Con el desarrollo de la tecnología de impresión 3D, cada vez más usuarios la utilizan para la investigación y desarrollo de productos, así como para la producción en masa. Aunque la aplicación de la impresión 3D se está volviendo más madura, todavía hay algunos problemas visibles en la superficie de los productos impresos, como líneas de capa obvias y superficies rugosas. El suavizado de vapor y el pulido por vibración son las dos principales formas de posprocesamiento para mejorar esto. Ahora echemos un vistazo a las comparaciones de los dos métodos.
Suavizado de vapor
El suavizado de vapor, también conocido como suavizado químico de vapor, es una técnica que consiste en exponer las piezas impresas a un entorno solvente para el tratamiento de superficies. En los procesos industriales de suavizado de vapor, las piezas individuales o múltiples se suspenden cuidadosamente en una cámara cerrada para maximizar la exposición. Se inyecta una mezcla de disolventes químicos (como FA 326) y se pulveriza en la cámara donde se condensa y endurece en las piezas, eliminando las irregularidades superficiales a través de la fusión controlada. A medida que aumenta la temperatura de la cámara, el disolvente residual se evapora y se recupera. La pieza final se vuelve impermeable al tiempo que conserva sus superficies interiores lisas, dimensiones precisas y volumen de material original.
Para lograr resultados óptimos de suavizado de vapor, se recomienda utilizar equipos de grado industrial diseñados específicamente para el suavizado de vapor de impresión 3D en un entorno controlado. Para aquellos interesados en los métodos de bricolaje, la acetona o el etanol se pueden utilizar como disolventes químicos para lograr el suavizado del vapor. Sin embargo, se debe tener precaución y se deben implementar las medidas y equipos de seguridad adecuados.
△ El lado izquierdo es la sección suave de vapor, y el lado derecho es el tratamiento superficial estándar (Crédito de la foto: ProtoLabs)
Pulido por vibración
Por otro lado, el pulido por vibración no utiliza productos químicos para el tratamiento de superficies. En cambio, se basa en medios de molienda para mejorar la superficie de las piezas impresas en 3D. En este proceso, se colocan múltiples piezas impresas en 3D en un recipiente vibrante lleno de medios de molienda seleccionados y lubricante compuesto. Cuando se enciende la máquina, el recipiente comienza a moverse, creando fricción mecánica entre las piezas y los medios de molienda. Este proceso sustractivo puede minimizar y eliminar suavemente la capa exterior de material para mejorar la calidad de la superficie de las piezas. El pulido por vibración requiere medidas y equipos especiales y ofrece dos métodos: método de vibración y método de volteo. El método de vibración es particularmente adecuado para objetos más grandes con menos detalles y puede lograr los resultados deseados más rápido.
La selección de abrasivos o virutas es crucial en el pulido por vibración. Los fragmentos abrasivos se pueden hacer con cerámica, plástico o acero, cada uno produciendo resultados diferentes. Los abrasivos cerámicos son especialmente efectivos para eliminar las rebabas y lograr un acabado superficial brillante. Debido a su alta densidad, pueden soportar altas presiones y son adecuados para procesar piezas de acero inoxidable, metal y plástico. Los abrasivos de plástico son ideales para el procesamiento suave de superficies suaves y delicadas. Vienen en forma de pirámide o variedades de forma cónica. Además, Walther Trowal también ha desarrollado abrasivos en forma de pezón que son adecuados para piezas delicadas ultrapequeñas en áreas difíciles de alcanzar. Los abrasivos de acero para granallado en su mayoría tienen forma esférica que imparte una eliminación mínima del material, lo que los hace particularmente adecuados para el pulido y la limpieza mecánica de piezas de metal, plata o aluminio, lo que garantiza superficies lisas y libres de arañazos.
△Los abrasivos a base de cerámica pueden soportar altas presiones. (Fuente: Vibrafinish)
Además de los abrasivos, se necesitan lubricantes, también conocidos como compuestos. Estos compuestos se utilizan para absorber y eliminar el desgaste de las piezas, así como para limpiarlas y desengrasarlas. Para procesar piezas metálicas, se pueden usar compuestos ácidos para el decapado. Después del tratamiento, se requiere secado. Las piezas se pueden colocar en un secador vibratorio para secar junto con medios de secado calentados, como sémola de mazorca de maíz, sémola de cáscara de nuez o trozos de madera.
Materiales compatibles
El suavizado de vapor es compatible con la mayoría de los polímeros y elastómeros de impresión 3D. Los materiales comunes adecuados para el alisado de vapor incluyen acrilonitrilo estireno acrilato (ASA), acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), poliestireno de alto impacto (dependiendo de la máquina), nylon 11 (PA 11), nylon 12 (PA 12), polipropileno (PP) y policarbonato / acrilonitrilo butadieno estireno (PC-ABS). Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el TPU y ciertos filamentos especiales no se recomiendan para el suavizado de vapor. Cada solvente como acetona, metil etil cetona (MEK), tetrahidrofurano (THF), diclorometano (DCM) y acetato de etilo tiene su propia eficacia y consideraciones de aplicación.
Por otro lado, el pulido por vibración es compatible con muchos materiales diferentes. Por ejemplo, el pulido por vibración se puede utilizar no solo para piezas impresas en 3D hechas con plásticos termoestables, plásticos termoplásticos y elastómeros (como polietileno (PE), polipropileno (PP) o tereftalato de polietileno (PET)), sino también para metales como aluminio, acero inoxidable, cobre o latón. Esto lo convierte en un método más versátil que se puede utilizar como técnica de posprocesamiento para varias tecnologías de impresión 3D como FDM / FFF y fusión de lecho de polvo.
△Antes y después de la comparación de piezas metálicas tratadas por pulido por vibración (Fuente: Acton Finishing)
Limitaciones y ventajas de las técnicas de post-procesamiento
Ambos métodos tienen muchas ventajas en términos de apariencia y rendimiento de la superficie. El alisado de vapor puede lograr superficies que son tan lisas e impermeables como las piezas moldeadas por inyección, al tiempo que mejora el alargamiento, la resistencia a la tracción, el rendimiento de flexión, el mantenimiento de las características, la resistencia y la precisión de las piezas. Por otro lado, el pulido por vibración no puede lograr impermeabilidad, pero puede proporcionar superficies excepcionalmente lisas al eliminar las marcas de recubrimiento y producir superficies resistentes a los arañazos y repelentes a la suciedad. Las piezas procesadas mediante métodos de pulido por vibración y suavizado de vapor pueden producir superficies lisas de aspecto brillante. Sin embargo, en comparación con el pulido por vibración, el suavizado de vapor proporciona una superficie más brillante. Además, las piezas tratadas con pulido por vibración exhiben una experiencia táctil notablemente más suave y agradable.
Por otro lado, el pulido por vibración es adecuado para una gama más amplia de piezas impresas en 3D que el suavizado de vapor porque puede adaptarse a cualquier requisito personalizado, propiedades de materiales y estructuras eligiendo diferentes abrasivos / métodos. Siempre que este proceso sea realizado profesionalmente por expertos, el pulido por vibración aplica casi todos los componentes impresos en 3D. Sin embargo, el aleteo de vibraometría puede provocar la pérdida de la forma geométrica de ciertos componentes. Por ejemplo, los ángulos y las puntas de un componente pueden volverse demasiado redondeados y perder su forma, lo que no ocurre con el suavizado de vapor. Además, el pulido por vibración a veces requiere procedimientos de secado adicionales posteriores, lo que prolonga el proceso.
Campos de aplicación
El suavizado de vapor es una tecnología favorecida en industrias como la médica, automotriz y aeroespacial para tratar piezas impermeables y antibacterianas sin sustancias químicas. Cuando se trata de pulido de vibraciones, las industrias médica, automotriz y deportiva se benefician particularmente a través de esta técnica. En cada campo, una superficie lisa (particularmente componentes metálicos) es fundamental para garantizar el funcionamiento adecuado y las condiciones de seguridad de las piezas. Sin embargo, tanto el suavizado de vapor como el pulido por vibración se pueden implementar a lo largo del ciclo de desarrollo de productos, convirtiendo modelos conceptuales en prototipos y productos finales, y se han utilizado ampliamente en diversas industrias, incluidas la médica, automotriz y de bienes de consumo. Por ejemplo, las piezas procesadas mediante técnicas de pulido por vibración incluyen piezas automotrices o equipos deportivos como patines de hielo o equipos de fitness. Además, las joyas y los cubiertos también se pulen utilizando técnicas de pulido por vibración para uso del consumidor. Un ejemplo en la industria automotriz donde los componentes suavizados por vapor se utilizan con frecuencia son los componentes internos de los vehículos, como los tableros, las manijas de las puertas y los elementos de la consola central. El suavizado de vapor también se utiliza para piezas de aviones en la industria aeroespacial, como alas, conductos de aire y componentes del motor.
△ Suavizado de vapor comúnmente aplicado en piezas de aeronaves en la industria aeroespacial (Fuente de la imagen: Fast Radius)
Los proveedores y los precios
Diferentes proveedores de servicios, como SPALECK GmbH, VibraFinish o Rohde AG, ofrecen servicios de pulido de vibraciones para clientes privados y empresas. Para el suavizado de vapor, los proveedores de servicios conocidos incluyen Xometry, AMT, DyeMansion, Protolabs y Hubs. Proporcionan servicios de suavizado de vapor a través de máquinas de solución de posprocesamiento designadas o basadas en especificaciones de materiales. 3Faktur es una empresa alemana que ofrece servicios de suavizado de vapor y pulido por vibración. Las máquinas de suavizado de vapor populares como la serie AMT PostPro3D y la serie Powerfuse S son proporcionadas por Xometry y DyeMansion respectivamente. Protolabs y Hubs utilizan tecnología SLS (Selective Laser Sintering) con materiales MJFHPA 12 (Multi Jet Fusion High-Performance PA 12), PA 12 (Polyamide 12), MJF Ultrasint™TPU-01.
En cuanto al pulido por vibración, las grandes máquinas industriales producidas por fabricantes como Walther Trowal AVATec o Garant tienen precios que oscilan entre $ 18k y $ 21k USD (€ 17k a € 20k). El precio de un abrasivo de 2 kg oscila entre $ 21 y $ 44 USD (€ 20 a € 40), mientras que un compuesto de 5 litros cuesta aproximadamente lo mismo ($ 21 - $ 44 USD / € 20 - € 40). Los precios pueden variar significativamente dependiendo de la cantidad y el tamaño de las piezas a procesar. Para los servicios de suavizado de vapor, el costo por pieza puede oscilar entre $ 5 y $ 15 USD ($ 4 - € 14) dependiendo de la complejidad; Aunque muchos fabricantes generalmente solo ofrecen este servicio en paquetes de al menos diez partes. El costo de comprar un dispositivo de suavizado vapot en sí es de alrededor de $ 10k a $ 30k USD (€ 11k - € 33K), dependiendo de la región, el fabricante y el nivel de calidad.
