Guía de posprocesamiento de SLS: granallado, alisado y teñido de piezas

Piezas SLS en varias etapas de postprocesamiento.

La impresión 3D de sinterización selectiva por láser (SLS) ha sido durante mucho tiempo el dominio de las impresoras industriales caras y de gama alta, lo que a menudo la pone fuera del alcance de la mayoría de los diseñadores de productos y negocios, o los obliga a subcontratar piezas de alto rendimiento. Pero a medida que los precios han bajado, la demanda de impresión interna de nailon ha aumentado. Esto se debe a que las piezas impresas en 3D de nylon son termoplásticos probados de alta calidad con propiedades mecánicas comparables a las creadas con métodos de fabricación convencionales como el moldeo por inyección.

Debido a su uso de polvo de nailon para crear piezas, la impresión 3D SLS tiene un flujo de trabajo de postprocesamiento distinto. Además, el exceso de polvo se puede guardar y reutilizar, a diferencia del exceso de resina que se debe lavar de una pieza de estereolitografía (SLA) después de la impresión.

En esta guía, cubrimos todo lo que necesita saber sobre el postprocesamiento de piezas SLS, desde la eliminación de la torta de polvo de la impresora, el granallado y el teñido.

Postprocesamiento SLS: conceptos básicos

Una vez que su pieza ha terminado de imprimirse y se retira de la impresora 3D, hay tres pasos básicos que debe seguir:

• Extracción de piezas

• Recuperación de polvo

• Explosión de medios

En esta sección, cubriremos los pasos de postprocesamiento de las piezas SLS impresas en la impresora 3D Formlabs Fuse 1 y limpiadas con la estación de recuperación de polvo Fuse Sift. Los usuarios pueden tener su propia estación de limpieza personalizada que funciona de manera similar al Fuse Sift. Esta sección también incluye cómo retirar y enfriar la cámara de construcción, que es el recipiente en el que el Fusible 1 deposita el polvo.

De manera similar a la impresión 3D de estereolitografía (SLA), muchos factores influirán en el éxito y la facilidad del postprocesamiento. Por ejemplo, el volumen de piezas empacadas en la cámara de construcción, la geometría de la pieza, la orientación de la pieza, el tamaño de la pieza y la distancia de empaque afectarán la calidad de impresión y la facilidad de eliminación del polvo.

Una vez extraídas las piezas de su impresora 3D SLS, es importante no perder polvo suelto. La recuperación de polvo es una parte fundamental del postprocesamiento de SLS que no existe cuando se utilizan tecnologías FDM o SLA. Debido a que los polvos de nailon son reutilizables en el proceso de impresión SLS, cada gramo que se puede ahorrar es importante. Las impresoras 3D SLS, como la Fuse 1, pueden funcionar con hasta un 70 % de polvo recuperado, lo que significa que hay un importante ahorro de costes asociado con la recogida de polvo durante el postprocesamiento.

Extracción de piezas

Después de enfriarse, retire las piezas de la cámara de construcción de la Fuse 1.

Algunas impresoras SLS pueden tener varias tolvas para polvo de nailon nuevo y usado. Otros, como el Fuse 1, pueden tener una sola tolva que combina los dos. El Fuse Sift mezcla automáticamente polvo nuevo con polvo reciclado, que luego se puede insertar directamente en el Fuse 1 para una impresión óptima. Para aquellos que usan otros dispositivos, la energía recuperada tendría que mezclarse manualmente.

La Fuse 1 produce impresiones de alta calidad de forma constante con una frecuencia de actualización del 30 al 50 % para el polvo de nailon 12. Esto significa que puede imprimir con hasta un 70 % de polvo recuperado. Independientemente de su configuración de impresión 3D SLS, la recolección y mezcla de polvo recuperado debe verse como una parte vital de su flujo de trabajo de posprocesamiento.

En este punto, ha completado la extracción de piezas y la recuperación de polvo. El polvo recuperado se clasificó y mezcló con polvo nuevo para el siguiente ciclo de impresión. Ahora puede realizar un granallado para eliminar el polvo residual final de sus piezas.

Media Blasting SLS Piezas a la perfección

Para eliminar por completo todos los rastros de exceso de polvo, las piezas SLS deben tratarse con un chorro de arena (también conocido comúnmente como chorro de arena). El granallado utiliza aire comprimido y partículas para eliminar el polvo no deseado de las piezas. Normalmente se utilizan para eliminar pintura y limpiar superficies antes de que se recubran o pinten, los chorros de medios se pueden utilizar para eliminar el polvo de la superficie de una pieza SLS.

Formlabs Fuse 1 utiliza una cubierta semisinterizada patentada llamada Surface Armor para proteger la superficie de las piezas mientras se imprimen para lograr una calidad y propiedades mecánicas constantes. Durante el procesamiento posterior, esta capa se elimina frotando la superficie de la pieza. La armadura de superficie debería caerse fácilmente durante el postprocesamiento regular.

Si bien la mayoría del polvo sin sinterizar debería caerse fácilmente de las piezas una vez que se retira del Fuse 1, el polvo que está cerca de las piezas (1-2 mm alrededor de las piezas) será más difícil de eliminar y, a menudo, no se puede quitar con un cepillo. . Esta es la razón por la que la voladura de medios es un paso vital de postprocesamiento para muchos usuarios.

Hay varios tipos de sistemas de granallado: Formlabs recomienda sistemas de alimentación por sifón para piezas SLS 3D. Los sistemas de alimentación por sifón usan el efecto Venturi para crear succión al final de un tubo que se cruza con la línea de aire comprimido. Los sistemas de alimentación por sifón normalmente funcionan a una presión de chorreado más baja y, por lo tanto, son más cuidadosos con las piezas. El uso de un sistema con demasiada potencia puede dañar las piezas y cambiar su precisión dimensional. Los sistemas de chorro de arena alimentados por sifón suelen ser más cuidadosos con las piezas, pero lo suficientemente fuertes como para eliminar el exceso de polvo.

Los sistemas de voladura de medios necesitan un flujo de aire significativo para funcionar. La mayoría de los gabinetes requieren 16 CFM a 80 psi para impulsar eficazmente las partículas abrasivas y limpiar las piezas SLS. La mayoría de los sistemas de compresión no podrán suministrar este tipo de flujo de aire durante más de unos pocos minutos a la vez. Para piezas y proyectos SLS más pequeños, esto estará bien.

Tener aire de taller proporcionado por un gran compresor industrial hará que el proceso de voladura sea mucho más fluido, ya que permitirá una voladura continua sin pérdida de presión. Sin embargo, el uso de un compresor doméstico económico como este compresor eléctrico silencioso fabricado por Husky (compresor de aire silencioso eléctrico vertical de 20 galones, modelo n.º 3332013) debería ser suficiente para hacer explotar trabajos más pequeños y más grandes con pausas intermedias para permitir que el tanque para represurizar.

Opciones de Media Blaster para impresión 3D SLS

De izquierda a derecha, una pieza SLS después de: granallado, alisado con vapor y teñido de negro, alisado mediante volteo y alisado con medios de superficie.

A continuación se puede encontrar una extensa lista de arenadoras que se encuentran en el mercado. En general, estas máquinas se pueden clasificar en cuatro categorías:

• Blasters multimedia de sobremesa

• Blasters de medios de piso

• Gabinetes de voladura

• Cabinas de granallado para eliminación de polvo específicas de SLS

Blasters de sobremesa

Las arenadoras de sobremesa se recomiendan para usuarios con un presupuesto limitado, normalmente con volúmenes de impresión de tamaño pequeño a mediano por semana. Los reproductores de medios de escritorio tienden a oscilar entre $ 150 y $ 1,000 USD en precio, y su factor de forma compacto a menudo tiene sentido para las piezas SLS. Las unidades de escritorio más baratas a menudo vienen con una serie de problemas, como un sellado deficiente del gabinete, que puede provocar que los medios se escapen del gabinete. También hemos visto unidades económicas que sufren de un sellado deficiente de los accesorios neumáticos, lo que desperdicia aire comprimido y crea ruidos fuertes que interrumpen los espacios de trabajo. Antes de comprar una arenadora de medios de sobremesa, asegúrese de que venga con (o de que ya tenga) un sistema de recolección de polvo. Cuando se hace correctamente, los reproductores multimedia de escritorio ofrecen un tamaño reducido y un precio atractivo. La cabina de chorreado abrasivo de Econolinees un ejemplo de un blaster de medios de escritorio asequible.

Arenadores de piso

Las arenadoras de piso pueden ser más costosas, ya que la mayoría de las máquinas cuestan más de $ 1,000 USD, pero ofrecen un espacio de trabajo más grande y se consideran de calidad industrial. Muchos vienen con separadores de medios de aire que funcionan bien (aspiradores que se conectan al costado del gabinete de explosión, manteniendo el aire libre de medios y polvo en el aire) que ayudan a mantener su estación de trabajo limpia y las piezas sin exceso de polvo. En Formlabs, utilizamos principalmente una arenadora a presión independiente Trinco de 24 x 18 x 23" de dimensiones de trabajo .

Lanzadores de volteo

Los volteadores contienen un tambor giratorio con una pistola de voladura apuntando a las partes del SLS dentro del tambor. Este es un proceso de granallado automatizado, donde las piezas se colocan en la máquina y se dejan solas hasta que se completa el ciclo de granallado. Las arenadoras de tambor son las más adecuadas para limpiar grandes volúmenes de piezas más pequeñas. Sin embargo, este proceso no se recomienda para piezas delicadas. Los sistemas de voladura por volteo no se diseñaron teniendo en cuenta las piezas SLS, y sus cubos de metal pueden abollar o romper piezas frágiles de su impresión 3D. Con un tiempo de ciclo de aproximadamente 20 minutos, los volteadores pueden mejorar en gran medida la eficiencia de su flujo de trabajo. Sin embargo, debido a la necesidad de utilizar una granalladora de sobremesa o de piso para las piezas delicadas, las granalladoras Tumble pueden ser ineficientes.

Los blasters de medios específicos de SLS existen en el mismo espectro de gama alta que los blasters de volteo. Estas arenadoras, que ofrecen soluciones completamente automatizadas para eliminar el polvo de piezas delicadas, son costosas pero son líderes del mercado para casos de uso intensivo de SLS. PostPro DP de AMT y Powershot C de Dyemansion son dos ejemplos de blasters de medios específicos de SLS. Ambas máquinas cuestan alrededor de $35,000 USD, sin incluir planes de servicio ni consumibles. Los tiempos de ciclo para ambas máquinas son de aproximadamente 10 minutos para eliminar completamente el polvo de las piezas.

Pasos adicionales de posprocesamiento

El pulido vibratorio , también conocido como pulido vibratorio o volteo de medios, es un proceso de acabado que alisa la superficie de las piezas impresas en 3D SLS colocándolas en un tambor vibratorio. Este paso adicional produce un acabado de superficie satinado y permite que las piezas alcancen una suavidad que normalmente es imposible solo con el granallado. El resultado del vibropulido es una suavidad que elimina la rugosidad exterior de las piezas de nailon sinterizado. Las piezas que están vibropulidas son más resistentes a los arañazos y la suciedad que las que no lo están.

El proceso de vibropulido comienza con la colocación de lotes de piezas impresas SLS en un recipiente vibratorio que contiene gránulos de medios pequeños, como virutas de cerámica. Durante el funcionamiento, la secadora que contiene tanto el medio como las piezas de SLS vibra para crear fricción entre el medio y las piezas de trabajo. Luego, los medios lamerían la superficie de las piezas de SLS, frotando las piezas para alisar lentamente las superficies.

El tiempo de procesamiento típico para el pulido vibratorio es de alrededor de cuatro a ocho horas. Debido a la naturaleza abrasiva del material, algunos bordes afilados se suavizarán y las características más delicadas serán propensas a romperse. Siempre debe seguir las pautas de vibropulido para asegurarse de que sus piezas cumplan con el grosor mínimo viable para que las características más frágiles no se rompan bajo las fuerzas de volteo.

Antes de teñir una pieza SLS, es posible que algunos usuarios deseen implementar el alisado con vapor . El alisado con vapor es una opción de acabado para piezas impresas SLS que utiliza disolventes químicos vaporizados para crear superficies brillantes y lisas similares a las de una pieza moldeada por inyección. El suavizado de vapor se puede utilizar en varias tecnologías de impresión 3D, como la fusión de lecho de polvo, incluidos SLS y MJF, así como el modelado de deposición fundida (FDM). El resultado del alisado con vapor es una pieza impresa alisada que también conserva sus propiedades mecánicas originales.

A diferencia del volteo de medios, el alisado con vapor no elimina material de la pieza de trabajo. El solvente químico vaporizado se dispersa en la superficie de las piezas dentro de la cámara durante la operación. El resultado es una capa de fusión química en la superficie de la pieza que licua el material de la pieza para lograr una superficie uniforme en toda la exposición de la superficie.

El mismo agente de acabado se puede usar para alisar con vapor muchos materiales diferentes, incluidos ABS, policarbonato y PA12. Puede ver ejemplos de este proceso en el sitio web de AMT , que vende sistemas de suavizado de vapor.

Tintura y Pintura

La mayoría de los estampados de nailon tienden a teñirse mejor cuando se usan colores más oscuros.

Una vez que se limpian las piezas, es posible que los usuarios deseen cambiar su color. Dos métodos populares son la pintura con aerosol y el teñido.

Los pasos para pintar con aerosol piezas SLS son similares a los de otras piezas impresas en 3D . En primer lugar, las piezas SLS deben montarse y cubrirse con varias capas finas de imprimación. Luego aplique la pintura en aerosol a la superficie de la pieza.

Debido a la naturaleza a menudo compleja de las piezas SLS, el teñido suele ser preferible a la pintura. A menudo, las piezas de SLS vienen con piezas móviles, bisagras y hendiduras internas que pueden ser difíciles de pintar. Puede optar por agregar pintura para impresiones con superficies grandes y planas y partes que no contengan celosías complejas o secciones internas que se puedan ver fácilmente.

Teñir las piezas SLS es fácil y recomendamos usar el tinte básico RIT Proline en el color de su elección. RIT Proline ofrece pautas de seguridad, disponibles en su sitio web . Antes de comenzar, asegúrese de tener guantes, un delantal para proteger su ropa, lentes de seguridad y un lugar con excelente ventilación. RIT Proline Dye contiene instrucciones en la parte posterior del paquete, que deberían ser suficientes para un proceso de teñido exitoso. Reiteraremos los pasos de teñido a continuación.

Por lo general, ese proceso comenzará con la configuración. Los artículos requeridos son:

1. Colorante de prolina RIT (SDS)

2. Plato caliente

3. Bote de tinte, acero inoxidable

4. cronómetro

5. Taza medidora de líquidos

6. Cuchara para tinte, pinzas, otros utensilios

7. Toallas de papel, bandejas de secado, paños, etc.

8. Acetona para limpiar

Una configuración típica de teñido

Teñido de piezas SLS

Los pasos en la parte posterior del paquete deben ser los siguientes:

1. Calienta 1 L de agua hasta que hierva.

2. Agrega colorante al agua. Revuelva hasta que se disuelva.

3. Coloque las piezas y comience el cronómetro.

4. Retire las piezas en el tiempo objetivo.

Las instrucciones estándar de teñido en estufa detalladas en la parte posterior del paquete de RIT Proline son adecuadas para teñir piezas impresas en Formlabs Nylon 12. No se agregó sal, vinagre ni detergente para platos al baño de tinte. Las piezas no requieren enjuague o lavado después del secado al aire.

El proceso de coloración se puede controlar cambiando la cantidad de tiempo que las partes permanecen en el agua teñida. Después de solo 30 segundos, algo de color comenzará a penetrar en la parte SLS. Descubrimos que el color más intenso se obtiene después de remojarlo en agua durante 30 minutos.

Una vez sacada la pieza del agua caliente, enjuágala durante un minuto con agua fría para eliminar el exceso de tinte que haya quedado en la superficie de la pieza. El enjuague no debe afectar notablemente el color en comparación con las piezas sin enjuagar. Tanto las partes enjuagadas como las no enjuagadas que se dejaron secar al aire durante la noche no transfirieron el color a la piel cuando se manipularon.

Cuanto más tiempo se deje una parte SLS en el tinte, más oscura se volverá.

El uso de tintes de colores claros presenta una desventaja al trabajar con piezas SLS. Dado que los polvos para Fuse 1 son más oscuros, como el Nylon 12, los colores como el amarillo se verán contaminados. Los tintes amarillos en Nylon 12 se verán oscuros, más parecidos a un color amarillo verdoso. Para obtener colores más brillantes, es posible que el usuario deba agregar pintura a las partes teñidas.

Los usuarios de la impresión 3D SLS de Formlabs ya están tiñendo piezas SLS creadas en el Fuse 1. Partial Hand Solutions se dedica al avance de la tecnología para amputados de todas las edades. Desde el inicio de la compañía en 2007, han brindado soluciones funcionales para muchos soldados activos y personas con amputaciones parciales de manos y dedos, junto con niños con requisitos protésicos más extensos.