3D プリントの表面仕上げをマスターする:優れた部品品質を実現するための必須テクニック

まず、3D プリントの表面仕上げの概念について説明します。簡単に言えば、印刷後の部品の表面がどの程度粗いかを示す定性的な尺度です。非常に滑らかな表面は「細かい」とみなされ、粗い表面は「悪い」表面仕上げとみなされます。

ほぼすべての製品には厳しい表面品質要件があるため、これはあらゆる製造プロセスにおいて重要なステップです。たとえば、紙が粗すぎて書き込むことができない場合は、その目的を果たせず、市場でうまくいきません。

したがって、3D プリンティング メーカーにとって、望ましい表面仕上げを達成することは最優先事項です。多くの場合、これは多くのテクニックを伴う後処理ジョブですが、これについては後ほど説明します。

さらに、3D プリント部品の仕上げには、積層造形プロセスの固有の性質により、独特の課題が生じます。パーツは層ごとに構築されるため、その表面は山と谷の繰り返しパターンで構成されており、パーツの完全性を尊重しながら平らにする必要があります。

3D プリントの表面仕上げに特定の目標を設定する理由はいくつかあります。これらの理由は、表面的なものである場合もあれば、機能的なものである場合もあります。以下は、そのようなさまざまな理由をまとめたリストです。

1.美学

良好な表面仕上げは、部品の美的価値を高めます。これには、色、質感、凹凸 (光沢/マット) などの外観の要素が含まれます。

2.機械的および化学的特性

表面仕上げ方法により、3D プリント部品の性能を向上させることができます。たとえば、金属部品をコーティングして、耐食性と導電性を高めることができます。一部の方法では、過酷で要求の厳しい用途向けの部品に高温耐性と摩耗を引き起こします。

3.機能性

特定の用途では、適切に機能するために特定の表面仕上げが必要です。たとえば、締まりばめは、嵌合部品の表面品質に大きく依存します。したがって、効果的な熱伝達のために表面積を改善するには、粗い表面が好ましい場合もあります。

4.製造公差

表面処理は、部品を寸法公差制限内に収めるために 3D プリント仕上げでよく使用されます。したがって、この目的のために、余分な素材が削除されたり、さらに素材が追加されたりすることがあります。

3D プリンティングは、多くの要因と可動部品を伴う複雑なプロセスです。これらの各要因は、3D プリント表面の仕上げにさまざまな影響を与えます。エンジニアは、3D プリントを望ましい仕上がりにするために何を調整すればよいかを理解するために、このことをしっかりと理解している必要があります。

1. 3D プリントプロセス

3D プリントの表面仕上げは、3D プリント技術によって大きく異なります。たとえば、FDM は層ごとの堆積プロセスにより、表面解像度が低いことや反りなどの問題が発生しやすいです。 SLS 3D プリントのような粉末ベースの方法では、パーツが粉末粒子から作られているため、当然のことながら、粗い表面仕上げが生成されます。

2. 3D プリンターのパラメーター

3D プリントのパラメータは、最終的な表面仕上げに重要な役割を果たします。たとえば、レイヤーの厚さ (または解像度) が低いほど、表面はより滑らかに見えます。印刷速度、硬化プロセス、充填材も、表面品質に寄与する重要な要素です。

3. 3D プリント素材

3D プリント材料にはさまざまな特性があり、さまざまな方法と互換性があります。表面仕上げのばらつきは、材料の制限や特性が原因である場合もあります。

4. 3D プリンターの品質

3D プリンターの構造や状態も表面仕上げに影響します。低コストのプリンタでは、表面品質の高い部品を製造できません。同様に、メンテナンスが不十分な古い 3D プリンターも、時間の経過とともに精度が低下します。これに寄与する要因には、3D プリンターのレールとモーターの状態、フレーム/ベースの位置合わせ、コントローラーの機能、電源の状態などが含まれます。

下の表は、一般的な 3D プリント プロセスの 3D プリント表面仕上げ能力を比較したものです。

3D プリンティングプロセス表面粗さ (Ra)FDM/FFF10SLD/DLP3SLS13PBF15

3D プリントの表面仕上げのさまざまな側面を徹底的に検討しました。次に、エンジニアが 3D プリント パーツを仕上げるために使用するさまざまな方法に移ります。

これらの手法は、効果、コスト、スキル要件、全体的な方法論の点で大きく異なります。これらのオプションのうち最も重要なもののいくつかについて、以下で説明します。

1.サンディング

サンディングは、3D プリント仕上げの最も一般的な方法です。これは、粗い研磨性サンドペーパーを部品の表面にこすりつけて滑らかにするという単純なプロセスです。突起や鋭い角など、表面の不完全な部分は、このプロセス中に摩擦によって壊れたり、平らになったりします。

これは非常に直感的で、安価で効果的で、ほとんどのマテリアルに使用できるため、非常に便利なテクニックです。サンドペーパーには、粒度の異なるさまざまなグレードがあります。粗いグレードでは粒度が大きくなり、より多くの材料が除去されますが、同時に表面が粗くなります。

通常、サンディング プロセスは粗いグレードの使用から始まり、表面が滑らかになるにつれて徐々に細かいグレードに移行します。

ただし、余分な材料を除去して部品を台無しにすることが非常に簡単であるため、サンディングには注意が必要です。したがって、これは時間のかかるプロセスでもあり、生産性の高いジョブには適さない可能性があります。

最終的な 3D プリント表面の仕上げは、光沢のある滑らかなものではありません。むしろマットな仕上がりです。表面品質をさらに改善するには、研磨布、極細サンドペーパー、または塗装/コーティングを使用できます。

2.機械加工/研削

3D プリンティングと CNC 加工は、業界の優位性をめぐって対立する、相反する製造技術として紹介されることがよくありますが、相互に補完し合う方法がいくつかあります。これらのハイブリッド アプリケーションの 1 つは、3D プリント部品の仕上げです。

多くの 3D プリント方法では、機械加工や研削などのサブトラクティブ プロセスのような微細な表面仕上げを実現することはできません。

したがって、3D プリント後には、機械加工/研削の仕上げサイクルが非常に一般的です。厳しい公差と非常に滑らかな表面を維持する場合に非常に効果的です。さらに、機械加工は、穴の内側や湾曲した部分などの届きにくい領域に役立つ多用途ツールです。

さらに、プラスチックベースと金属の両方のほとんどの 3D プリント素材と互換性があります。

3.ビーズブラスト

ビーズ ブラストは、もう 1 つの一般的な研磨 3D プリント仕上げ技術です。名前が示すように、粗い表面に小さなプラスチックまたはガラスのビーズを吹き付けます。衝撃により、表面の欠陥が平らになります。

サンディングに比べて手っ取り早い方法です。さらに、手の届きにくい部分にビーズを向けて、手持ちのサンドペーパーではアクセスできない内面を滑らかにすることもできます。

通常、ブラストは摩耗速度を判断するために低圧力から開始されます。余分な圧力がかかると余分な材料が除去されたり、表面が損傷したりする可能性があるため、これは必要です。適切な目視検査と経験があれば、オペレーターはブラスト圧力を上げて 3D プリント表面の仕上げを最適化できます。

さらに、サンドブラスト、ショットピーニング、ウォーターブラストなど、他にもさまざまな同様のプロセスがありますが、それぞれに若干の違いがあります。

4.メッキ

メッキ (電気メッキ) は、プラスチックまたは金属の表面に薄い金属コートを電気的に塗布するプロセスです。幅広いメリットと利便性があるため、3D プリント パーツの仕上げには一般的に行われています。

ほとんどの場合、めっきにより部品のさまざまな材料特性が向上します。プラスチックの 3D プリント部品は当然のことながら弱く、破損しやすいです。適切な金属でメッキすると、耐久性と耐摩耗性が向上し、高温に耐える能力が得られます。

さらに、金属部品の場合、電気めっきにより、耐食性、耐酸化性、はんだ付け性、導電性などのさまざまな有用な特性が得られます。

このような機能的な目的とは別に、メッキは 3D プリントの表面仕上げの美しさを向上させる優れた方法として機能します。ゴールド、シルバー、クロムなどの金属コーティングは、部品に優れた美的魅力を与えます。

5.絵を描く

塗装は単純明快でよく理解されたプロセスです。他の場所と同じ目的、つまり見栄えを良くすることを目的としています。これは、ペイントを使用すると、ユーザーは事実上あらゆる色と外観を選択できるためです。

一般的に、塗装プロセスの前にプライマーとパテのコーティングが行われます。これにより、隙間や谷がある程度埋められ、ペイントのコートに適した表面の準備が整い、表面がわずかに滑らかになります。

さらに、塗装はシールという実用的な目的もある程度果たします。それはシーラントではありませんが、言葉の完全な意味で、二次的な役割としてシーラントのように機能することができます。 3D プリントでは多孔性の問題が一般的であるため、これは有益な効果です。

どの 3D プリント表面仕上げ方法が最適ですか?

それは完全にアプリケーションに依存します。これは、各方法に長所と短所があり、特定のクラスの製品に適しているためです。美観のみを重視する場合は、塗装またはコーティングが最良の選択肢です。たとえば、製品に導電性などの機能上のニーズがある場合は、電気めっきに適した材料を検討できます。

3D プリントは CNC よりも優れた仕上がりになりますか?

一般に、表面粗さの点では CNC 加工の方が 3D プリントよりも優れています。ただし、適切な表面仕上げ技術とプリンター/方法の選択により、このギャップを大幅に減らすことができます。