Guida alla post-elaborazione SLS: come sabbiare, levigare e tingere le parti

Parti SLS in diverse fasi di post-elaborazione.

Parti SLS in diverse fasi di post-elaborazione. 

Per molto tempo la stampa 3D a sinterizzazione laser selettiva (SLS) era possibile solo mediante costose stampanti industriali di fascia alta, spesso non alla portata della maggior parte delle aziende e dei designer di prodotto, che spesso erano costretti a esternalizzare la realizzazione delle parti ad alte prestazioni. Ma con la diminuzione dei prezzi, la richiesta di stampa in nylon in-house è aumentata. Infatti le parti stampate in 3D in nylon sono termoplastiche testate di alta qualità, con proprietà meccaniche equiparabili a quelle ottenute con i metodi di produzione tradizionali, come ad esempio lo stampaggio a iniezione.

Servendosi di polvere di nylon per realizzare le parti, la stampa 3D SLS richiede un workflow di post-elaborazione a sé stante. Inoltre la polvere in eccesso può essere conservata e riutilizzata, a differenza della resina in eccesso, che, dopo la stampa, deve essere lavata via dalle parti stampate mediante stereolitografia. 

In questa guida ti illustreremo tutto ciò che è necessario sapere riguardo alla post-elaborazione delle parti SLS, dall'estrazione della tavoletta di polvere dalla stampante, alla sabbiatura e alla tintura. 

Nozioni di base per la post-elaborazione delle parti SLS

Una volta che le parti sono state stampate e rimosse dalla stampante 3D ci sono tre passaggi fondamentali da seguire:

  • Estrazione delle parti
  • Recupero della polvere
  • Sabbiatura 

In questa sezione illustreremo i passaggi di post-elaborazione per le parti SLS realizzate con la stampante 3D Fuse 1 di Formlabs e pulite con la stazione di recupero della polvere Fuse Sift. Gli utenti possono utilizzare una postazione di pulizia personalizzata con un funzionamento simile a quello della Fuse Sift. Questa sezione tratta anche la rimozione e il raffreddamento della camera di stampa, ovvero il contenitore in cui la Fuse 1 deposita la polvere. 

Come per la stampa 3D stereolitografica (SLA), ci sono diversi fattori che determineranno la riuscita e la facilità del processo di post-elaborazione. Ad esempio il volume delle parti inserite nella camera di stampa, la loro geometria, il loro orientamento, le loro dimensioni e la distanza a cui sono posizionate le une rispetto alle altre sono tutti fattori che avranno un impatto sulla qualità di stampa e sulla facilità di rimozione della polvere. 

Una volta estratte le parti dalla stampante 3D SLS, è importante non sprecare polvere. Il recupero della polvere è una parte fondamentale del processo di post-elaborazione SLS che invece non esiste quando si usano tecnologie come la stereolitografia o la modellazione a deposizione fusa. Poiché le polveri di nylon sono riutilizzabili all'interno del processo di stampa SLS, è importante conservarne la maggiore quantità possibile. Le stampanti 3D SLS come la Fuse 1 possono operare con una percentuale di polvere riciclata fino al 70%, quindi raccogliere la polvere durante la post-elaborazione può comportare significativi risparmi sui costi. 

Estrazione delle parti

Una volta che le parti si sono raffreddate, rimuovile dalla camera di stampa della Fuse 1.

Una volta che le parti si sono raffreddate, rimuovile dalla camera di stampa della Fuse 1.

Il primo passaggio nella post-elaborazione con le stampanti 3D SLS è il processo di raffreddamento. Nel caso di lavori di stampa che richiedono oltre 24 ore per essere completati - perché la parte è ingombrante o la camera di stampa è piena - dovrai aspettare 10 ore in modo che la camera di stampa si raffreddi, dopo di che potrai proseguire con la post-elaborazione delle parti. In alcuni casi è possibile ridurre di diverse ore il tempo di raffreddamento aprendo lo sportello della Fuse 1. 

Tuttavia il raffreddamento rapido di una camera di stampa SLS potrebbe provocare la deformazione o la distorsione di alcune geometrie o parti. Prima di far raffreddare più velocemente la camera di stampa, accertati che questo non influisca sulla qualità delle parti. La procedura più sicura è quella di seguire le indicazioni sullo schermo della Fuse 1, che fornisce linee guida su quante ore mancano prima del completo raffreddamento dell'apparecchio. Per altre stampanti SLS, imposta un timer. 

Poiché le stampanti 3D SLS non necessitano di strutture di supporto, non occorre tagliare e levigare i supporti né usare martelli o spatole per rimuovere le parti dalla piattaforma di stampa. Normalmente i grumi di polvere non sinterizzata si staccano facilmente dalle parti con il semplice tocco della mano e scoprendo le stampe completate. A questo punto è possibile utilizzare una spazzola per rimuovere la polvere in eccesso sulla superficie delle parti. Per le fessure di piccole dimensioni si può usare uno spazzolino da denti. 

A completamento del processo di estrazione delle parti, molti utenti necessiteranno di una sabbiatrice per rimuovere il residuo finale di polvere in eccesso. Le stampe 3D SLS realizzate con la Fuse 1 hanno una scocca di materiale semi-sinterizzato detta armatura superficiale, che potrebbe essere necessario rimuovere.

In seguito parleremo più nel dettaglio della sabbiatura e dell'armatura superficiale. 

Recupero della polvere

Usa la Fuse Sift per recuperare la polvere di nylon.

Usa la Fuse Sift per recuperare la polvere di nylon. 

Durante l'estrazione delle parti è importante raccogliere tutta la polvere in eccesso per poterla riutilizzare. Il modo migliore per farlo è usare un'unità di recupero dotata di aspirapolvere. 

La quantità di polvere riciclata che può essere usata varierà in base a ciascuna stampante 3D SLS. La Fuse 1 ha un tasso di rigenerazione del materiale del 30% con la Nylon 12 Powder, il che significa che potrai stampare utilizzando fino al 70% di polvere riciclata, a lungo termine, senza compromettere le proprietà meccaniche delle parti stampate. La Fuse Sift è in grado di erogare e miscelare automaticamente la polvere nuova con quella usata, in modo da ridurre o eliminare del tutto gli sprechi e monitorare le riserve di polvere.

Conservazione e miscela della polvere

Alcune stampanti 3D SLS, come la Fuse 1, possono stampare usando polvere miscelata.

Alcune stampanti 3D SLS, come la Fuse 1, possono stampare usando polvere miscelata. 

Altre dispongono di serbatoi separati per la polvere di nylon nuova e usata. Altre ancora, ad esempio la Fuse 1, hanno un unico serbatoio per entrambe. La Fuse Sift miscela in modo automatico la polvere nuova con quella riciclata e la miscela risultante può essere inserita direttamente nella Fuse 1 per una stampa ottimale. Negli altri dispositivi la polvere riciclata deve essere miscelata manualmente.

La Fuse 1 consente di produrre parti di alta qualità in modo uniforme con un tasso di rigenerazione pari al 30-50% per la Nylon 12 Powder. Questo significa che puoi stampare con una quantità di polvere riciclata fino al 70%. Indipendentemente dall'impostazione di stampa 3D SLS, il recupero e la miscelatura della polvere riciclata devono essere considerati passaggi fondamentali nel workflow di post-elaborazione.

A questo punto l'estrazione delle parti e il recupero della polvere sono stati completati. La polvere riciclata è stata raccolta e miscelata con la polvere nuova per il successivo ciclo di stampa. Ora si può passare alla sabbiatura per rimuovere dalle parti la polvere residua.

Sabbiatura perfetta delle parti SLS

Per rimuovere ogni traccia di polvere in eccesso, le parti SLS devono essere trattare con una sabbiatrice. La sabbiatura si serve di aria compressa e di particelle per rimuovere la polvere in esubero dalle parti. Le sabbiatrici, generalmente usate per la rimozione della vernice e per la pulizia di parti rivestite o verniciate, possono servire per pulire la superficie delle parti SLS dalla polvere.

La Fuse 1 di Formlabs crea un'armatura superficiale, ovvero 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. Durante la post-elaborazione questa scocca viene rimossa grattando la superficie della parte. In genere l'armatura superficiale si stacca facilmente durante la normale post-elaborazione.

La maggior parte della polvere non sinterizzata si staccherà dalle parti senza difficoltà, una volta estratta dalla Fuse 1, mentre gli strati di polvere più vicini alle parti (per uno spessore di 1-2 mm) saranno più difficili da rimuovere e spesso non basterà spazzolare la parte. Per questo motivo, la sabbiatura è un passaggio di post-elaborazione fondamentale per molti utenti.

Ci sono diverti 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 a temperature più basse, perciò sono più delicati sulle parti. Usare un sistema troppo potente può danneggiare le parti e compromettere la precisione dimensionale. In genere i sistemi di sabbiatura a sifone sono più delicati, ma hanno la forza necessaria a rimuovere la polvere in eccesso.

I sistemi di sabbiatura necessitano di un abbondante flusso d'aria per funzionare correttamente. 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. Quasi nessun sistema di compressione è in grado di fornire un flusso d'aria simile per più di pochi minuti alla volta. Questo sarà sufficiente per parti SLS di piccole dimensioni.

Se l'aria viene fornita da un grande compressore industriale il processo di sabbiatura è molto più semplice perché permette la sabbiatura continua senza perdite di pressione. Tuttavia un apparecchio a uso domestico più economico come questo compressore elettrico silenzioso prodotto da Husky (compressore verticale silenzioso ad alimentazione elettrica 20 Gal. modello #3332013) dovrebbe essere sufficiente per la sabbiatura di parti di tutte le dimensioni, con delle pause per permettere la ripressurizzazione del serbatoio.

Opzioni di sabbiatura per la stampa 3D SLS

Da sinistra a destra una parte SLS sottoposta a: sabbiatura, levigazione a vapore e tintura nera, lucidatura, levigatura con materiale di rifinitura.

Da sinistra a destra una parte SLS sottoposta a: sabbiatura, levigazione a vapore e tintura nera, lucidatura, levigatura con materiale di rifinitura.

Di seguito troverete una lista esaustiva delle sabbiatrici disponibili sul mercato. In generale questi macchinari possono essere classificati in quattro categorie:

  • Sabbiatrici da banco
  • Sabbiatrici a pavimento
  • Sabbiatrici per la lucidatura
  • Sabbiatrici specifiche per rimuovere la polvere da parti SLS

Sabbiatrici da banco (fino a 1000 $)

Le sabbiatrici da banco sono consigliate per gli utenti con un budget limitato, di solito con un volume di stampa settimanale ridotto o medio. Questi macchinari possono costare tra i 150 e 1000 dollari e la loro forma compatta è spesso adatto a parti SLS. Le unità desktop più economiche hanno spesso problemi di vario tipo, ad esempio una sigillatura non ottimale del macchinario, che può portare alla fuoriuscita di materiale. Abbiamo inoltre notato che le unità economiche non hanno una buona sigillatura dei raccordi pneumatici e questo genera una fuoriuscita di aria compressa e forti rumori negli ambienti di lavoro. Prima di acquistare una sabbiatrice da banco, assicurati che abbia un sistema di raccolta della polvere (a meno che tu non ne possieda già uno). Se ben progettate, le sabbiatrici da banco hanno una bassa impronta ecologica e prezzi competitivi. La sabbiatrice da banco abrasiva Econoline è un esempio di sabbiatrice da banco dal prezzo accessibile.

Sabbiatrici a pavimento (oltre 1000 $)

Le sabbiatrici a pavimento possono essere più costose, con un prezzo medio che si aggira sui 1000 $, ma offrono uno spazio di lavoro più ampio e sono considerate di qualità industriale. Molte sono dotate di ottimi separatori di polveri (aspirapolvere che si collegano al fianco della sabbiatrice e purificano l'aria dalle particelle volatili) che contribuiscono a mantenere la postazione di lavoro pulita e le parti libere dalla polvere in eccesso. Noi di Formlabs usiamo soprattutto la sabbiatrice a pressione indipendente Trinco nel formato 24 x 18 x 23"

Sabbiatrici per la lucidatura

Le sabbiatrici per la lucidatura contengono un tamburo rotante con una pistola per sabbiatura puntata verso le parti SLS 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. Le sabbiatrici per lucidatura sono adatte soprattutto per la pulitura di grandi volumi di piccole parti. Tuttavia questo processo è sconsigliato per le parti delicate. Questi apparecchi non sono progettati per le parti SLS e i loro recipienti metallici possono ammaccare o rompere le parti fragili stampate in 3D. Con un tempo di ciclo di circa 20 minuti, le sabbiatrici per lucidatura possono aumentare in modo significativo l'efficienza del tuo workflow. Tuttavia possono essere poco adatte alle parti più delicate, che richiedono l'uso di una sabbiatrice da banco o a pavimento.

Le sabbiatrici specifiche per SLS sono disponibili in una fascia di prezzo alta, come quelle per la lucidatura. Questi apparecchi, che offrono soluzioni completamente automatizzate per la rimozione della polvere dalle parti delicate, sono costosi ma sono i leader del mercato per chi fa un uso massiccio della sinterizzazione laser selettiva. La PostPro DP e la Dyemansion's Powershot C di AMT sono due esempi di sabbiatrici specifiche per SLS. Entrambe costano circa 35 000 $, esclusi i piani di assistenza e i materiali di consumo. I tempi di ciclo per rimuovere completamente la polvere dalle parti sono in entrambi i casi sui 10 minuti.

Passaggi di post-elaborazione aggiuntivi

La lucidatura vibrante detta anche vibrolucidatura è un processo di finitura che leviga la superficie delle parti SLS stampate in 3D posizionandole all'interno di un tamburo vibrante. Questo passaggio aggiuntivo dona alle parti una finitura superficiale lisci e lucida che sarebbe impossibile ottenere con la semplice sabbiatura. La vibrolucidatura elimina la ruvidità esterna dalle parti in nylon sinterizzato. Le parti sottoposte a questo trattamento sono più resistenti ai graffi e allo sporco rispetto alle altre. 

Il processo di vibrolucidatura inizia con l'inserimento di un lotto di parti SLS in un recipiente vibrante che contiene pellet in materiale abrasivo, ad esempio schegge di ceramica. Quando viene messo in funzione, il tamburo che contiene le parti SLS e il materiale vibra per creare frizione tra i pezzi in lavorazione e il materiale stesso. Il materiale abrasivo aderisce alla superficie delle parti SLS e le sfrega levigandole lentamente. 

Di solito la vibrolucidatura dura tra le quattro e le otto ore. Poiché i materiali utilizzati sono abrasivi, alcuni spigoli potrebbero risultare smussati e alcuni particolari più delicati potrebbero rompersi. È importante seguire le linee guida per la vibrolucidatura al fine di assicurarsi che le parti abbiano lo spessore minimo che consente ai dettagli più fragili di non rompersi durante il processo. 

Prima di tingere le parti SLS, alcuni utenti potrebbero volerle sottoporre alla levigazione a vapore. La levigazione a vapore è un processo di finitura per le parti SLS che impiega solventi chimici vaporizzati per creare superfici lisce e lucenti simili a quelle delle parti realizzate tramite stampaggio a iniezione. Questa tecnica può essere utilizzata in varie tecnologie di stampa 3D, come la fusione a letto di polvere, la sinterizzazione laser selettiva, la stampa MJF o la modellazione a deposizione fusa. Il risultato sono parti levigate che mantengono le loro proprietà meccaniche originali. 

A differenza della lucidatura, la levigatura a vapore non rimuove il materiale dal pezzo in lavorazione. Durante il processo, il solvente chimico vaporizzato si disperde sulla superficie delle parti all'interno della camera. Il risultato è che il materiale sulla la superficie della parte viene liquefatto per ottenere una superficie regolare su tutto l'oggetto. 

Lo stesso agente di finitura può essere usato per la levigazione a vapore di molti materiali diversi, tra cui l'acrilonitrile-butadiene-stirene, il policarbonato e il PA12. Puoi vedere degli esempi di questo processo sul sito di AMT, che vende sistemi di lucidatura a vapore. 

Tintura e verniciatura

La tintura delle stampe in nylon generalmente è più efficace con colori scuri.

La tintura delle stampe in nylon generalmente è più efficace con colori scuri. 

Una volta pulite le parti, gli utenti potrebbero volerne cambiare il colore. Due metodi molto diffusi per farlo sono la verniciatura spray e la tintura.

I passaggi necessari per la verniciatura spray delle parti SLS sono simili a quelli per altre parti stampate in 3D. Innanzitutto le parti SLS devono essere assemblate e ricoperte con diversi strati sottili di primer. Quindi si può applicare sulla superficie la vernice spray.

Poiché le parti SLS hanno spesso una struttura complessa, in genere la tintura è preferibile alla verniciatura. Nella maggior parte dei casi, le parti SLS hanno componenti mobili, cerniere e interstizi che possono risultare difficili da verniciare. La verniciatura è adatta a stampe con superfici ampie e piatte, nonché a parti senza strutture reticolari complesse o sezioni interne facilmente visibili. 

Tingere le parti SLS è semplice, e consigliamo di usare la RIT Proline Dye base nel colore desiderato. RIT Proline fornisce linee guida di sicurezza, disponibili sul loro sito web. Prima di cominciare, assicurati di avere un paio di guanti, un grembiule per non sporcare i vestiti, occhiali protettivi e un luogo di lavoro con un'ottima ventilazione. Sul retro della confezione della RIT Proline Dye ci sono istruzioni che dovrebbero essere sufficienti per completare con successo il processo di tintura. Riportiamo di seguito i passaggi per la tintura.

Il processo inizia con la preparazione del materiale necessario:

  1. RIT Prolyne Dye (scheda dati di sicurezza)
  2. Una piastra calda
  3. Una pentola per la tintura in acciaio inossidabile
  4. Un timer
  5. Un misurino per liquidi
  6. Paletta, pinze e altri utensili
  7. Carta assorbente, vassoi per l'asciugatura, stracci ecc.
  8. Acetone per la pulizia
Una tipica postazione per la tintura

Una tipica postazione per la tintura

Tintura delle parti SLS

Sul retro della confezione dovrebbero essere riportati questi passaggi:

  1. Fai bollire un litro d'acqua.
  2. Aggiungi la tintura. Mescola finché non si sarà dissolta del tutto.
  3. Immergi le parti e fai partire il timer.
  4. Trascorso il tempo necessario, rimuovi le parti.

Le istruzioni per la tintura standard sotto riportate in maniera più dettagliata sul retro della confezione della RIT Proline e sono adatte a trattare parti stampate con la Nylon 12 Powder di Formlabs. Non è necessario aggiungere all'acqua sale, aceto o detersivo per i piatti. Dopo l'asciugatura, le parti non necessitano di essere sciacquate o lavate. 

Il processo di colorazione può essere controllato regolando il tempo di ammollo delle parti in acqua colorata. Le parti SLS cominceranno ad assorbire un po' di colore dopo soli 30 secondi. Abbiamo riscontrato che per ottenere colori intensi è necessario tenere le parti in ammollo per 30 minuti. 

Una volta estratte le parti dall'acqua calda, sciacquale per un minuto sotto l'acqua fredda per rimuovere la tintura in eccesso dalla superficie. Questo passaggio non dovrebbe compromettere la colorazione. Le parti, indipendentemente dal fatto che siano state sciacquate o meno, dopo una notte ad asciugare all'aria non perdono colore.

Più a lungo le parti SLS vengono lasciate immerse nella tintura, più scure diventeranno.

Più a lungo le parti SLS vengono lasciate immerse nella tintura, più scure diventeranno. 

L'uso di tinte dai colori chiari rappresenta uno svantaggio quando si trattano parti SLS. Poiché le polveri per la Fuse 1, ad esempio la Nylon 12 Powder, sono scure, i colori come il giallo appariranno contaminati. Le tinture gialle sulla Nylon 12 Powder appariranno più scure, con un colore tendente al verde. Nel caso di colori più accesi, è possibile applicare uno strato di vernice alle parti tinte. 

Gli utenti che hanno scelto la stampa 3D SLS di Formlabs tingono già le parti SLS realizzate con la Fuse 1. Partial Hand Solutions si dedica all'innovazione tecnologica per pazienti di tutte le età che hanno subito amputazioni. Dalla sua fondazione, nel 2007, l’azienda ha fornito soluzioni funzionali a molti soldati in servizio e a tante altre persone che avevano subito amputazioni totali o parziali delle dita, nonché a bambini con esigenze protesiche complesse.

Ulteriori informazioni sulla stampa 3D SLS

Nylon 12 Powder tinta e non tinta.

Nylon 12 Powder tinta e non tinta. 

La post-elaborazione delle parti SLS non è un processo complicato. Dopo un paio di stampe la maggior parte degli utenti è in grado di effettuare con facilità lavaggi, trattamenti di polimerizzazione post-stampa, verniciatura, levigazione e molto altro. Dare vita alle tue creazioni non è mai stato così semplice grazie alla stampa 3D desktop a prezzi accessibili e alla conoscenza delle pratiche di post-elaborazione delle parti.

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Vuoi saperne di più sulla stampa 3D SLS? Scarica la nostra guida completa in cui illustreremo il processo di sinterizzazione laser selettiva, i diversi sistemi e materiali disponibili sul mercato, il flusso di lavoro per l'utilizzo delle stampanti 3D SLS, le diverse applicazioni di questa tecnologia e i casi per i quali può risultare più adatta rispetto ad altri metodi di produzione additiva o tradizionale.