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Levigatura a vapore: un efficace processo di finitura superficiale nella stampa 3D

Con la sua capacità di trasformare superfici ruvide e stratificate in finiture eleganti di livello professionale, la levigatura a vapore si distingue come una tecnica di post-elaborazione rivoluzionaria nel campo della stampa 3D. Questo articolo approfondirà le sue peculiarità, i vantaggi e le applicazioni.

Con l’aumento della domanda di parti stampate in 3D, ottenere una finitura superficiale di alta qualità è diventato di fondamentale importanza. Da qui il ruolo delle tecniche di post-elaborazione per gli oggetti stampati in 3D per migliorare le proprietà estetiche e meccaniche. Essendo una soluzione al problema comune dei layer visibili e delle superfici ruvide sulle stampe 3D, la levigatura a vapore è un’opzione efficace per ottenere risultati di qualità professionale.

Che cos’è la levigatura a vapore nella stampa 3D?

La levigatura al vapore è una tecnica di finitura per le stampe 3D che comporta l’esposizione delle parti stampate al solvente vaporizzato. Il processo è anche noto come “levigatura chimica”, “lucidatura a vapore” ed aiuta a eliminare le imperfezioni simili a zollette di zucchero e le antiestetiche linee dei layer spesso associate alle stampe 3D.

I vapori chimici utilizzati nel processo reagiscono con la superficie del materiale, provocandone la fusione e la parziale dissoluzione; il risultato è una finitura più liscia. Utilizzando questa tecnica, le parti stampate in 3D possono ottenere una superficie liscia e lucida dall’aspetto più professionale.

La levigatura a vapore può essere vista come un’eccellente opzione di finitura che aggiunge un valore significativo alla stampa 3D. La tecnica è ampiamente utilizzata nell’industria automobilistica e aerospaziale, dove le parti devono essere il più lisce e perfette possibile per un funzionamento e un’estetica ottimali.

A vapour fused PA 12 part printed with MJF
Fusione a vapore
https://xometry.eu/wp-content/uploads/2023/06/MJF-PA12-Natural-Side.jpg
Stampato come tale
Confronto delle stampe 3D MJF PA 12: come da stampa (a sinistra) e levigate a vapore (a destra)

Come funziona la levigatura a vapore?

La levigatura a vapore è un metodo altamente efficiente per ottenere finiture superficiali lisce su differenti materiali senza rimuoverne. Impiega un agente di finitura e una fusione chimica controllata per ottenere il risultato desiderato. Mantenere un corretto controllo della temperatura e della pressione durante il processo è fondamentale per ottenere il risultato sperato, evitando danni al componente.

Ecco una guida dettagliata su come funziona questo processo di levigatura completamente automatizzato:

  • Step 1 – Il componente viene posto in una camera di lavorazione sigillata con un agente di finitura, tipicamente il FA 326. L’agente è comunemente usato per vari materiali plastici, ma possono essere utilizzati diversi agenti a seconda del materiale su cui si lavora.
  • Step 2 – Con il pezzo all’interno della camera di levigatura, l’agente viene riscaldato a una temperatura specifica per creare un vapore che circonda la parte. E’ fondamentale mantenere il controllo della temperatura e della pressione per garantire che il vapore sia distribuito uniformemente sulla superficie.
  • Step 3 – Il vapore aderisce alla superficie della parte, creando una fusione chimica controllata. Questa fusione riduce creste e avvallamenti della superficie liquefacendo e ridistribuendo il materiale e creando una superficie più liscia.
  • Step 4 – La fusione chimica migliora anche la lucentezza e la brillantezza del materiale. Il grado di incremento della brillantezza dipende dai parametri di lavorazione e dall’agente di finitura.
  • Step 5 – Una volta che l’agente ha svolto il suo lavoro, la camera di levigatura viene riscaldata per rimuovere il vapore e l’agente di finitura, che vengono poi raccolti in una vasca. Il componente rimane privo di residui e durante il processo non viene rimosso alcun materiale.
  • Step 6 – Al termine del processo di levigatura, il componente può essere sottoposto a una finitura secondaria come la tintura, la verniciatura spray o qualsiasi altro trattamento superficiale.
Immagine del processo di levigatura a vapore per le stampe 3D

Tecnologie e tipi di materiali disponibili

La levigatura a vapore è ampiamente utilizzata in varie tecnologie di stampa 3D, polimeri ed elastomeri. La tecnica può essere applicata ad una vasta gamma di materiali per la stampa 3D, i più comunemente usati sono il PA 12 e il PA 11. La tecnica di post-elaborazione della fusione a vapore può essere combinata con la tintura per ottenere una parte con una superficie liscia e colorata.

Benefici della levigatura a vapore

La stampa 3D ha rivoluzionato la produzione, consentendo la produzione di parti complesse con geometrie articolate. Tuttavia, con l’evolversi della tecnologia, migliorare la finitura superficiale delle parti stampate è rimasta una sfida. È qui che questa tecnica di post-elaborazione migliora significativamente la superficie delle parti stampate in 3D. Ecco un elenco dei suoi principali impieghi.

Finitura superficiale migliorata

Rispetto alle parti SLS standard, che in genere hanno una rugosità superficiale superiore a 8 μm Ra, la levigatura a vapore chimico può raggiungere una finitura superficiale minore di di 3 μm di Ra.

Prestazioni migliorate

Una migliore finitura superficiale influisce notevolmente sulle prestazioni meccaniche di un componente stampato. Nel caso della produzione additiva, la rugosità superficiale influisce direttamente sulla resistenza alla trazione, sull’allungamento a rottura e sulla resistenza alla flessione della parte. Mentre una scarsa finitura superficiale può creare concentrazioni di sollecitazioni e ridurre la durata a fatica della parte, provocandone il cedimento prematuro.

Resistenza all’umidità

Questa finitura superficiale riduce significativamente l’assorbimento di umidità superficiale della parte. L’umidità può portare al degrado del pezzo, compromettendone le proprietà meccaniche. Sigillando la superficie della parte, la levigatura al vapore impedisce l’assorbimento di umidità, rendendo la parte stampata più durevole.

Lavorazioni non a vista 

Uno dei vantaggi più significativi di questo processo è la sua capacità di lucidare le lavorazioni non in vista. Questa tecnica può raggiungere nicchie profonde e cavità interne inaccessibili ai tradizionali metodi di lucidatura o levigatura. Pertanto, le parti con geometrie complesse possono comunque ottenere una finitura superficiale di alta qualità.

Precisione dimensionale

La levigatura a vapore preserva le geometrie e l’accuratezza dimensionale della parte stampata, migliorandone al tempo stesso la finitura superficiale. A differenza dei tradizionali processi di lavorazione o levigatura, che possono deformare o modificare le dimensioni della parte stampata, la lucidatura a vapore non è abrasiva e conserva la forma originale della parte. Ciò è particolarmente importante per componenti di alta precisione che richiedono tolleranze dimensionali rigorose.

Suggerimenti di progettazione da seguire per la levigatura a vapore delle parti 3D

Quando si disegnano file CAD per parti che verranno levigate a vapore dopo la stampa, è necessario tenere a mente suggerimenti di progettazione specifici. Consultate queste linee guida per assicurarvi che le vostre parti risultino ben fatte e con una finitura perfetta.

  • Includere raccordi, curve, spigoli o linee che collegano due superfici per creare uno spigolo arrotondato. Ciò consente al processo di levigatura di essere più efficace e uniforme.
  • Evitare geometrie con spigoli o angoli interni acuti, in quanto queste parti possono accumulare sostanze chimiche e ostacolare l’efficacia del processo di levigatura.
  • Garantire un’adeguata preparazione superficiale, compresa la sabbiatura e una pulizia adeguata prima di effettuare la levigatura a vapore, per consentire al vapore di depositarsi uniformemente sulle superfici.
  • Mantenere uniformi gli spessori delle pareti per consentire al vapore di penetrare più uniformemente nel componente, garantendo così una struttura superficiale liscia.
  • Progettare parti con una massa sufficiente per consentire un tempo di esposizione più lungo al vapore. Le sezioni sottili possono avere difficoltà a trattenere il calore.
  • Utilizzare strutture di supporto in aree con lavorazioni complesse per garantire che non si deformino durante il processo di levigatura.

Infografica: consigli di progettazione per la stampa 3D
La fase di creazione e progettazione di una parte è un passaggio fondamentale, soprattutto nella stampa 3D. Ecco perché è importante seguire alcune linee guida di progettazione. Questa infografica descrive in dettaglio tutte le direttive essenziali per 7 tecnologie.

Applicazioni della levigatura al vapore

La lucidatura a vapore è un processo di finitura molto stabile che può migliorare significativamente le prestazioni e l’estetica delle stampe 3D. Ecco alcune applicazioni in cui questa tecnica può essere utilizzata per creare parti ad uso finale di qualità superiore:

  • Dispositivi medici: i dispositivi medici personalizzati richiedono un’elevata precisione, durata e biocompatibilità. La levigatura al vapore consente la fabbricazione di parti medicali lisce, non porose e facili da pulire, comode da indossare e resistenti al sudore.
  • Dispositivi indossabili: la tecnologia indossabile è un mercato in crescita che richiede componenti leggeri, durevoli e confortevoli. Le stampe 3D con levigatura al vapore possono garantire estetica e vestibilità di alta qualità. Con finiture soft-touch, superfici facili da pulire e funzionalità integrate, le parti indossabili personalizzate con queste finiture possono soddisfare i severi requisiti del settore.
  • Componenti per il passaggio dei fluidi: i componenti per il trasferimento e la movimentazione dei fluidi richiedono alti livelli di precisione, funzionamento con prove di tenuta e facilità di manutenzione. La levigatura del vapore può realizzare serbatoi e vasche, tubi e collettori di trasferimento di fluidi e condotti con superfici lisce e sigillate che impediscono la crescita di batteri, rendendoli ideali per gli ambienti a contatto con la pelle e gli alimenti.
  • Componenti industriali e automotive: la levigatura a vapore è un processo di finitura ideale per parti come coperchi di valvole, coppe dell’olio e altri componenti critici che devono essere testati con prove di tenuta e resistenti alla corrosione. La superficie liscia, tattile e resistente di queste parti può migliorare la loro estetica e fornire una maggiore funzionalità.
Parti stampate in 3D HP MJF assemblate a comporre una sfera. Entrambe sono tinte di nero con una semisfera vaporizzata (sulla destra) e con una finitura standard (sulla sinistra).

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La levigatura al vapore è una tecnica altamente efficace ed efficiente per la finitura di parti stampate in 3D che eliminano i layer visibili e migliorano la rugosità superficiale. Con la sua capacità di mantenere lavorazioni e geometrie originali del pezzo, è un’ottima soluzione per componenti di forme complesse che richiedono strette tolleranze dimensionali.

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