3D プリントされた部品を研磨して洗練された仕上げを実現するために、エンジニアはコーティング、サンドブラスト、手作業による仕上げ方法など、さまざまな工業用仕上げ技術を採用しています。 3D プリンティングでは複雑な部品を製造できますが、特に溶融堆積モデリング (FDM) を使用して製造された部品では、初期プリントでは粗い表面や顕著な層の線が見られることがよくあります。 このため、後処理は部品製造において非常に重要な部分であり、部品の層を追加または除去して未完成部品の粗い表面を滑らかにします。 この記事では、Antarctic Bear が、現在市場で主流となっている 2 つの表面仕上げプロセス、スチーム スムージングと振動精密研磨を体系的に紹介し、比較して、それぞれのプロセスと各方法の利点と欠点を理解しやすくします。
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蒸気で滑らか
化学蒸気平滑化とも呼ばれる蒸気平滑化は、印刷パーツを蒸発する溶媒環境にさらす表面処理技術です。 工業用蒸気平滑化プロセスでは、露出を最大限に高めるために、単一または複数の成分を気密チャンバー内で慎重に懸濁する必要があります。 FA 326 などの化学溶剤混合物がチャンバー内に注入およびスプレーされ、そこで凝縮して部品上で硬化し、制御された溶融によって表面の凹凸が除去されます。 チャンバー温度が上昇すると、残留溶媒が蒸発して回収されます。 最終部品は防水になり、滑らかな内部空洞、正確な寸法、元の材料の体積が保持されます。 最良の蒸気平滑化結果を得るには、3D プリンティングの蒸気平滑化用に設計された工業グレードの機器を使用して、制御された環境でプロセスを実行することをお勧めします。 DIY 方法に興味がある場合は、化学溶媒としてアセトンまたはエタノールを使用するか、この場合は溶媒含浸として知られる蒸気平滑化を実現できます。 ただし、注意を払い、適切な安全対策と機器を設置する必要があります。
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△左がスチームスムース部、右が標準表面処理（写真出典：ProtoLabs）
振動精密研磨
一方、振動仕上げでは、表面処理に化学薬品を使用しません。 代わりに、研磨媒体を利用して 3D プリント部品の表面を強化します。 プロセス中、複数の 3D プリント部品が、選択された研磨媒体と複合潤滑液で満たされた振動バケットに配置されます。 機械の電源を入れるとバレルが動き始め、部品と研削媒体の間に機械的摩擦が生じます。 このサブトラクティブ プロセスでは、材料の最外層を最小限に抑え、丁寧に除去することで部品の表面品質が向上します。 振動精密研磨には特別な手段と設備が必要で、振動法と転動法の2つの方法があります。 振動法は、詳細度が低い大きなオブジェクトに特に適しており、目的の結果をより迅速に達成できます。
振動による精密研磨では、砥粒またはチップの選択が重要です。 研磨チップはセラミック、プラスチック、スチールでできており、それぞれ異なる結果が得られます。 セラミック研磨剤は、バリ取りや光沢のある表面の実現に特に適しています。 密度が高いため、高圧に耐えることができ、ステンレス鋼、金属、プラスチック部品の加工に適しています。 プラスチック研磨剤は、丁寧な仕上げが必要な柔らかくデリケートな表面に最適です。 ピラミッド型と円錐型の両方の形状があります。 さらに、Walther Troll は、手の届きにくい領域にある非常に小さく繊細な部品用に、ニップル形状の研磨剤を開発しました。 スチール研磨剤はほとんどが球状で、材料の除去が最小限であるため、金属、銀、またはアルミニウム部品の研磨や機械洗浄に最適で、滑らかで傷のない表面を確保します。
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△セラミックス製の研磨材は高圧にも耐えられます。 (出典: ビブラフィニッシュ)
研磨剤に加えて、振動精密研磨プロセスには潤滑流体、つまりコンパウンドも必要です。 コンパウンドは、部品の摩耗を吸収して除去し、部品の洗浄と脱脂に使用されます。 酸洗用の金属部品の加工には、酸性化合物を選択できます。 加工後は乾燥が必要です。 これらの部品は、トウモロコシの穂軸粉、ナッツミール、木のブロックなどの加熱された乾燥媒体に入れて振動させる振動乾燥機で乾燥できます。 また、ベルト ドライヤは、内部チャネルや穴を備えた繊細でかさばる部品に特に適しています。 ベルト乾燥機では、3D プリントされたパーツがベルト上の熱風システムを通過し、この方法で乾燥されます。
蒸気スムージングと振動仕上げ研磨処理の時間は、処理される部品の数と複雑さに応じて、10 分から数時間まで異なります。
互換性のある素材
Vapor Smooth は、ほとんどの 3D プリント ポリマーおよびエラストマーと互換性があります。 蒸気スムージングに使用される一般的な材料には、アクリロニトリル スチレン アクリレート (ASA)、アクリロニトリル ブタジエン スチレン (ABS)、耐衝撃性ポリスチレン (機械によって異なります)、ナイロン 11 (PA 11)、ナイロン 12 (PA 12)、ポリプロピレン (PP)、およびポリカーボネートなどがあります。 /アクリロニトリルブタジエンスチレン(PC-ABS)。 ただし、TPU および特定の特殊フィラメントを使用したスチーム スムージングは推奨されないことに注意してください。 アセトン、メチルエチルケトン (MEK)、テトラヒドロフラン (THF)、ジクロロメタン (DCM)、酢酸エチルなどの各溶媒には、独自の有効性と用途に関する考慮事項があります。
ただし、振動精密研磨は他の多くの異なる材料と互換性があります。 たとえば、振動精密研磨は、ポリエチレン (PE)、ポリプロピレン (PP)、ポリエチレン テレフタレート (PET) などの熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、エラストマーで作られた 3D プリント部品に利用できるだけでなく、アルミニウム、ステンレスなどの金属にも使用できます。鋼、真鍮、または銅。 これにより、FDM/FFF やパウダー ベッド フュージョンなどのさまざまな 3D プリンティング技術の後処理方法として使用できる、より汎用性の高い方法になります。
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△振動研磨した金属部品の前後比較（出典：アクトンフィニッシング）
後処理技術の制限と利点
どちらのプロセスも、表面の外観とパフォーマンスの点で多くの利点をもたらします。 スチームスムージングにより、射出成形と同等の滑らかで耐水性のある表面仕上げ部品が得られ、部品の伸び、引張特性、曲げ特性が向上し、特性、強度、精度が維持されます。 一方、振動仕上げは耐水性仕上げにはなりませんが、非常に滑らかな表面を提供し、コーティングの跡を取り除き、傷や汚れがつきにくい表面を作り出します。 バイブロフィニッシングおよびベーパースムージング法で処理されたコンポーネントは、光沢のある外観を備えた滑らかな表面を生成します。 ただし、スチームスムージングは、振動による精密研磨よりも光沢のある仕上がりになります。 さらに、振動微細研磨で処理された部品は、大幅に柔らかく、より快適な触感を示しました。
ただし、蒸気による平滑化がすべてのプリントに最適な解決策であるわけではないことに注意してください。 モデルが複雑すぎる、小さすぎる、大きすぎる、または平坦すぎると、歪みが生じたり、詳細が失われたり、後でアーティファクトが表示される場合があります。 蒸気で平滑化した後、部品にはブリッジ、ブリスター、バイトマーク、エッジプール、スポット、穴、または不完全な形状などの欠陥が見られる場合があります。 さらに、柔軟な材料は硬い材料よりも表面欠陥が発生しやすいことにも注意してください。 したがって、接合部の完全性が損なわれたり、蒸気にさらされすぎて固着が発生したりしないように、可動部品や接合部のあるコンポーネントを蒸気で滑らかにするときは、慎重なタイミングを取る必要があります。
一方、振動精密研磨は、さまざまな研磨剤や方法を選択することで、部品の個々の要件、材料特性、構造に適応できるため、蒸気スムージングよりも幅広い 3D プリント部品に適しています。 振動仕上げは、プロセスが常に専門家によって専門的に行われる限り、ほぼすべての 3D プリント部品に適しています。 ただし、振動仕上げ研磨を行うと、部品の形状が失われる可能性があります。 たとえば、コンポーネントの角や先端が丸くなりすぎて形状が崩れてしまうことがありますが、スチーム スムージングではこのようなことは起こりません。 さらに、振動仕上げでは、後続のさらなる乾燥手順が必要になる場合があり、プロセスが長くなります。
応用分野
蒸気平滑化は、耐水性、抗菌性、化学薬品不使用のコンポーネントを処理するために、医療、自動車、航空宇宙などの業界で好まれている技術です。 振動による精密研磨に関しては、医療、自動車、スポーツ業界がこの技術から特に恩恵を受けています。 あらゆる分野において、コンポーネントの適切な機能と安全な状態を確保するには、滑らかな表面、特に金属部品が重要です。 ただし、蒸気平滑化と振動による精密研磨は、コンセプトモデルからプロトタイプ、最終製品に至るまで、製品開発サイクル全体にわたって実装でき、医療、自動車、消費財などの幅広い業界で使用されています。 振動精密研磨で加工される部品の例としては、自動車産業の自動車部品、スポーツ産業のローラースケートやフィットネス機器などがあります。 さらに、ジュエリーや食器は消費者向けに振動で細かく研磨されます。 自動車業界でよく使用される蒸気平滑部品の例としては、ダッシュボード、ドアハンドル、センターコンソール要素などの車両の内装部品があります。 蒸気平滑化は、航空宇宙産業でも翼、エアダクト、エンジン部品などの航空機部品に使用されています。
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△蒸気平滑化は航空宇宙産業の航空機部品によく適用されます（画像出典：Fast Radius）
サプライヤーと価格
SPALECK GmbH、VibraFinish、Rohde AG などのさまざまなサービス プロバイダーが、個人の顧客や企業向けに振動精密研磨を提供しています。 蒸気平滑化に関しては、Xometry、AMT、DyeMansion、Protolabs、および Hubs が著名なサービス プロバイダーであり、指定された後処理ソリューション マシンまたは材料ベースのいずれかによって蒸気平滑化サービスを提供しています。 3Faktur は、蒸気スムージングと振動による精密研磨サービスを提供するドイツの会社です。 AMT PostPro3D シリーズや Powerfuse S シリーズなどのよく知られた VaporSmoothing マシンは Xometry と DyeMansion によって提供されるソリューションですが、Protolabs と Hubs はそれぞれ SLS と MJFHPA 12、PA 12、MJF Ultrasint™ TPU-01 材料を使用しています。
振動による精密研磨の場合、Walther Trowal、AVAtec、Garant などのメーカーの大型工業用機械の費用は約 18 ドル、000 から 21 ドル、000 (17 ユーロ、000 から 20 ユーロ、{{ 7}}）。 研磨剤 2 kg の価格は 21 ～ 44 ドル (20 ～ 40 ユーロ)、コンパウンド 5 リットルの価格は約 21 ～ 44 ドル (20 ～ 40 ユーロ) です。 価格は加工する部品の量やサイズによって大きく異なります。 蒸気スムージングの場合、部品の複雑さに応じて個々の部品のスムージングにかかるサービス料金は $5-$15 (€4-€14) になりますが、多くのメーカーは通常 10 個のバンドルでのみサービスを提供しています。またはそれ以上の部品。 スチームスムーサー自体の購入には、地域、メーカー、品質によって異なりますが、約 10 ドル、000 から 30 ドル、000 (11 ユーロ、000～33 ユーロ、000) かかります。
