Painel imitando madeira produzido na Objet

Aplicações de acabamento

Cole, vede e embeleze peças impressas em 3D

Para protótipos praticamente impossíveis de diferenciar de produtos moldados por injeção, aplicações de ferramentas avançadas e dispositivos personalizáveis com aparência e sensação agradáveis, basta aplicar um simples pós-processamento a suas peças impressas em 3D.

Finishing Touch Smoothing Station: expandindo as possibilidades

Visão geral

A variedade de aplicações da fabricação aditiva é extensa e crescente. Conforme os processos e materiais avançaram, a indústria expandiu o uso da tecnologia além da prototipagem, para a manufatura. Embora as aplicações sejam várias, há um dilema que todas compartilham, um comprometimento subjacente entre qualidade estética e funcionalidade. As tecnologias de fabricação aditiva com os melhores acabamentos de superfície se distinguem claramente daquelas tecnologias com maior resistência.

Virtualmente, qualquer peça dura, durável e resistente pode ser acabada para ter uma superfície lisa e pronta para pintura. Contudo, o custo e o tempo para tal podem ser proibitivos, ou os efeitos na precisão da peça podem ser inaceitáveis. Como resultado, no passado, as empresas podem ter optado por usarem uma alternativa mais fraca e menos durável para economizar tempo, reduzir custos e preservar os detalhes característicos.

O acabamento de protótipos, componentes de ferramentas ou peças de uso final pode ser feito de várias formas, cada uma delas com impacto variante no tempo de entrega, custo e qualidade. A alternativa mais comum é o lixamento da peça, manual ou com ferramentas elétricas. De modo geral, isso funciona bem, especialmente para peças de tamanho razoável com poucas características e detalhes. Mas quando as peças incluem muitas características, pequenos detalhes ou cavidades profundas, o lixamento torna-se trabalhoso, demorado e custoso. Outro ponto a considerar é que a remoção de material torna a precisão dimensional uma variável que se modifica para cada indivíduo que toque a peça.

Entre as operações de lixamento, as peças podem sofrer aplicação de preenchimento ou primer. Essa é uma técnica comum na preparação de uma peça para pintura, pois proporciona peças com acabamentos muito lisos. Os preenchimentos e primers também ajudam a preservar a precisão dimensional, pois as depressões são preenchidas antes que o lixamento as deixe lisas. Mas esse acabamento pronto para pintura tem um custo. Ele toma muito mais tempo para a aplicação de várias camadas de preenchimento e primer, e mais mão de obra para o lixamento entre cada aplicação. Isso aumenta o tempo de entrega e o custo da peça.

Um outro método para o alisamento das peças feitas de termoplástico é “derreter” a superfície externa com um solvente. As peças podem receber aplicação de MEK ou ProWeld por pincéis em suas superfícies, ou podem ser mergulhadas em um banho do material. O solvente faz com que o plástico se liquefaça, o que preenche as áreas mais baixas da superfície. Os solventes também acrescentam o benefício da vedação de uma superfície porosa. Ainda assim, há algumas desvantagens. Pequenas características podem ser distorcidas; cavidades podem não ser atingidas; e as gotas escorridas deixarão uma marca visível. Outra consideração é que o tempos de secagem podem ser maiores caso o solvente precise evaporar muito profundamente em uma superfície porosa.

O que a indústria precisa, especialmente ao se voltar para aplicações de manufatura digital direta (DDM), é uma técnica de acabamento que mantenha os tempos de entrega e os custos em um mínimo, enquanto proporciona peças robustas e funcionais com alta precisão e detalhes característicos nítidos.

FDM e o processo de alisamento

Um método alternativo de acabamento está disponível agora para o processamento de peças FDM. Com pouca mão de obra e um curto ciclo de processamento, a Finishing Touch Smoothing Station proporciona protótipos, ferramentas e peças de uso final com acabamentos já prontos para pintura, cromagem ou produção. A Estação de alisamento pode fornecer um acabamento de superfície de 32-63 mícrons.

O sucesso do processo de alisamento fez com que as empresas reavaliassem a FDM para aplicações que usavam tecnologias competitivas. Em vários casos, a FDM foi a solução preferida, mas o tempo e o custo para o acabamento das peças não era adequado para a aplicação. A Estação de alisamento proporcionou a essas empresas a resistência das peças FDM com o acabamento de superfície liso que eles necessitavam.

A Estação de alisamento consiste em duas câmaras: uma para resfriamento e secagem, a outra para o alisamento. As peças são colocadas primeiro na câmara de resfriamento para a redução de suas temperaturas. Em seguida, elas são transferidas para a câmara de alisamento por 10 a 30 segundos. A temperatura mais baixa das peças permite que o agente de alisamento se condense por igual em todos os detalhes. Conforme isso ocorre, o agente forma uma lâmina nas superfícies da peça e a alisa em um acabamento fino. Deixe secar por 15-20 minutos. Lixe levemente e repita o ciclo, caso necessário. O lixamento não é obrigatório, mas produz o melhor resultado. O ciclo é repetido conforme necessário, e, em seguida, as peças descansam na câmara de secagem. As peças estarão secas para toque em 30-45 minutos. Para obter melhores resultados, as peças devem secar por 12-18 horas.

Quando as peças forem removidas da Estação de alisamento, elas terão um acabamento lustroso. Se for preferível um acabamento fosco, o processo de alisamento é seguido de polimento por um jateador de esferas (algumas vezes chamado de areador). A Stratasys recomenda o uso de um jateador com: não >30psi ou 2,068 bar no bico de borrifamento, tamanho de envelope de 1016 x 509 x 508 mm (40 x 22 x 22 pol.). O polimento da superfície com mídia de esferas plásticas Polyhard Type III (encomende online em www.ustechnology.com/ stratasys) dá à peça uma textura sedosa uniforme similar às peças moldadas por injeção.

O processo é um método suave e sem toque para o acabamento de peças FDM. Isso protege os pequenos detalhes contra distorções ou remoções indevidas. Ele também preserva a precisão dimensional na peça FDM.

A conclusão foi confirmada por estudos efetuados no W.M. Keck Center for 3D Innovation da Universidade Texas em El Paso (UTEP). De acordo com Frank Medina, gerente do W.M. Keck Center, “A precisão do FDM 400mc está estabelecida em +/- 0,005 pol. (+/- 0,013 mm). O processo de alisamento altera a peça em não mais do que 0,0009 pol. (0,023 mm). Isso nos permite concluir que as alterações na precisão devidas ao alisamento após três exposições são insignificantes.” Em uma investigação separada da UTEP, conduzida por David Espain, Frank Medina e Ryan Wicker, a equipe determinou que a precisão dimensional é, essencialmente, não afetada pela duração da exposição ou pelo número de exposições. A equipe também determinou que 1 hora e 20 minutos é suficiente para que a peça esteja totalmente endurecida após a remoção da câmara de alisamento.

A Estação de alisamento reintroduz a FDM àquelas aplicações onde a textura da superfície é tão importante quanto a funcionalidade, o tempo de entrega e o custo da peça. Um lote típico de peças FDM pode ser processado e aprontado para pintura em menos de duas horas, com menos de 15 minutos de mão de obra.

Aplicações

Exemplos de aplicações do mundo real do processo de alisamento cobrem todo o espectro, desde amostras de marketing pintadas à manufatura de bens com acabamento. Desde o lançamento da Estação de alisamento, o uso dos sistemas Fortus para uma gama de aplicações foi expandido. Com o processo de alisamento, as empresas estão estendendo seu uso de FDM em aplicações que demandem tanto funcionalidade quanto superfícies lisas. As aplicações incluem: 1. Acabamento de peças de molde por pintura ou cromagem; 2. Moldes de ferramentas; 3. Vedação de peças para aplicações com líquidos; 4. Termoformagem de moldes; e 5. Moldagem por cera perdida

Pintura:

Um grande fabricante de automóveis estima que levou três dias e US$ 700,00 para preparar um protótipo de uma grade dianteira para pintura. No decorrer de três dias, os funcionários aplicaram massa de preenchimento, lixaram todas as superfícies, borrifaram primer, lixaram novamente todas as superfícies e fizeram o acabamento com uma camada superior de primer. Em total contraste, a mesma grade é alisada e aprontada para pintura em menos de duas horas. A mão de obra total para o processo de alisamento é de somente ¾ hora, e os suprimentos custam menos de US$ 10,00. Mesmo uma economia de 90 por cento em tempo e despesas sendo impressionante, a empresa descobriu que o maior benefício foi a redução do tempo de construção.

Para minimizar o tempo para o lixamento manual de uma grade, a empresa automotiva construiria a peça FDM na mesma orientação em que ela é montada no carro. Ela também construiria a peça com menor espessura de fatias. O alisamento elimina ambas essas medidas demoradas. Ao construir a grade em sua traseira com fatias mais espessas, a empresa reduziu o tempo de construção por mais da metade. Isso reduziu o custo da peça, acelerou a entrega e aumentou a capacidade do equipamento. Ter mais capacidade e tempo de entrega mais curtos resultou em menos terceirização, com despesas com protótipos ainda mais reduzidas, enquanto as informações sensíveis e confidenciais de projeto foram mantidas dentro da organização.

Um grande fabricante de brinquedos para crianças e equipamentos para bebês estima que pinta aproximadamente metade de todas as peças de fabricação aditiva que produz em um ano. Para preparar essas peças para pintura, elas são lixadas, preenchidas, borrifadas com uma camada de primer e lixadas uma vez mais. Essa abordagem aumenta os tempos de entrega, consome força de trabalho e acrescenta custos significativos à operação de prototipagem.

Em uma avaliação, a empresa comparou a abordagem de acabamento manual com o processo de alisamento para preparação de um assento de bebê para pintura. Ela descobriu que poderia reduzir o tempo de entrega e o custo em mais de 80 por cento. Enquanto o processo de alisamento foi concluído em menos de duas horas por menos de US$ 40,00, o lixamento e a aplicação do primer exigiram seis horas de trabalho e custaram mais que US$ 250,00.

Termoformagem:

Um fabricante de embalagens de alimentos usou ferramentas FDM para seu processo de termoformagem para conduzir validações de projetos. A vantagem de uma ferramenta FDM é que ela pode ser construída porosa, o que permite que um vácuo seja criado através da peça inteira. Isso permite que a empresa use as ferramentas FDM tão logo a construção esteja concluída. Entretanto, ela não usa essas ferramentas para amostras de marketing porque a superfície porosa era muito áspera.

Experimentos demonstraram que o processo de alisamento permite que o molde FDM tenha duplo propósito. Em seguida à verificação do projeto, o molde FDM é alisado. O acabamento lustroso resultante é ideal para as amostras de marketing termoformadas. Com o processo de alisamento, a empresa agora pode termoformar modelos de design e amostras de marketing no mesmo dia.

A única pequena limitação do processo de alisamento é que ele veda a superfície da peça, o que nega uma vantagem de um molde de termoformagem FDM. Contudo, a empresa descobriu que ela pode simplesmente perfurar a pele da peça FDM em locais estratégicos. Como o processo de alisamento penetra somente 0,010 pol. (0,25 mm), os técnicos podem usar qualquer ferramenta pontuda para perfurar a superfície do molde.

Cromagem:

Os cromadores descobriram que o processo de alisamento desempenha duas funções essenciais em uma operação. O resultado é a entrega rápida, custos mais baixos e qualidade maior.

Antes do processo de cromagem, as peças devem ser alisadas e seladas. As superfícies ásperas são visíveis na peça cromada, e a porosidade permite que as soluções de cromagem penetrem em seu interior. Os processos manuais tradicionais usados para alisar e vedar peças aumentam o tempo de entrega e as despesas diretas com mão de obra. Eles também introduzem variâncias na qualidade e na precisão da peça.

O lixamento manual de peças até um nível de lisura adequado para superfícies polidas, metálicas, é um processo que consome tempo. Isso também envolve alguma habilidade que pode levar a variações na qualidade da peça. Da mesma forma, a vedação de peças com primer pode resultar em inconsistências na aplicação do primer e em revestimentos condutivos. A alternativa é mergulhar as peças em solvente, mas isso pode danificar os pequenos detalhes. O mergulho também requer um longo ciclo de secagem de um ou dois dias.

Em contraste, o processo de alisamento protege as pequenas características e os detalhes finos em peças cromadas, ao mesmo tempo em que preserva a consistência dimensional. E ele faz isso enquanto ainda minimiza o trabalho direto e o tempo de processamento. Na maioria dos casos, as peças estão prontas para cromagem em menos de duas horas.

Fundição:

As fundições em molde de areia e por cera perdida implementaram a FDM para acelerar os processos de produção de moldes e de ferramentas. O único obstáculo restante para reduzir os tempos de entrega de fundições de alta qualidade tem sido o acabamento de superfícies. Como a qualidade das fundições é dependente da qualidade do padrão ou ferramenta, são investidos tempo e mão de obra em cada peça FDM para o acabamento manual das superfícies.

Para fundição por cera perdida, o acabamento manual é um processo repetitivo, pois um padrão FDM é consumido para cada fundição de metal. Além do impacto em tempo e custo, o trabalho manual nos padrões torna difícil a manutenção da consistência dimensional de peça a peça. O processo de alisamento aborda todos os três problemas simultaneamente. Em uma passagem, a Estação de alisamento pode processar vários padrões FDM em menos de uma hora, com somente alguns minutos de trabalho direto. Além disso, a ação de alisamento é a mesma para todas as peças, e assim há consistência na qualidade da superfície e na precisão dimensional das peças.

As fundições em molde de areia usam padrões FDM para produzir caixas de núcleos, copes, drags e placas de montagem que embalam a areia para produzir a ferramenta de fundição. As fundições também produzirão esses itens diretamente a partir de um sistema Fortus, eliminando a necessidade de padrões. Seja um padrão FDM ou uma ferramenta FDM, o processo de alisamento minimiza o trabalho direto e o tempo de entrega para a produção de fundições em moldes de areia.

As vantagens do processo de alisamento aumentam realmente com a produção de fundições complexas em moldes de areia, como caixas de embreagem articulações de direção. Uma fundição observou que peças complexas podem precisar de dúzias de núcleos de areia—cada um feito a partir de uma caixa de núcleo diferente— para reproduzir as passagens e cavidades internas. O acabamento manual de uma dúzia de caixas de núcleo acrescenta vários dias e incontáveis horas de trabalho. Ao substituir o processo de alisamento, o mesmo trabalho pode ser concluído em uma fração de tempo, com muito pouco trabalho direto. O resultado final para a fundição é um aumento na capacidade de produção com redução no tempo de entrega.

Conclusão

As empresas estão conseguindo reduções impressionantes nos tempos de entrega e nas despesas quando a Estação de alisamento é usada para o acabamento e vedação de peças FDM. Independente da complexidade e do número de detalhes, a Estação de alisamento cria um acabamento pronto para pintura em apenas algumas horas, gastando menos de uma hora de trabalho e o equivalente a US$ 10,00 em suprimentos.

A Estação de alisamento essencialmente automatizou o processo de acabamento da fabricação aditiva por FDM. Ela elimina o tempo, trabalho e custo de lixamento, preenchimento e aplicação de primer para obter um acabamento de superfície liso para peças de produção, ferramentas de protótipos e amostras pintadas. Ao fazer isso, a Estação de alisamento eliminou qualquer comprometimento entre qualidade estética e funcionalidade do produto.

Assento de bebê


Processo

Tempo de entrega

Custo da mão de obra

Custo dos suprimentos

Lixamento

1,5 dias

USD $240

USD $15

Alisamento

2 horas

USD $30

USD $10

ECONOMIA

83%

84%

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