De nabewerking van resin componenten

De nabewerking van resin componenten is essentieel. Additieve fabricage met resin vereist verschillende verplichte nabewerkingsstappen, anders is het onderdeel niet functioneel.

Deze verplichte stappen zijn reiniging, verwijdering van supportmateriaal en uitharding. In deze blogpost wordt er in detail gegaan op deze drie stappen, uitleg, wijzen op mogelijke moeilijkheden en mogelijke oplossingen voor deze moeilijkheden.

Stap 1: Schoonmaken

Nadat de printopdracht is voltooid en de bouwplaat uit de printer is verwijderd, moeten de gefabriceerde onderdelen altijd worden gereinigd. Deze reiniging gebeurt met een speciaal oplosmiddel, meestal isopropanol.

Klinkt in eerste instantie eenvoudig. Voor heel eenvoudige constructies zoals een basiskubus wel. Maar als we verder gaan met complexere structuren, ergocomponenten met kleine details, holtes, gaten en dergelijke, kan het nabewerkingsproces al snel lastig worden.

Overtollig resin moet volledig van het onderdeel worden verwijderd om de kwaliteit en mechanische eigenschappen van het onderdeel te maximaliseren. En het is deze volledigheid die een probleem kan worden met complexere structuren.

Het reinigen van resin componenten kan op verschillende manieren worden uitgevoerd. De belangrijkste hiervan zijn handmatige reiniging, reiniging met speciaal ontworpen wasstations of een ultrasoonbad.

Handmatige reiniging

De goedkoopste, maar ook meest arbeidsintensieve methode om resin componenten te reinigen is met de hand. Het onderdeel wordt in een bak met isopropanol gedompeld en zorgvuldig ontdaan van overtollig resin met een borstel. Bij voorkeur een harde borstel.

Helaas wordt de hoge hoeveelheid werk die deze methode met zich meebrengt niet beloond met een betere kwaliteit - integendeel. Zelfs na meerdere reinigingscycli kan er bij complexere structuren nog resten resin op het onderdeel achterblijven.

Gelukkig zijn er tegenwoordig verschillende machines en automatiseringsmogelijkheden!

Wasstations

Een wasstation is de meest voorkomende methode om resin componenten te reinigen. Dergelijke wasstations nemen als het ware het eerder beschreven deel van de handmatige reiniging over door het reinigingsmiddel in de machine te "wervelen" en zo het overtollige resin van het onderdeel te verwijderen.

Door wasstations gereinigde componenten bieden in verreweg de meeste gevallen een hogere oppervlaktekwaliteit en vergen in alle gevallen duidelijk minder tijd dan handmatig gereinigde componenten. Bij kleinere componenten kunnen er ook meerdere tegelijk door de stations worden verwerkt, wat nog meer tijd bespaart.

De aanschafkosten van een wasstation zijn echter wel hoger dan bij handmatige reiniging. Terwijl kleine en hobbywasstations al voor enkele honderden euro's verkrijgbaar zijn, is het niet ongebruikelijk dat professionele en industriële wasstations enkele duizenden euro's kosten.

Wasstations zijn daarom niet geschikt wanneer er alleen gebruik gemaakt wordt van additive manufacturing als hobby. In de professionele en industriële sector daarentegen worden wasstations onvermijdelijk, omdat de tijd die nodig is voor handmatige reiniging op dit gebied niet houdbaar is. Tegelijkertijd worden de initiële kosten snel gecompenseerd door de enorme tijdwinst.

Zoals eerder vermeld bieden wasstations een hogere oppervlaktekwaliteit dan handmatige reiniging. Als echter een overmatige oppervlaktekwaliteit vereist is, moet een andere methode worden gebruikt.

Ultrasonische baden

Ultrasoonbaden vertegenwoordigen de beste optie voor het reinigen van resin componenten, maar ook degene met de hoogste aanschafkosten.

Daarbij wordt de reinigingsvloeistof, in dit geval niet isopropanol maar TPM (tripropyleenglycolmonomethylether) of DPM (dipropyleenglycolmethylether), door een ultrasone trilling tussen 20 en 40 kHz opgewekt. Hierdoor ontstaan microscopisch kleine belletjes, die korte tijd later weer imploderen.

Deze implosie van de bellen, ook wel cavitatie genoemd, zorgt voor een sterk druk- en zuigeffect op het onderdeel waardoor de resten resin als het ware worden weggeblazen en volledig verdwijnen.

Vanwege de hoge initiële kosten is deze manier van reinigen bijzonder geschikt voor industriële bewerkingen of, zoals reeds vermeld, voor onderdelen die een uitzonderlijke oppervlakteafwerking vereisen, zoals bijvoorbeeld sieraden.

De moeilijkheden van nabewerking

De grootste moeilijkheid in deze stap van de nabewerking is het belang van het volledig verwijderen van alle resterende niet-uitgeharde resin. Vooral bij handmatige reiniging kunnen er meerdere manieren nodig zijn om al het overtollig resin te verwijderen. En zelfs dan, vooral bij complexe componenten, bestaat nog steeds het risico dat er resin in een groef of holte komt.

Maar wat is het probleem als er nog niet uitgeharde resin op het onderdeel zit? En is het mogelijk om het later indien nodig te verwijderen?

Als er niet-uitgeharde resin op het oppervlak zit lijdt de oppervlaktekwaliteit eronder. Omdat het onderdeel aan het einde van het proces moet worden nagehard, hardt de resterende hars gedeeltelijk uit, wat resulteert in oneffenheden op het oppervlak.

Als de resin zich bijvoorbeeld in een holte bevindt kan dit de werking van het onderdeel volledig vernietigen. Als er nu nog een component op de resin component moet worden aangesloten is dit niet meer mogelijk omdat de resterende resin het vergrendelingspunt nu heeft verminderd of volledig heeft afgesloten.

Omdat de niet-uitgeharde resin toch wordt uitgehard door het nahardingsproces is verwijdering achteraf ook niet mogelijk. Dus als de oppervlaktekwaliteit of functionaliteit van het onderdeel is beperkt door achtergebleven resin kan het component na uitharding volledig onbruikbaar zijn.

Om onnodig werk en kosten te besparen is het beter om het onderdeel goed te controleren op resterende resten resin. Ook als er wasstations of ultrasone reinigers zijn gebruikt! Alleen omdat dergelijke systemen een betere verwijdering mogelijk maken, zijn ze verre van volledig storingsvrij.

Stap 2: Verwijdering van supportmateriaal

Support verwijderen kan voor of na het uitharden gebeuren. Maar het is gemakkelijker te verwijderen voordat het component wordt uitgehard. De 3 methodes om support materiaal te verwijderen.

Handmatige verwijdering

Natuurlijk is er ook de mogelijkheid om hier ouderwets handwerk te gebruiken. Door hun vaak langgerekte vorm kunnen de draagstructuren gemakkelijk en zonder al te veel moeite worden vastgepakt en verwijderd.

Deze methode mag echter zeker niet worden gebruikt voor componenten met kleinere details. Daar zou een stevige ruk voldoende kunnen zijn om naast de draagconstructie een van de kleinere details af te breken.

Handmatige verwijdering laat ook kleine tot middelgrote noppen op het onderdeel achter, maar deze kunnen worden verwijderd met een beetje schuurpapier en wat meer geduld.

Kniptang

Een kniptang is een veiligere methode om support materiaal van componenten te verwijderen. Vooral bij complexere componenten is deze veiligheid essentieel om beschadiging van het component te voorkomen.

De kniptang wordt zo dicht mogelijk bij de randen van de draagconstructies geplaatst en vervolgens worden de constructies één voor één weggehaald van het onderdeel. Deze methode vereist echter ook meer tijd dan handmatige verwijdering vanwege de hogere nauwkeurigheid.

Nogmaals, noppen blijven op het onderdeel, maar vrijwel zeker veel kleiner dan bij handmatige verwijdering. Dit zorgt ervoor dat er minder tijd wordt besteed aan het schuren van het onderdeel. Wat in ieder geval meer tijd compenseert die voorheen nodig was om het support materiaal te verwijderen.

Wateroplosbare resin

De laatste optie voor het verwijderen van support materiaal is wateroplosbare resin. Hiermee kan het support materiaal worden geprint die tegelijk met het schoonmaken worden verwijderd.

Deze methode laat ook geen noppen achter, waardoor schuren volledig overbodig is. Om deze reden is deze methode zonder twijfel de snelste manier om support materiaal te verwijderen.

Het enige probleem hiermee is dat de gebruikte 3D-printer de mogelijkheid moet hebben om twee materiaalsoorten tegelijk te printen. Een component die volledig is gemaakt van in water oplosbare hars zou immers niet bijzonder effectief zijn.

Dergelijke printers vind je meestal in het professionele of industriële segment. Slechts zeer weinig hobby-3D-printers hebben deze functie. Als u het verwijderen van support materiaal veel gemakkelijker wilt make, is het daarom aan te raden om voor aanschaf uit te zoeken of een printsysteem met meerdere materialen in een keer kan printen.

De moeilijkheden van verwijdering van support materiaal

Zowel de benodigde tijd als de moeilijkheid bij het verwijderen van het support materiaal is in de meeste gevallen minder dan bij het reinigen van het resin component. Toch heeft deze nabewerkingsstap één groot probleem.

Deze moeilijkheid ligt echter meer in de menselijke factor dan in de stap zelf. Namelijk in een gebrek aan aandacht. Te hard trekken of te onvoorzichtig snijden kan genoeg zijn om ernstige en in het ergste geval onherstelbare schade aan een onderdeel te veroorzaken.

Onherstelbaar is hier het sleutelwoord. In dit stadium is het zeer zeldzaam om dergelijke schade aan te richten. Een gebroken detail kan vaak opnieuw worden geprint en met behulp van naharding aan het eigenlijke onderdeel worden bevestigd. Het risico op volledig verlies van het onderdeel is in deze stap van de nabewerking dus veel kleiner.

Desalniettemin betekent een kapot detail problemen, arbeid en tijd. Daarom is bij deze stap vooral één ding vereist: geduld en voorzichtigheid. Met deze twee kwaliteiten kan support materiaal zonder grote problemen worden verwijderd van zelfs complexe componenten. Of u kunt vertrouwen op een printsysteem dat twee materiaal soorten tegelijk kan printen en u deze twee eigenschappen besparen - in ieder geval voor deze stap.

Stap 3: Naharding

Bij het uitharden van resin componenten wordt de temperatuur van het onderdeel verhoogd om de mechanische eigenschappen zoals hittebestendigheid, sterkte, UV-bestendigheid en nog veel meer te verbeteren.

Voordat we bij de methoden komen is het belangrijk om te weten dat elke hars een andere hoeveelheid tijd nodig heeft om uit te harden. Daarom is het absoluut noodzakelijk om vóór deze stap de gebruiksaanwijzing van de fabrikant te controleren om er zeker van te zijn dat aan de vereiste tijd wordt voldaan - maar daar zullen we dieper op ingaan als we bij de moeilijkheden komen.

Naharding kan op veel verschillende manieren plaatsvinden. De belangrijkste hiervan zijn blootstelling aan zonlicht en verschillende soorten nahardingsstations.

Zonlicht

De "duurzame methode" voor nahardende resin componenten is een eenvoudig verblijf op een plaats met constant en gelijkmatig zonlicht. Of het nu gaat om een balkon, een terras of een vensterbank, het belangrijkste dat nodig is, is een plek met veel zon!

Het nadeel van deze methode is de veel langere tijd die nodig is voor deze nabewerkingsstap. Terwijl uithardingsstations een paar minuten nodig hebben voor deze stap heeft de natuurlijke methode enkele uren nodig.

Ook het uiterlijk van het oppervlak is bij deze methode anders dan bij post-cure stations. Terwijl post-uithardstations een glanzend oppervlak produceren, hebben componenten die na-uitharden door blootstelling aan zonlicht de neiging om een mat, ondoorzichtig oppervlak te hebben.

Deze methode is natuurlijk alleen geschikt voor hobbygebruik met eenvoudige componenten. En voor mensen met veel tijd. Voor mensen met minder tijd (en meer geld) zijn nahardingsstations veel geschikter.

Nahardingsstations

Nahardingsstations zijn systemen die speciaal zijn vervaardigd voor het naharden van resin componenten. Veel leveranciers van resin 3D printers bieden naast hun printsystemen ook professionele post-curing stations aan. Soms direct in combinatie met een wasstation. Deze zijn verkrijgbaar in een breed scala aan maten waarvan sommige speciaal zijn ontworpen voor handmatig gebruik om diepe gaatjes nauwkeurig te bereiken. Deze stations zijn tegen verschillende prijzen verkrijgbaar. Van een paar honderd euro tot een paar duizend euro.

Het onderdeel wordt in deze nahardingsstations geplaatst met of zonder bouwplaat. Dit is afhankelijk van de leverancier. Vervolgens wordt het comonent uitgehard door meerdere UV-lampen tegelijk. De tijd wordt handmatig ingesteld en dit is vaak maximaal 5 minuten.

Deze professionele hulp zorgt voor de best mogelijke materiaal eigenschappen en een gelijkmatig hoogwaardige oppervlakteafwerking. Voor professionele of industriële productie is er dus geen andere keuze dan dergelijke nahardingsstations.

De moeilijkheden van naharding

Als niet-professionele nahardingsmethoden worden gebruikt is de grootste uitdaging de uniforme mate van naharding. Enerzijds om de mechanische eigenschappen over het gehele onderdeel te laten doorlopen en anderzijds om een uniforme oppervlakteafwerking te garanderen.

De enige manier om deze moeilijkheid tegen te gaan is door hem te plaatsen op bijvoorbeeld een draaischijf. Hierdoor kan het onderdeel in een gelijkmatig tempo worden gedraaid, zodat het UV-licht alle gebieden in dezelfde mate bereikt.

Ook is de hoeveelheid tijd die een component nodig heeft om na te harden iets gecompliceerder bij niet-professionele nahardingsmethoden dan alleen het aflezen van de tijd. Aangezien de door de fabrikant opgegeven tijd grotendeels gebaseerd is op professionele nahardingsstations, kunnen ze alleen daar worden toegepast.

Deze moeilijkheid kan maar met één ding worden tegengegaan: vallen en opstaan. Het regelmatig controleren van het onderdeel terwijl het zich onder de UV-lichtbron bevindt zou u relatief snel moeten vertellen hoe lang het duurt voordat de resin die wordt gebruikt volledig uitgehard is. Als in een volgende printtaak echter een andere resin wordt gebruikt, zal dit test proces opnieuw moeten plaatsvinden.

Beide tot nu toe genoemde moeilijkheden houden verband met het gebruik van niet-professionele nabehandelingsmethoden. Hebben professionele nabehandelingsmethoden überhaupt problemen?

Kortom, ja, maar niet te veel. De mate van naharding vindt continu plaats door gelijktijdige bestraling van meerdere UV-lampen aan alle zijden en de uithardingstijd is af te lezen van de materiaalgids. Toch kan zelfs een professioneel nahardingsstation fouten veroorzaken, vooral bij complexe componenten.

Als er echter een fout optreedt in een onderdeel, wordt zelfs tijdens deze stap zelden onherstelbare schade veroorzaakt. De overgrote meerderheid van de fouten kan worden verholpen door opnieuw uit te harden - zij het, zoals zo vaak het geval is, met meer tijd.

Conclusie

Het afwerken van resin componenten is een moeizaam proces. De stappen die in dit blogbericht worden behandeld omvatten alleen de stappen die essentieel zijn. Daarnaast kunnen er andere stappen gewenst zijn zoals schilderen, kleuren, polijsten etc.

Dit maakt het des te belangrijker dat de nabewerking bij de eerste poging goed werkt. De toch al hoge tijdsbesteding hoeft niet nog verder te worden verlengd door fouten en de correctie ervan. Ondertussen biedt de nabewerking ook enkele automatiseringsmogelijkheden die de hoeveelheid werk en het foutenpercentage kunnen verminderen. En daarmee indirect ook de benodigde tijd.

Het nabewerken van resin onderdelen zit vol valkuilen. Ik hoop dat ik met deze blogpost enkele van deze valkuilen heb kunnen blootleggen en adequate oplossingen heb gepresenteerd. Als u meer informatie wilt over nabewerkingsoplossingen voor resin componenten kan ik u dit webinar aanbevelen*.

*de webinar wordt gehouden in het Nederlands