Руководство по 3D-печати прозрачных моделей

С помощью стереолитографической (SLA) 3D-печати  можно изготавливать прозрачные предметы, которые, после некоторой пост-обработки, становятся оптически прозрачными.

Последний стереолитографический 3D-принтер Formlabs,  Form 3, повышает прозрачность моделей благодаря использованию эластичного резервуара для полимеров, который уменьшает силы воздействия на модель, в результате чего получаются более прозрачные детали с гладкой поверхностью. 3D-печать на Form 3 из полимера Clear Resin — это отличный способ изготовить детали, требующие светопроницаемости и, при правильных методах пост-обработки, прозрачности.

Следующие методы обработки помогут получить  3D-печатью  прозрачные детали различного назначения — от оптических устройств до световодов и жидкостных элементов. Методы варьируются от быстрых решений для получения достаточной прозрачности до специализированных техник создания оптически прозрачных деталей.

Четкие и прозрачные 3D-модели идеально подходят для создания прозрачных элементов прототипов, демонстрации внутренних полостей и деталей, изготовления корпусов светодиодов или окон. Formlabs и наши клиенты использовали Clear Resin для создания оптически прозрачного объектива  камеры, полностью изготовленной по технологии 3D-печати,  плиток для инсталляции линз Френеля  на Таймс-сквер,  световодов, призм,  миллифлюидных устройств и многого другого.

Инженер по прикладному использованию Formlabs Амос Дадли (Amos Dudley)  спроектировал и напечатал на 3D-принтере объектив  для камеры, полностью изготовленной по технологии 3D-печати.

Мы протестировали несколько методов пост-обработки деталей, напечатанных на 3D-принтере из Clear Resin. В этой статье мы расскажем о ручном шлифовании, нанесении прозрачного покрытия распылением и пропиткой полимерами. Для каждого варианта обработки требуется разное количество усилий, в зависимости от необходимой степени прозрачности и качества поверхности.

Применение: Ручное шлифование и полировка могут быть эффективны для моделей простой формы с небольшим количеством мелких деталей, но мало подходят для обработки моделей сложной формы. С помощью этого метода очень трудно достичь полной оптической прозрачности.

Чтобы с помощью ручной шлифовки получить прозрачную деталь, вам придется шлифовать шкуркой с очень мелкой зернистостью, но, приложив некоторые усилия, вы можете отшлифовать и отполировать детали до уровня прозрачности увеличительного стекла. Вместе с тем, с помощью ручной обработки полностью удалить все линии слоев очень сложно — если вы повернете деталь под небольшим углом к ​​свету, вы сможете заметить микроцарапины.

Инструкция: Для выравнивания поверхности используйте шлифовальную наждачную бумагу, затем отполируйте деталь акриловым чистящим средством и салфеткой из микрофибры.

При использовании шкурки зернистостью примерно 3000 прозрачные детали, полученные 3D-печатью SLA, становятся глянцевыми и очень гладкими на ощупь. После шлифовки с зернистостью 12.000 они отражают свет. Попробуйте использовать различную наждачную бумагу и абразивные листы с зернистостью от 400 до 12.000 с шагом 200. Перед переходом на следующий шаг зернистости медленно и аккуратно очищайте линзу и устраняйте царапины с предыдущего уровня шлифовки.

На нашем сайте техподдержки предлагается  простое пошаговое руководство по ручной шлифовке, куда включена дополнительная обработка акриловым спреем.

Если вам необходима только полупрозрачность, для создания ровной поверхности и сокрытия световых пятен достаточно будет минерального масла.

Мы протестировали различные методы полировки прозрачных 3D-моделей: от ручного шлифования и нанесения покрытия распылением до пропиткой полимерами.

Применение: Покрытие распылением — это простой и быстрый способ улучшить прозрачность деталей без значительного уменьшения детализации. Метод эффективен для всех типов моделей, так как распылить покрытие можно и на детали сложной формы, шлифование и полировка которых может быть затруднительна.

Нанесение прозрачного покрытия помогает скрыть линии слоев и защитить детали от воздействия ультрафиолета, которое может вызвать пожелтение и непредусмотренную финальную полимеризацию. Если вам требуется гладкая, подобная стеклу поверхность, до нанесения покрытия выполните ручную шлифовку и полировку; чем тщательнее шлифование до нанесения прозрачного покрытия, тем лучше прозрачность. Этот дополнительный этап отлично подходит для прототипов, прошедших пост-обработку, которые выглядят как полностью прозрачный пластик, например, упаковки, бутылки и микрофлюидные устройства.

Инструкция: Для нанесения прозрачного покрытия можно использовать различные аэрозоли, от недорогих спреев до средств, которые требуют отдельного помещения и инструментов.

• Аэрозольные прозрачные краски общего назначения:: Выбор варьируется от неплохих, очень недорогих вариантов, например Rustoleum Painter's Touch 2X, до доступных по цене высококачественных аэрозолей, например Spray Max 2k Clear Glamour.
• Автомобильные аэрозоли: Такие средства, как например Lesonal Universal Clear, акриловое уретановое прозрачное покрытие с высоким содержанием твердых частиц, придают очень хороший глянцевый эффект. Они предназначены для сушки на воздухе и горячей сушки, и для их использования требуется пульверизатор и свободное пространство для распыления. Перед применением Lesonal Universal Clear и аналогичных аэрозолей необходимо нанесение базового покрытия.

Наносите покрытие на чистую сухую модель, уже промытую в изопропиловом спирте (IPA). Не проводите финальную полимеризацию модели перед распылением, так как это может вызвать пожелтение. Просушите модель на воздухе. Как только она полностью высохнет, нанесите два-три слоя аэрозоли в незапыленной среде.

За отдельную плату такое покрытие, как Lesonal Universal Clear, вы можете нанести, обратившись в автомастерскую. В большинстве случаев для очистки и подготовки поверхности модели перед распылением автомастерские используют летучий растворитель, например, нафта.

При создании инсталляции на Таймс-сквер,  Window to the Heart, специалисты Formlabs и Aranda/Lasch покрывали плитки аэрозолью Lesonal Universal Clear в автомастерской.

Применение: Этот метод лучше всего подходит для случаев, когда требуется очень высокая прозрачность деталей, и может быть применен только к плоским или почти плоским поверхностям, таким как линзы или "окна" во внутреннее пространство детали.

Погружение в полимеры позволяет получить очень гладкие детали с четким и резким отражением от поверхности.

Метод может быть использован для увеличения гладкости деталей, напечатанных из других материалов SLA, хотя он может уменьшить детализацию.

Инструкция: Нанесите полимер Clear Resin на деталь, используя шприц, или погрузив деталь в полимер, по желанию. Вязкий полимер заполнит имеющиеся на детали расслоения и царапины, формируя совершенно гладкую поверхность.

Слой полимера должен быть как можно тоньше, но при этом он должен устранять линии слоев. Уберите все пузырьки с помощью шприца.  Выполните полную финальную полимеризацию детали, используя соответствующие параметры, затем повторите процесс с другой стороны: как погружения, так и финальной полимеризации.

Линза, подвергшаяся 3-этапной процедуре погружения в полимеры, конечный результат — слева.

Примечание. Процесс погружения в полимер немного меняет фокусное расстояние линз. В ходе создания камеры, полностью изготовленной по технологии 3D-печати, инженер по прикладному использованию Formlabs Амос Дадли (Amos Dudley)  спроектировал и напечатал на 3D-принтере тестирующее устройство для линз.

Ознакомьтесь с нашим техническим докладом, в котором приводится подробный обзор экосистем SLA и пошаговый рабочий процесс 3D-печати.

Хотите увидеть получаемое качество своими глазами? Запросить бесплатный образец прозрачной модели.