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

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, bisogna eseguire tre passaggi fondamentali: l'estrazione delle parti, il recupero della polvere e la sabbiatura.

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

Prima della fase di post-elaborazione, occorre che le parti SLS si raffreddino, processo che nel caso di una Fuse 1+ 30W con camera piena può richiedere fino a metà del tempo di stampa. Le stampanti della serie Fuse hanno un'interfaccia touchscreen che indica i tempi di raffreddamento consigliati.

Il processo di raffreddamento comprende 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 dalla stampante 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 completamento del lavoro di stampa precedente.

La seconda fase del processo di raffreddamento avviene quando la camera di stampa è già posizionata nella Fuse Sift. Una volta completata, si procede all'estrazione delle parti. La Fuse Sift solleva lentamente la tavoletta di polvere consentendo di estrarla dalla camera di stampa e 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.

Con la Fuse Blast, bastano appena cinque minuti per estrarre le parti dalla tavoletta di polvere della Fuse Sift e spostare quelle ancora impolverate nel cestello, dove saranno pulite. Se si utilizzano altre sabbiatrici, consigliamo di rimuovere la polvere residua e la Surface Armor semi-sinterizzata usando le spazzole fornite nella Fuse Sift per evitare la contaminazione dei materiali.

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 recupera la polvere residua e la buratta per miscelarla con polvere nuova da usare in stampe future. La percentuale di polvere nuova aggiunta viene chiamata tasso di rigenerazione e può variare in base a materiali, ambienti di stampa e marca dell'apparecchio. 

Per rimuovere ogni traccia di polvere in eccesso, dopo la pulizia di base si consiglia di sottoporre le parti SLS a un processo di sabbiatura. Ciò è particolarmente utile per rimuovere la Surface Armor semi-sinterizzata dai dettagli negativi, che sono talvolta difficili da raggiungere con una spazzola.

La Fuse Blast di Formlabs è la prima soluzione di sabbiatura automatizzata a un prezzo conveniente che può essere utilizzata per completare un ecosistema SLS serie Fuse o come sabbiatrice compatibile con qualsiasi stampante 3D a fusione a letto di polvere.

La Fuse Blast consente di pulire le parti senza intervento umano in soli dieci minuti grazie all'azione combinata di aria compressa, materiali abrasivi e rotazione del cestello e garantisce inoltre risultati uniformi grazie ai programmi predefiniti. Le parti estratte risultano pulite al tatto grazie allo ionizzatore in linea, che impedisce alla polvere residua di depositarsi nuovamente sulle parti.

L'automatizzazione del processo di pulizia e di rimozione della polvere non solo consente di avere più tempo da dedicare ad attività più importanti, ma riduce anche gli effetti usuranti sul corpo e la necessità di utilizzare sistemi di ventilazione nell'area di lavoro. L'integrazione della funzionalità opzionale di lucidatura della Fuse Blast consente di semplificare un workflow manuale che in passato richiedeva l'utilizzo di più apparecchi e ore di pesante manodopera. 

La burattatura, 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 buratto 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 superficiale 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 burattata con materiali ceramici nella Mr. Deburr 300DB per sei ore.

La levigazione a vapore consiste nell'immergere le parti realizzate tramite stampa 3D SLS in solventi chimici vaporizzati che provocano una fusione chimica controllata del materiale stampato in 3D, riempiendo minuscole cavità e formando una copertura liscia e lucida intorno alla parte. L'effetto di levigazione 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 presentano una riduzione della crescita batterica e possono essere adatte anche 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 possono considerare di esternalizzare questa operazione.

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

Il rivestimento delle parti stampate in 3D in metallo può essere effettuato 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 visualizzare un elenco dei servizi di galvanizzazione per regione e volume del progetto.

La parte raffigurata di seguito è stata galvanizzata con nichel da RePliForm, Inc.

I rivestimenti in ceramica, come quelli realizzati da 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 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 polimerizzata ai raggi UV UVMax.

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.

Poiché le parti realizzate con la stampa 3D SLS sono porose, è possibile colorarle con tinture di uso comune. Molti materiali per la stampa 3D SLS sono a base di nylon o poliammide, utilizzati anche nel settore tessile, per cui i coloranti per tessuti progettati 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.

La verniciatura è da preferire alla tintura se le parti devono essere colorate con tonalità vivaci o se devono 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 all'applicazione del primer e alla verniciatura.

 La parte raffigurata di seguito è stata verniciata con una vernice spray economica.