lisce già dopo la stampa? Utilizza le stampanti 3D stereolitografiche (SLA) Form 3+ o Form 3L, che utilizzano resina liquida per produrre parti con una finitura superficiale naturalmente liscia.

Lucidatura a vibrazione

La lucidatura a vibrazione, detta anche vibrolucidatura, è un processo di finitura che leviga la superficie delle parti realizzate con la stampa 3D SLS posizionandole all'interno di un tamburo vibrante insieme ad altri materiali. Si ottiene così una finitura da opaca a semilucida che risulta satinata e liscia al tatto. Nei nostri esperimenti, abbiamo osservato una riduzione media della ruvidità della superficie dell'80%.

Le lucidatrici a vibrazione sono dotate di una vasca, un cilindro o un tamburo che agita le parti insieme a pellet di diversi materiali, come schegge di ceramica, pellet di plastica o materiale organico come i gusci di noce, che abradono delicatamente la superficie. I tempi di ciclo generalmente variano da due a otto ore e le macchine sono in grado di operare senza la supervisione del personale tecnico.

Le lucidatrici a vibrazione hanno un prezzo di partenza di 100 $ per i modelli da banco di piccole dimensioni, il che le rende una scelta conveniente per qualsiasi ambiente di produzione. I modelli a pavimento più grandi sono più adatti a volumi di produzione più elevati e hanno un costo di partenza di circa 3000 $.

La parte raffigurata di seguito è stata levigata con materiali ceramici nella Mr. Deburr 300DB per sei ore.

Il nostro pezzo di prova, prima e dopo la levigazione a vibrazione. La parte levigata è grigio chiara e dall'aspetto opaco.

Il nostro pezzo di prova, prima e dopo la levigazione a vibrazione. La parte levigata è grigio chiara e dall'aspetto opaco.

Levigazione a vapore

La levigazione a vapore consiste nell'immergere le parti realizzate tramite stampa 3D SLS all'interno di solventi chimici vaporizzati che provocano una fusione chimica controllata del materiale stampato in 3D, riempiendo le minuscole cavità e formando una copertura liscia e lucida intorno alla parte. L'effetto di levigatura non è limitato alle geometrie visibili, ma interessa anche le parti complesse con canali interni o altri dettagli negativi. 

I fornitori di attrezzature e servizi di levigazione a vapore sostengono che le parti finite registrano una riduzione della crescita batterica e sono quindi più adatte al contatto con gli alimenti. Formlabs non ha verificato queste affermazioni e consiglia di rivolgersi ai produttori delle attrezzature per ulteriori informazioni sulla sicurezza. 

Le attrezzature per la levigazione a vapore sono costose, con prezzi che partono da 60 000 $, perciò le aziende che hanno volumi di produzione ridotti potrebbero esternalizzare questa operazione.

La parte raffigurata di seguito è stata levigata a vapore da DyeMansion, usando un mix per vapore proprietario. Anche AMT fornisce attrezzatura e servizi di levigazione a vapore.

Il nostro pezzo di prova, prima e dopo la levigazione a vapore. La parte levigata è nera e di aspetto lucido.

Il nostro pezzo di prova, prima e dopo la levigazione a vapore. La parte levigata è nera e di aspetto lucido.

Opzioni per il rivestimento delle parti SLS

Rivestire le superfici esterne di una parte stampata in 3D con un materiale ad alte prestazioni conferisce proprietà aggiuntive che il materiale stampato in 3D non può ottenere autonomamente. Tali proprietà includono una maggiore resistenza, conduttività o resistenza chimica. Esistono molte opzioni per il rivestimento delle parti realizzate con la stampa 3D SLS ed è anche possibile stratificare diversi rivestimenti per ottenere diverse proprietà. Questa sezione contiene una breve spiegazione di ciascuna opzione e dei suoi potenziali vantaggi.

Metallo

Il rivestimento delle parti stampate in 3D in metallo si effettua mediante galvanizzazione, nota anche come elettrodeposizione. Questo processo consiste nel rivestire la parte stampata in 3D con uno spray conduttore e immergerla successivamente in un bagno galvanico, in cui una corrente elettrica trasferisce il metallo da un materiale di partenza (l'anodo) alla superficie della parte stampata in 3D (il catodo).

Le parti possono essere galvanizzate utilizzando molti metalli, tra cui cromo, nichel, zinco e titanio. È anche possibile stratificare più metalli in sequenza in modo tale da ottenere il giusto equilibrio di proprietà meccaniche, elettriche ed estetiche.

Sebbene sia possibile galvanizzare le parti realizzate con la stampa 3D SLS utilizzando una configurazione domestica o fai da te, gli utenti inesperti rischiano di esporsi a sostanze chimiche pericolose e di non riuscire a ottenere un risultato di qualità. Per le parti strutturali, consigliamo di inviare le parti a un produttore a contratto specializzato. Scarica il whitepaper per una lista dei servizi di galvanizzazione per regione e volume del progetto.

La parte raffigurata di seguito è stata rivestita in nichel da RePliForm, Inc.

Il nostro pezzo di prova, prima e dopo la galvanizzazione. La parte rivestita è di color argento e di aspetto lucido.

Il nostro pezzo di prova, prima e dopo la galvanizzazione. La parte rivestita è di color argento e di aspetto lucido.

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Ceramica

I rivestimenti in ceramica, come quelli di Cerakote, vengono applicati sotto forma di pellicola sottile spruzzando un polimero con additivi a base di ceramica direttamente sulla parte. Non occorre applicare un primer, anche se le parti devono essere sottoposte a una sabbiatura accurata con materiali specifici e pulite con un prodotto per la rimozione di cera e grassi per evitare che rimangano elementi contaminanti sulla superficie. Cerakote offre formulazioni sia per la polimerizzazione ad aria che per quella in forno.

I rivestimenti in ceramica sono tra le soluzioni più performanti all'interno delle tecniche avanzate di post-elaborazione. Le parti sono resistenti alle sostanze chimiche e alle sollecitazioni meccaniche e sono disponibili diverse opzioni di colore. Cerakote propone anche prodotti specialistici resistenti alla corrosione, a basso attrito e dotati di altre proprietà.

Cerakote mette a disposizione sul proprio sito web un elenco di applicatori certificati e offre anche certificazioni per le officine che desiderano acquisire competenze relative al rivestimento in ceramica in-house.

La parte raffigurata di seguito è stata rivestita con Cerakote H-140 Bright White da personale esperto.

Il nostro pezzo di prova, prima e dopo il rivestimento con Cerakote H-140 Bright White. La parte rivestita è bianca e dall'aspetto opaco.

Il nostro pezzo di prova, prima e dopo il rivestimento con Cerakote H-140 Bright White. La parte rivestita è bianca e dall'aspetto opaco.

Polvere

Il rivestimento in polvere è un'applicazione a secco di polimeri in polvere su un materiale di substrato. Viene applicato elettrostaticamente e polimerizzato con il calore e/o la luce. Molti materiali per il rivestimento in polvere devono essere lavorati a temperature molto elevate. Per questa ragione, non è possibile utilizzare come substrato le termoplastiche, come quelle generalmente utilizzate dalle stampanti 3D SLS. Tuttavia, alcuni materiali per il rivestimento in polvere, applicabili a temperature operative più basse, possono essere utilizzati con le parti realizzate tramite stampa 3D SLS.

I rivestimenti in polvere polimerizzabili con raggi UV sono stati sviluppati specificamente per substrati sensibili al calore. Anche questi rivestimenti sono applicati elettrostaticamente e fatti fluire a basso calore. Una volta che la polvere si è fusa, il rivestimento è esposto a luce ultravioletta ad alta intensità, che la polimerizza. Le polveri UV richiedono molto meno calore e tempo di lavorazione rispetto ai rivestimenti in polvere termoindurenti, pur fornendo proprietà prestazionali comparabili, senza danneggiare o deformare la parte stampata.

Analogamente ad altri tipi di rivestimento, quello in polvere può aumentare la resistenza chimica, la durezza della superficie e la resistenza meccanica. Il rivestimento in polvere è particolarmente adatto a rivestimenti spessi e a geometrie che sarebbero difficili da raggiungere o da rivestire uniformemente con un processo di applicazione liquido, come la verniciatura o l'immersione, nel quale il materiale può colare e gocciolare.

La parte raffigurata di seguito è stata rivestita da Keyland Polymer usando la propria polvere polimerizzabile a raggi UV UVMax.

Il nostro pezzo di prova, prima e dopo il rivestimento a polvere. La parte rivestita è arancione brillante e di aspetto semilucido.

Il nostro pezzo di prova, prima e dopo il rivestimento a polvere. La parte rivestita è arancione brillante e di aspetto semilucido.

Polimero liquido

Esistono sul mercato numerosi rivestimenti polimerici liquidi che conferiscono diversi livelli di levigatezza e resistenza chimica. Possono essere trasparenti, colorati oppure opachi; possono essere applicati tramite immersione, con un pennello o a spruzzo. Si possono ottenere a partire da sostanze chimiche diverse, come resina epossidica, lacca e poliuretano.

Per quanto riguarda i materiali e i metodi di applicazione, esistono molte variazioni sia in termini di prestazioni che in termini di difficoltà di applicazione. Alcuni di questi possono essere acquistati nei negozi di ferramenta e applicati con una configurazione minima; altri richiedono configurazioni di tipo industriale per l'applicazione.

La parte raffigurata di seguito è stata rivestita con un'economica vernice spray trasparente lucida.

Il nostro pezzo di prova, prima e dopo il rivestimento trasparente. La parte rivestita è grigio scura e di aspetto semilucido.

Il nostro pezzo di prova, prima e dopo il rivestimento trasparente. La parte rivestita è grigio scura e di aspetto semilucido.

Opzioni per la colorazione delle parti SLS

Che si tratti di prototipi o di parti finali, può capitare di voler modificare totalmente o parzialmente il colore di una parte. La tintura consente di ottenere un colore uniforme e semipermanente, anche nelle cerniere e nelle cavità interne, ma non è possibile utilizzare questa tecnica per schiarire una parte. La verniciatura, invece, garantisce maggiore controllo e personalizzazione, ma è un processo più manuale e può danneggiarsi con l'abrasione o l'uso intensivo.

Tintura

Poiché le parti realizzate con la stampa 3D SLS sono porose, possono essere colorate con tinture di uso comune. Molti materiali per la stampa 3D SLS sono a base di nylon o poliammide, che vengono utilizzati anche nel settore tessile, per cui i coloranti per tessuti concepiti per essere usati con i materiali sintetici dovrebbero essere adatti.  

La tintura delle parti stampate in 3D può essere eseguita con materiali domestici, in vasche industriali o con qualsiasi livello di complessità intermedio. Qualunque sia la configurazione scelta, le parti stampate in 3D con un materiale a base di nylon, come quelle prodotte dalle stampanti della serie Fuse, non dovrebbero richiedere passaggi particolari: le istruzioni fornite dal produttore della tintura dovrebbero essere sufficienti.

Poiché non esistono grandi barriere all'ingresso, sia in termini di costi che di competenze richieste, la tintura è un ottimo modo per sperimentare una post-elaborazione avanzata delle stampe 3D SLS. Inoltre, essendo facilmente scalabile, è adatta anche per applicazioni di produzione.

Le parti raffigurate di seguito sono state tinte con il colorante per tessuti RIT.

Il nostro pezzo di prova, prima e dopo la tintura. Una parte tinta è nera e di aspetto opaco e l'altra è rosso scura e opaca.

Il nostro pezzo di prova, prima e dopo la tintura. Una parte tinta è nera e di aspetto opaco e l'altra è rosso scura e opaca.

Verniciatura

La verniciatura è da preferire alla tintura qualora le parti debbano essere colorate con tonalità vivaci o debbano corrispondere a un preciso colore di riferimento. La verniciatura spray offre la copertura più uniforme e una più semplice scalabilità, mentre quella a mano assicura una maggiore precisione. Sia le vernici acriliche che quelle a smalto si prestano bene alle parti SLS. Potrebbero andar bene anche altre vernici, ma Formlabs non le ha testate a fondo.

Per garantire la massima adesione, occorre applicare un primer specifico per i materiali plastici. Il primer spray garantisce una copertura più uniforme. Inoltre, per accelerare il processo di asciugatura si può utilizzare una pistola termica o un asciugacapelli.

Per un tutorial approfondito sulla verniciatura spray delle stampe 3D, consulta la nostra guida alla stesura del primer e alla verniciatura.

 La parte raffigurata di seguito è stata verniciata con un'economica vernice spray trasparente.

Il nostro pezzo di prova, prima e dopo la verniciatura. La parte rivestita è rosso brillante e di aspetto lucido.

Il nostro pezzo di prova, prima e dopo la verniciatura. La parte rivestita è rosso brillante e di aspetto lucido.

Soluzioni di stampa 3D SLS

Vuoi implementare la stampa 3D SLS in-house e affiancarla a una delle tecniche di levigazione, rivestimento o verniciatura descritte in questo documento? Formlabs è un fornitore affidabile di soluzioni di stampa 3D accessibili per organizzazioni di tutte le dimensioni, il cui articolo di punta è la stampante 3D SLS Fuse 1+ 30W.

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