Tutto quello che c’è da sapere sul Vapor Smoothing nella stampa 3D

Molti componenti non sono immediatamente utilizzabili dopo la stampa 3D e, a seconda del processo di stampa scelto, richiedono operazioni di pulizia e finitura. In questo modo, è possibile migliorare le proprietà meccaniche di un oggetto o perfezionarne la finitura superficiale. Esistono molteplici tecniche disponibili a questo scopo, ma dipendono sempre dalla tecnologia di stampa, dal materiale e dall’applicazione. Un metodo di trattamento superficiale per i componenti in plastica è la levigatura a vapore o Vapor Smoothing.

Questo processo fisico-chimico densifica e leviga la superficie dei materiali termoplastici. Una sostanza chimica viene applicata al pezzo tramite iniezione di vapore. Più lungo e intenso è il trattamento chimico, più lucido e liscio sarà il pezzo stampato in 3D. Ma come funziona e a cosa bisogna fare attenzione?

Come funziona il Vapor Smoothing?

Il principio del Vapor Smoothing consiste nel liquefare lo strato superiore di stampa sotto l’effetto del vapore e di sostanze chimiche, riorganizzandone le molecole superficiali e migliorandone così la struttura. Il processo avviene in una camera riscaldata e ermeticamente sigillata, in cui vengono inseriti i pezzi stampati in 3D.

Il solvente chimico scelto viene quindi riscaldato e il vapore viene introdotto nella camera tramite un sistema di alimentazione. Qui, il vapore si condensa sulla superficie dei pezzi, innescando una reazione che ne fonde parzialmente lo strato superiore. Questo ha l’effetto di levigare le zone ruvide o i pori, lasciando una superficie liscia e bilanciata.

Nelle soluzioni dedicate, questa camera di levigatura è già integrata. Il processo di finitura avviene automaticamente in diverse fasi. Dopo il riscaldamento, l’aggiunta del solvente e la fusione chimica, il solvente viene estratto automaticamente, senza lasciare residui sui pezzi. I pezzi vengono inoltre asciugati direttamente in macchina.

Per risultati ottimali, le diverse parti non devono toccarsi, ma essere posizionate o sospese su una griglia. Questo garantisce che il trattamento chimico venga applicato su tutti i lati e che il risultato sia omogeneo.

Tuttavia, i componenti realizzati tramite produzione additiva presentano spesso geometrie complesse che ne complicano la sospensione e il posizionamento. In questi casi, a seconda della geometria del componente, è necessario posizionare occhielli temporanei, o addirittura prendere in considerazione sospensioni, come parte del processo di progettazione. Questi possono essere rimossi dopo la levigatura a vapore.

Compatibilità con tecnologie e materiali di stampa 3D

Il Vapor Smoothing è un metodo di post-processing per materiali termoplastici. Ciò significa che la tecnica è compatibile con un’ampia varietà di materiali, tra cui PA , ABS , PC , PLA , PP , TPU e PETG , che possono essere lavorati con diverse tecnologie di stampa 3D.

Il processo è particolarmente apprezzato per i componenti SLS o MJF , che presentano una superficie ruvida dopo la stampa. Tuttavia, i componenti realizzati con FDM possono essere rilavorati anche con la levigatura a vapore.

A seconda del materiale, vengono utilizzati diversi prodotti chimici per ottenere il miglior risultato possibile. Gli acetoni sono raccomandati per ABS e ASA, mentre il traidrofurano (THF) è raccomandato per PLA. Anche i metil etil chetoni (MEK) possono essere utilizzati per ABS, PETG e PC.

Vantaggi e applicazioni

Il vantaggio principale della levigatura a vapore è che consente di trattare i componenti stampati in 3D in modo che la qualità superficiale e l’estetica siano equivalenti a quelle dei pezzi stampati a iniezione. Aspetto e sensazione al tatto sono due argomenti decisivi a favore della levigatura a vapore, poiché corregge altezze e profondità superficiali e produce superfici uniformi e lisce. Questo, a sua volta, facilita la pulizia dei componenti e quindi l’igiene. I componenti levigati chimicamente sono più resistenti allo sporco e ai batteri, consentendo un’ampia gamma di applicazioni per i componenti trattati.

La levigatura a vapore migliora anche le proprietà dei componenti. Dopo il trattamento, presentano una maggiore stabilità meccanica, una maggiore resistenza a flessione e trazione e migliori proprietà di scorrimento. Questo vantaggio può essere sfruttato in particolare per i componenti a pareti sottili, poiché la riduzione della porosità durante la levigatura ha un effetto positivo sulla capacità di sopportare carichi meccanici.

Fondendo e sigillando nuovamente lo strato superiore, la levigatura a vapore rende inoltre i componenti idrorepellenti e resistenti agli agenti chimici, il che è particolarmente importante per i componenti che conducono liquidi e garantiscono l’impermeabilità. Le superfici lisce facilitano inoltre la successiva colorazione o verniciatura, garantendo una colorazione uniforme.

Anche il costo è un fattore da considerare, poiché la levigatura a vapore offre risultati rapidi ed economici rispetto ad altri metodi di finitura. È efficiente e flessibile e apre un vasto campo di applicazioni grazie alla sua compatibilità con un’ampia gamma di materiali termoplastici. Di conseguenza, i pezzi levigati possono sostituire i pezzi stampati a iniezione ed essere utilizzati sia come prototipi che come componenti di produzione.

La superficie sigillata sopra menzionata è importante per i componenti che trasportano liquidi, come canali, tubi e componenti per test di meccanica dei fluidi. In combinazione con le migliori proprietà meccaniche dei componenti, il processo è quindi di interesse per componenti utilizzati nell’ingegneria meccanica, nell’industria automobilistica, ma anche in quella aeronautica e aerospaziale.

D’altra parte, il miglioramento dell’igiene gioca un ruolo fondamentale in ambito medico, e i pezzi levigati chimicamente possono soddisfare gli standard di medicina, odontoiatria, ma anche dell’industria alimentare. Anche le applicazioni di design beneficiano di questo metodo di finitura, poiché superfici lisce e omogenee con una finitura lucida creano pezzi di grande impatto visivo.

Limiti

Sebbene questa tecnica offra numerosi vantaggi che aprono la strada a un’ampia gamma di applicazioni, presenta anche alcune limitazioni. Infatti, come per qualsiasi processo, ci sono diversi punti da tenere a mente che influenzano il risultato. Per risultati ottimali, i componenti devono essere posizionati correttamente nella camera di lisciatura. Come accennato in precedenza, la presenza di tacche e ganci naturali nella geometria del pezzo rappresenta un vantaggio, altrimenti è necessario aggiungere occhielli o ganci. Questi ultimi, tuttavia, possono lasciare segni sul pezzo e ridurne la qualità.

Inoltre, i pezzi non devono essere troppo sottili, poiché la levigatura a vapore non è adatta a pezzi con spessori di parete inferiori a 1-2 mm. Anche se la deformazione è inferiore allo 0,4%, il trattamento chimico a vapore può causare distorsioni e deformazioni su oggetti piatti e di grandi dimensioni.

Infine, è importante sottolineare che la manipolazione di sostanze chimiche comporta sempre un certo grado di rischio. Una manipolazione corretta e una procedura scrupolosa sono essenziali per la sicurezza dell’utente.

Produttori di soluzioni di Vapor Smoothing

Sebbene la levigatura a vapore stia diventando sempre più popolare per la post-elaborazione di componenti stampati in 3D, l’elenco dei fornitori di macchine per questo processo è limitato. Il produttore britannico pioniere AMT offre una soluzione desktop ad alte prestazioni con il suo sistema PostPro SFX. Le macchine PostPro SF Pure e PostPro SF PP, invece, sono rivolte agli utenti industriali. Con la sua serie Powerfuse S, anche DyeMansion punta alla levigatura a vapore automatizzata per applicazioni industriali.

Anche la start-up tedesca ASM è specializzata in soluzioni di levigatura a vapore. Con il VX1, l’azienda offre una soluzione di post-elaborazione rapida con cicli da 1,5 a 2 ore.

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*Crediti foto copertina: Kingroon