Dominando o acabamento superficial da impressão 3D:técnicas essenciais para qualidade superior de peças

Primeiro, vamos começar com uma introdução ao conceito de acabamento superficial de impressão 3D. Simplificando, é uma medida qualitativa de quão áspera é a superfície de uma peça após a impressão. Uma superfície muito lisa é considerada “fina”, enquanto uma superfície áspera tem um acabamento superficial “ruim”.

É uma etapa crucial em qualquer processo de fabricação, pois existem requisitos rígidos de qualidade de superfície para quase todos os produtos. Uma folha de papel, por exemplo, não cumpre o seu propósito se for demasiado grosseira para escrever e não terá bom desempenho no mercado.



Assim, alcançar o acabamento superficial desejado é uma prioridade máxima para os fabricantes de impressão 3D. Muitas vezes, este é um trabalho de pós-processamento que envolve inúmeras técnicas, que serão discutidas em breve.

Além disso, o acabamento de peças impressas em 3D apresenta um desafio único devido às qualidades inerentes aos processos de fabricação aditiva. Como as peças são construídas camada por camada, sua superfície é composta por um padrão repetitivo de cristas e vales que devem ser achatados respeitando a integridade da peça.

Existem vários motivos para definir metas específicas para o acabamento superficial da impressão 3D. Essas razões podem ser superficiais e funcionais. Abaixo está uma lista resumida de vários desses motivos.

1. Estética

Um bom acabamento superficial agrega valor estético à peça. Isso inclui elementos de aparência como cor, textura e robustez (brilhante/fosco).

2. Propriedades Mecânicas e Químicas

Os métodos de acabamento de superfície podem melhorar o desempenho das peças impressas em 3D. Peças metálicas, por exemplo, podem ser revestidas para torná-las resistentes à corrosão e condutoras elétricas. Alguns métodos induzem resistência a altas temperaturas e desgaste em peças destinadas a aplicações difíceis e exigentes.

3. Funcionalidade

Certas aplicações requerem um acabamento superficial específico para funcionar corretamente. Um ajuste interferente, por exemplo, depende muito da qualidade da superfície das peças correspondentes. Assim, em outros casos, uma superfície rugosa pode ser preferida para melhorar a área superficial para uma transferência de calor eficaz.

4. Tolerância de fabricação

Os tratamentos de superfície são frequentemente utilizados no acabamento de impressão 3D para trazer uma peça dentro dos seus limites de tolerância dimensional. Assim, material extra pode ser removido ou mais material pode ser adicionado para esse fim.

A impressão 3D é um processo complexo com muitos fatores contribuintes e peças móveis. Cada um destes fatores afeta o acabamento superficial da impressão 3D de uma maneira diferente. Um engenheiro deve ter um bom conhecimento disso para saber o que ajustar para obter o acabamento de impressão 3D desejado.

1. Processo de impressão 3D

O acabamento superficial da impressão 3D varia drasticamente entre as diferentes técnicas de impressão 3D. O FDM, por exemplo, está sujeito a problemas como baixa resolução superficial e empenamento devido ao seu processo de deposição camada por camada. Métodos baseados em pó, como a impressão 3D SLS, produzem compreensivelmente um acabamento superficial granulado, pois as peças são feitas de partículas de pó.

2. Parâmetros da impressora 3D

Os parâmetros de impressão 3D desempenham um papel significativo no acabamento superficial final. Por exemplo, quanto menor a espessura da camada (ou resolução), mais lisa será a superfície. A velocidade de impressão, o processo de cura e o preenchimento também são fatores importantes que contribuem para a qualidade da superfície.

3. Material de impressão 3D

Os materiais de impressão 3D têm propriedades diferentes e são compatíveis com diferentes métodos. Variações no acabamento superficial também podem ser causadas por limitações e propriedades do material.

4. Qualidade da impressora 3D

A construção e a condição das impressoras 3D também afetam o acabamento da superfície. As impressoras de baixo custo não conseguem produzir peças com alta qualidade superficial. Da mesma forma, uma impressora 3D antiga e com manutenção deficiente também perde sua precisão com o tempo. Os fatores que contribuem para isso incluem a condição dos trilhos e motores da impressora 3D, alinhamento da estrutura/base, capacidades do controlador, condição da fonte de energia, etc.

O gráfico abaixo compara as capacidades de acabamento superficial da impressão 3D do popular processo de impressão 3D.
Processo de impressão 3DRugosidade superficial (Ra)FDM/FFF10SLD/DLP3SLS13PBF15
Examinamos minuciosamente vários aspectos do acabamento superficial da impressão 3D. Agora, passaremos aos vários métodos que os engenheiros usam para o acabamento de peças de impressão 3D.

Essas técnicas variam significativamente em termos de eficácia, custos, requisitos de habilidade e metodologia geral. Discutimos algumas das opções mais importantes abaixo.

1. Lixar

Lixar é o método mais comum para acabamento de impressão 3D. É um processo simples em que uma lixa áspera e abrasiva é esfregada na superfície da peça para suavizá-la. Características imperfeitas na superfície, como saliências e cantos afiados, quebram ou são achatadas devido ao atrito durante esse processo.

É uma técnica muito útil, pois é muito intuitiva, barata, eficaz e funciona na maioria dos materiais. A lixa vem em vários graus que diferem no tamanho do grão. Classes grossas têm grãos maiores e removem mais material, mas ao mesmo tempo deixam uma superfície mais áspera.

Normalmente, o processo de lixamento começa usando classes grossas e gradualmente fazendo a transição para classes mais finas à medida que a superfície se torna mais lisa.

Porém, é preciso ter cuidado ao lixar, pois é muito fácil retirar material extra e estragar a peça. Portanto, também é um processo demorado e pode não ser adequado para um trabalho de alta produtividade.

O acabamento final da superfície da impressão 3D não é brilhante e liso. Em vez disso, tem um acabamento fosco. Para melhorar ainda mais a qualidade da superfície, podem-se utilizar panos de polimento, lixas extrafinas ou pintura/revestimento.

2. Usinagem/Retificação

Embora a impressão 3D e a maquinação CNC sejam frequentemente apresentadas como tecnologias de produção opostas, colocadas umas contra as outras pelo domínio da indústria, existem vários caminhos onde elas se complementam. Uma dessas aplicações híbridas é o acabamento de peças de impressão 3D.

Muitos métodos de impressão 3D são incapazes de obter o acabamento superficial fino de processos subtrativos, como usinagem e retificação.

Assim, um ciclo de acabamento de usinagem/retificação é muito comum após a impressão 3D. É altamente eficaz ao manter tolerâncias restritas e superfícies excepcionalmente lisas. Além disso, a usinagem é uma ferramenta versátil, útil em áreas de difícil acesso, como furos internos ou recursos curvos.

Além do mais, é compatível com a maioria dos materiais de impressão 3D, tanto de plástico quanto de metal.

3. Explosão de contas

O jateamento de esferas é outra técnica popular de acabamento de impressão 3D abrasivo. Como o nome sugere, envolve jatear pequenas esferas de plástico ou vidro na superfície áspera. O impacto faz com que as imperfeições da superfície se alisem.

É um método rápido comparado ao lixamento. Além disso, os grânulos também podem ser direcionados para recursos de difícil acesso e suavizar superfícies internas, que não são tão acessíveis com lixa manual.

Normalmente, a detonação começa com baixa pressão para avaliar a taxa de abrasão. Isto é necessário porque a pressão extra pode remover material extra ou danificar a superfície. Com inspeção visual e experiência adequadas, o operador pode então aumentar a pressão de jateamento para otimizar o acabamento superficial da impressão 3D.

Além disso, existem vários outros processos semelhantes, como jateamento de areia, shot peening e jateamento de água, com pequenas diferenças entre si.

4. Chapeamento

Galvanização (galvanoplastia) é o processo de aplicação elétrica de uma fina camada metálica sobre uma superfície de plástico ou metal. É uma prática comum para o acabamento de peças de impressão 3D devido aos seus amplos benefícios e conveniência.

Na maioria dos casos, o revestimento melhora várias propriedades do material da peça. As peças plásticas impressas em 3D são compreensivelmente fracas e propensas a quebrar. Revesti-los com um metal apropriado pode aumentar sua durabilidade, resistência ao desgaste e dar-lhes a capacidade de suportar temperaturas mais altas.

Além disso, para peças metálicas, a galvanoplastia pode induzir várias propriedades úteis, como resistência à corrosão e oxidação, soldabilidade e condutividade elétrica.

Além dessas finalidades funcionais, o revestimento serve como uma ótima maneira de aprimorar a estética do acabamento superficial de uma impressão 3D. Revestimentos metálicos como ouro, prata e cromo acrescentam apelo estético superior às peças.

5. Pintura

A pintura é um processo simples e bem compreendido. Serve ao mesmo propósito que serviria em qualquer outro lugar:uma aparência melhor. Isso porque, com a tinta, o usuário tem a opção de escolher praticamente qualquer cor e visual.

Em comum, o processo de pintura é precedido de uma demão de primer e massa. Isso suaviza ligeiramente a superfície, preenchendo lacunas e vales até certo ponto e preparando melhor a superfície para uma camada (ou camadas) de tinta.

Além disso, a pintura também serve, até certo ponto, ao propósito prático de vedação. Embora não seja um selante, no sentido pleno da palavra, pode atuar como tal em uma função secundária. Com a questão da porosidade predominante na impressão 3D, este é um efeito benéfico.

Qual método de acabamento superficial de impressão 3D é o melhor?

Depende completamente da aplicação. Isso ocorre porque cada método tem seus prós e contras e é adequado para uma classe específica de produtos. Se a sua única preocupação é a estética, a pintura ou revestimento é a sua melhor opção. Se o seu produto tiver necessidades funcionais como condutividade elétrica, por exemplo, você pode considerar um material apropriado para galvanizar.

A impressão 3D tem um acabamento melhor que o CNC?

Geralmente, a usinagem CNC leva vantagem sobre a impressão 3D em termos de rugosidade da superfície. No entanto, com técnicas adequadas de acabamento de superfície e seleção de impressora/método, essa lacuna pode ser diminuída significativamente.