La burattatura, anche nota come vibrofinitura, è un metodo consolidato per migliorare la durezza e la levigatezza superficiale di diversi materiali. Tradizionalmente utilizzata sulle parti in metallo per rimuovere le sbavature dopo la lavorazione meccanica o la pressatura, questa tecnica viene ora considerata da molte aziende come un passaggio di post-elaborazione fondamentale anche per le parti stampate in 3D.
La burattatura si rivela particolarmente utile quando si utilizza la stampa 3D a sinterizzazione laser selettiva (SLS), che a volte conferisce alle parti una superficie leggermente granulosa. Questa tecnica contribuisce a renderle pronte per l'utilizzo finale o a semplificare il loro inserimento all'interno di assemblaggi funzionali.
Leggi questa guida per avere una panoramica introduttiva sulla burattatura di parti realizzate con la stampa 3D SLS e guarda il nostro webinar per vedere i risultati completi dei test eseguiti e del confronto tra buratti, nonché per scoprire di più sul workflow.
Burattatura per parti realizzate con la stampa 3D SLS
In questo rapporto spiegheremo come scegliere l'apparecchio e i materiali giusti per il tuo workflow e illustreremo le buone pratiche e i metodi per ottenere risultati eccellenti.
Processo e vantaggi della burattatura
La nostra parte di prova, prima e dopo la burattatura. La parte burattata è di colore grigio chiaro e ha un aspetto opaco.
La burattatura consiste nell'agitare le parti per utilizzo finale insieme a pellet di diversi materiali (solitamente metallo, ceramica, plastica o materiale organico come gusci di noce) per generare attrito, che leviga la superficie delle parti e ne migliora la durezza. I buratti vibranti sono ampiamente utilizzati, date le loro dimensioni accessibili, il prezzo contenuto e la gamma di vantaggi che offrono senza aggiungere ulteriore manodopera al ciclo di produzione.
La burattatura offre due vantaggi fondamentali al workflow di stampa 3D: migliore funzionalità e migliore estetica. Questo processo riduce la ruvidità superficiale dei componenti mobili, che di conseguenza funzionano con un coefficiente di attrito inferiore. Si tratta quindi di una tecnica di post-elaborazione ideale per applicazioni come cerniere stampate, componenti di azionamento, ganci funzionali e qualsiasi altra parte che si muove o è integrata in un assemblaggio mobile. Una migliore finitura superficiale ottimizza anche la porosità, rendendo le parti burattate più resistenti all'assorbimento dei fluidi.
I vantaggi estetici della burattatura sono in primo luogo una finitura superficiale migliore e un aspetto più definito, ma anche la possibilità di avere un substrato più omogeneo su cui applicare ulteriori rivestimenti, come vernice acrilica o Cerakote.
La burattatura è un metodo semplice per migliorare drasticamente la durezza e la levigatezza della superficie di qualsiasi parte stampata in 3D da utilizzare come parte per utilizzo finale, in un assemblaggio funzionale o che debba avere un'elevata visibilità in un prototipo Proof-of-Concept.
La burattatura crea un substrato più omogeneo su cui applicare ulteriori rivestimenti, come la vernice acrilica o il rivestimento in ceramica Cerakote.
Tecniche di post-elaborazione avanzate per la stampa 3D
Guarda questo webinar per scoprire più di 11 tecniche di post-elaborazione avanzate per la stampa 3D, tra cui rivestimento con Cerakote, galvanizzazione, levigazione a vapore e molte altre.
Come scegliere un buratto vibrante per parti stampate in 3D
Gli apparecchi per la burattatura di parti stampate in 3D possono essere suddivisi in due categorie principali: industriali e di consumo. Gli apparecchi industriali hanno una capacità maggiore e requisiti di alimentazione più elevati e di solito costano almeno 5000 €. I buratti industriali sono adatti a volumi su grande scala, come la personalizzazione di massa o la produzione di soluzioni provvisorie.
Molti buratti vibranti più piccoli riescono a fornire lo stesso risultato finale di quelli industriali, ma hanno una capacità inferiore e possono richiedere cicli di burattatura fino a circa 72 ore, un tempo notevolmente superiore alle sei ore impiegate dagli apparecchi industriali. I buratti industriali possono gestire facilmente più lotti di parti, anche di dimensioni medio-grandi, il che li rende ideali per i fornitori di servizi o la produzione su larga scala.
Industriale, produzione di volumi elevati
Esempio: Rösler
Costo: >5000 €
Ideale per:
-
Alto rendimento
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Parti di grandi dimensioni
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Più parti di grandi dimensioni
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Flusso di lavoro automatizzato
Produzione di volumi medi
Esempio: CM Topline
Costo: 1000-5000 €
Ideale per:
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Parti di grandi dimensioni
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Volumi di stampa raggruppati di parti più piccole
Livello base, volumi ridotti
Esempio: Tumble Vibe di Raytech
Costo: <1000 €
Ideale per:
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Singole parti di dimensioni medie
-
Stampe a pieno volume di parti più piccole
Come scegliere materiali e detergenti per la burattatura
Nei workflow di burattatura possono essere utilizzati diversi tipi di pellet di materiale; la scelta di quello giusto avrà un grande impatto sul risultato finale. Tra i vari materiali troviamo acciaio inossidabile, porcellana, silice, compositi di poliestere o gusci di noce. Gli effetti della burattatura con queste sostanze vanno dalla levigatura aggressiva con eliminazione della ruvidità superficiale alla leggera lucidatura a scopo estetico.
In alcuni workflow basati sulla vibrazione, chiamati "finitura a umido", ai pellet vengono aggiunti acqua o detergenti chimici. Il liquido aiuta a temperare il calore generato dall'elevato attrito e favorisce la rimozione di contaminanti o ossidi dalla superficie della parte. Tuttavia, i detergenti possono essere costosi e producono rifiuti chimici che devono essere smaltiti e trattati correttamente.
Media Shapes
When choosing media to be used in a vibratory tumbler, the size and shape of the individual pellets should be considered along with the type of material. Pellets come in large and small sizes and sharp or rounded shapes. Large pellets are used for rougher grinding, such as removing burrs or rust from metal parts. Smaller pellets are used for finer pieces, offer more polishing or burnishing effects, and can be used on a broader range of materials. Sharp pellets (triangles, wedges, and arrowheads) are ideal for finishing complex parts with edges, crevices, and channels, though they have a higher instance of chipping or flaking. Rounded pellets are ideal for lighter-touch polishing and burnishing, and very rarely chip or flake. Though they are slower to fully smooth surfaces, they are much more gentle and can be used for delicate parts.
Detergents
In some vibratory workflows, called ‘wet vibratory finishing,’ water or chemical detergents are added in with the pellets. The liquid helps temper the heat generated by the high friction and can help in removing contaminants or oxides on the surface of the part. Parts will appear cleaner and more polished than with a dry tumbling workflow. However, detergents can be expensive and generate chemical waste, which has to then be disposed of and treated properly. Metal, ceramics, or plastic media can be used in a wet workflow, but organic media such as walnut shells or corn cobs should not be.
Comparison Table: Tumbling Media
| Typical Material | Costo | Vantaggi | Svantaggi | Aggressiveness | |
|---|---|---|---|---|---|
| Metallo | Hardened carbon and stainless steel | €€€ | Short Run Times Prolonged service life and superior wear-resistance Heavy-duty burnishing and polishing | Might damage parts | Alto |
| Ceramica | Porcelain Aluminum oxide Silicone Carbide Silica | €€ | Heavy-duty burnishing and polishing Most commonly used media | Might damage parts Ceramic bits may flake off and get stuck in channels/negative features | Alto |
| Plastic | Polyester, urea, and formaldehyde | € | Ideal for safely finishing threaded or fragile parts Creates soft, bright surfaces and edges Range of densities available for customization per application | Longer run times | Media |
| Organica | Walnut shells Corn cobs | € | Can be used as a secondary vibratory step Can absorb oils and moisture | Longer run times May need to be used in a two-part process | Light to medium deburring |
Materiali da sinistra a destra: gusci di noce, ceramica e acciaio.
Richiedi un campione gratuito realizzato con la Nylon 11 CF Powder e sottoposto a burattatura
Questa catena a incastro realizzata tramite SLS è stata stampata interamente in posizione e sarebbe quasi impossibile da rifinire manualmente. La parte è stata sottoposta a burattatura durante la notte in un buratto vibrante DB-300 con triangoli di ceramica tagliati ad angolo. La superficie finita è ideale per la verniciatura, il rivestimento e la galvanizzazione.
Applicazioni delle parti SLS burattate
Molte applicazioni di stampa 3D richiedono una finitura superficiale liscia e un coefficiente di attrito ridotto. Aggiungere la burattatura al proprio workflow può migliorare sia la funzionalità che l'aspetto delle parti usate nei settori e nei contesti più disparati.
Alcune delle applicazioni più comuni in cui sono necessarie parti SLS levigate con burattatura sono:
-
Prodotti per utilizzo finale: le stampanti SLS sono ottime per la produzione di parti in volumi ridotti o medi e la burattatura è un metodo semplice per levigarle in lotto.
-
Settore sanitario: la durezza di superficie è una problematica significativa quando si stampano in 3D dispositivi medici, modelli, protesi e plantari. Tuttavia, la combinazione di stampa SLS e burattatura apporta un valore aggiunto notevole ai workflow di stampa 3D nel settore sanitario.
-
Supporti di produzione: la burattatura può incrementare il coefficiente di attrito e la durezza di superficie di queste parti, aumentandone di conseguenza la resistenza e la vita utile.
Vibratory Tumbling End-Use Goods
As 3D printing technology makes mass customization a reality, high-throughput 3D printing applications become more common. The Fuse Series ecosystem enables mid- to high-volume manufacturing of end-use goods that function like injection molded parts while still taking advantage of the design freedom of SLS technology.
Vibratory tumbling is a low-cost method to achieve a surface finish comparable to injection molding, without adding hours of labor or manual post-processing. Batching parts together in a larger tumbler keeps touchpoints low and results optimal. Tumbling also prepares parts for further coating, which can further elevate the functionality, finish, and color of SLS 3D printed parts.
Vibratory tumbling is ideal for improving surface finish and preparing parts for further post-processing, such as dyeing, painting, or coating.
End-use eyewear frames are a perfect application for vibratory tumbling to have a major impact.
Vibratory Tumbling End-Use Goods
As 3D printing technology makes mass customization a reality, high-throughput 3D printing applications become more common. The Fuse Series ecosystem enables mid- to high-volume manufacturing of end-use goods that function like injection molded parts while still taking advantage of the design freedom of SLS technology.
Vibratory tumbling is a low-cost method to achieve a surface finish comparable to injection molding, without adding hours of labor or manual post-processing. Batching parts together in a larger tumbler keeps touchpoints low and results optimal. Tumbling also prepares parts for further coating, which can further elevate the functionality, finish, and color of SLS 3D printed parts.
Vibratory tumbling is ideal for improving surface finish and preparing parts for further post-processing, such as dyeing, painting, or coating.
End-use eyewear frames are a perfect application for vibratory tumbling to have a major impact.
Vibratory Tumbling End-Use Goods
As 3D printing technology makes mass customization a reality, high-throughput 3D printing applications become more common. The Fuse Series ecosystem enables mid- to high-volume manufacturing of end-use goods that function like injection molded parts while still taking advantage of the design freedom of SLS technology.
Vibratory tumbling is a low-cost method to achieve a surface finish comparable to injection molding, without adding hours of labor or manual post-processing. Batching parts together in a larger tumbler keeps touchpoints low and results optimal. Tumbling also prepares parts for further coating, which can further elevate the functionality, finish, and color of SLS 3D printed parts.
La burattatura incrementa la durata di assemblaggi complessi e supporti di produzione.
End-use eyewear frames are a perfect application for vibratory tumbling to have a major impact.
Test e risultati
Formlabs ha condotto test in-house approfonditi sulla burattatura di parti realizzate con la stampa 3D SLS, al fine di consigliare i workflow più idonei per ottenere risultati ottimali. Abbiamo stampato in 3D diverse parti sulla base di un design standard che presenta superfici piane e curve, nonché superfici interne ed esterne.
Le parti in Nylon 12 Powder e Nylon 11 Powder sono state realizzate con la stampante 3D SLS Fuse 1+ 30W, ripulite dalla polvere in una Fuse Sift secondo le linee guida standard per la post-elaborazione e infine levigate nel buratto CB300, comunemente noto come Mr.Deburr, per quattro, sei e otto ore. La precisione dimensionale di tutte le parti è stata misurata prima e dopo la burattatura utilizzando dei calibri, mentre la ruvidità superficiale è stata misurata con un microscopio a scansione laser di Keyence. Per vedere i risultati completi dei test condotti, scarica il whitepaper.
The Process
We 3D printed several parts based on one standard design that has flat and curved surfaces as well as interior and exterior surfaces. The parts were printed on the Fuse 1+ 30W SLS 3D printer, depowdered in the Fuse Sift according to standard post-processing guidelines. Parts were printed in both Nylon 12 Powder and Nylon 11 Powder.
Aside from an identification number, each part was identical. These parts were each measured for dimensional accuracy using calipers and for surface roughness using a laser scanning microscope by manufacturer Keyence.
We chose to primarily test in a CB300 vibratory tumbler, commonly referred to as Mr.Deburr. This machine has three cubic feet of tumbling capacity and operates using a 0.75 horsepower motor. Retailing for $3500, Mr. Deburr is a good choice for high-throughput applications. The volume capacity enables multiple batches of SLS 3D printed parts to be tumbled at the same time, or a lower quantity of very large parts. The media used were ceramic pellets in angle-cut triangle shapes, with side dimensions of ¼ inch. A general-purpose finishing compound was used to assist with the process. The liquid compound chosen was “Kramco 1010” provided by Kramer Industries. This liquid works well with ceramic media and is good for deburring and light cutting.
The components tumbled for two, four, six, and eight hours before being removed and re-measured to determine if changes in dimensions and reduction in surface roughness occurred, and to what degree. The surface roughness was again measured using a Keyence VR-5000. The roughness was measured in terms of Sa. Sa is the arithmetic mean of a surface. The Keyence profilometer takes the average height of a surface and then compares the difference in height of each point when compared to the mean. The dimensional accuracy measurements were taken using vernier calipers with an accuracy of ±0.02mm. This allows us to determine the amount of material removed from each surface during the tumbling process. It should be noted that the outcome may be different if using different media, detergent, or machine and that there is a huge range of media in different materials, shapes, and sizes — all of which will impact your results. Based on our discussions with industry leaders, we chose to use ceramic for our tests.
A Note on Smaller Machines
To test out the efficacy of smaller, more entry-level tumbling machines, we also tested parts in a lower-cost model and found that it was unable to achieve the same results as Mr. Deburr, most likely due to the less aggressive churning of the media. However, the smaller tumbler was still able to get the parts mostly polished, to about a 70% reduction in surface roughness over a 48-72 hour period. These results are not included in our tables in order to highlight the efficacy of larger machines and their efficiency for volumes of this size.
Results With Mr. Deburr
Both Nylon 11 Powder parts and Nylon 12 Powder parts were able to have their surface roughness reduced by more than 80% of their original surface roughness after eight hours of vibratory tumbling, and some of the parts managed to reach 80% or less in four to six hours.
A key finding — Nylon 11 Powder and Nylon 12 Powder both started and finished with different surface roughnesses, but their proportional changes are quite similar. In our trials, we determined that Nylon 11 Powder parts have an average initial surface roughness of approximately 35 µm, whereas Nylon 12 Powder parts have an initial surface roughness of approximately 26 µm. Nylon 12 Powder parts were reduced to 4 µm, whereas the Nylon 11 Powder parts saw a reduction down to 5.5 µm. In terms of overall material removed, Nylon 11 Powder (0.12 mm) exhibited slightly less wear than Nylon 12 Powder (.15 mm) over the eight hours of tumbling. This is approximately the same surface roughness as commercial steel piping.
Looking at both graphs that compare the surface roughness reduction to tumbling time, it is apparent that both the smoothing rate and the amount of material removed per hour are decreasing. For both materials, it does not appear that the surface roughness has plateaued, and we hypothesize that if we were to continue tumbling for longer, you would see the Sa values continue to decrease but at increasingly slower speeds.
Visually, we saw several changes over longer tumbling periods; hard corners and edges became slightly rounded, thinner extrusions and highly detailed embossing became slightly worn, and media became embedded in holes and pockets closer to the 72-hour mark.
Nylon 12 Vibratory Tumbling Results
| Runtime (hours) | Surface Loss (mm) | Surface Roughness (Sa) | Surface Roughness Reduction (%) |
|---|---|---|---|
| 0 | N/A | 25.687 | 0% |
| 2 | -0.108 | 10.393 | 59.54% |
| 4 | -0.126 | 6.314 | 75.42% |
| 6 | -0.139 | 6.168 | 75.99% |
| 8 | -0.150 | 4.513 | 82.43% |
Nylon 12 Vibratory Tumbling Results
| Runtime (hours) | Surface Loss (mm) | Surface Roughness (Sa) | Surface Roughness Reduction (%) |
|---|---|---|---|
| 0 | N/A | 35.081 | 0% |
| 2 | -0.046 | 11.916 | 66.03% |
| 4 | -0.081 | 10.056 | 71.43% |
| 6 | -0.106 | 8.367 | 76.15% |
| 8 | -0.120 | 6.712 | 80.87% |
Recommendations
Vibratory tumbling is an excellent way to improve the surface finish of your 3D printed parts. Equipment is affordable, and the workflow is customizable to your exact needs. When adding tumbling to your workflow, keep in mind that different machines and media will produce different results.
When choosing which tumbler to purchase for a 3D printing workflow, first consider your volume of 3D printed parts: mid to high production volumes will require a larger industrial tumbler, while prototyping, manufacturing aids, and rapid tooling applications might only require a smaller, inexpensive tumbler. In these applications, the longer time required by the smaller tumbler shouldn’t negatively affect your workflow.
Choosing your media is the next consideration, and very part dependent. For SLS 3D printed parts, ceramic, plastic, or organic materials will all work, while metal might be too abrasive. For parts with many internal pockets or channels, ceramic media might become flaked and embedded in the parts. Although removal is simple with small hand tools, organic or plastic media might be a better option. For parts that have very fine features, delicate embossing, or thin extrusions, a less abrasive media is optimal. Likewise, choosing rounded media instead of sharp media will help protect delicate parts.
Inizia a usare la stampa 3D e la burattatura
La burattatura è un metodo accessibile per rendere le parti realizzate con la stampa 3D SLS più simili, per aspetto e funzionalità, a quelle stampate a iniezione. Aggiungere questo processo al workflow della stampa 3D non è necessariamente complicato o costoso: esistono molti buratti a prezzi contenuti e accessibili in termini di ingombro e requisiti di alimentazione.
