Постобработка FDM-деталей: шлифовка, ацетон, грунтовка и покраска

С чего начинать: что за пластик в детали

Выбор способа почти целиком определяет материал. Подробно свойства пластиков разобраны в статье про материалы для FDM-печати, здесь важна одна строка: чем растворяется поверхность.

Для PLA есть другие растворители. Этилацетат в справочниках называют самым доступным и малоопасным из них, а тетрагидрофуран, дихлорметан, бензол и диоксан его тоже растворяют. Ацетон лишь размягчает поверхность PLA и не даёт ровного глянца. Растворители PLA токсичнее и горючи, а результат нестабилен, поэтому ровнее и безопаснее получается эпоксидное покрытие или грунт со шлифовкой.

Шлифовка: какая зернистость на каком этапе

Бумагу маркируют по шкале FEPA: число после «P» растёт, зерно мельчает. По таблице Washington Mills (стандарт FEPA 43) средний размер частиц P120 составляет 106 мкм, P180 53 мкм, P240 44,5 мкм, P400 17,3 мкм, P600 9,3 мкм, P800 6,5 мкм. Высота слоя при печати 0,2 мм это 200 мкм, поэтому лестницу слоёв P120 снимает за несколько проходов, а P400 уже полирует.

В блоге Prusa на примере больших моделей фигурируют те же границы: P100 для грубой шлифовки и острых углов, P400 для финиша после базовой краски, причём сухим или мокрым способом. Бумагу на жёстком блоке водят вдоль поверхности, в вогнутых местах берут мягкую губку. PLA размягчается около 55–60 °C, поэтому быстрый гравёр на мелком зерне оплавляет поверхность, а не снимает её. Мокрая шлифовка снимает тепло и пыль, при этом PLA и ABS воду не боятся.

Грунт-филлер и шпаклёвка

Филлер (праймер-наполнитель) в баллоне заполняет риски глубиной в несколько десятков микрон, а шпаклёвка автомобильная закрывает щели, раковины и стыки половинок. Порядок такой:

Филлер не скрывает горизонтальные ступеньки на пологих скосах: на покатых поверхностях они остаются заметными, и там шлифовка идёт дольше. Тонкостенные детали шпаклёвка утяжеляет и делает хрупкими на стыках, поэтому в нагруженных зонах её не применяют.

Сглаживание ABS и ASA парами ацетона (vapor smoothing)

Метод основан на том, что ацетон растворяет внешний слой ABS: пары конденсируются на стенках, поверхность на доли миллиметра становится жидкой и растекается, а слои сливаются. Холодный способ выглядит так: деталь на подставке-решётке над слоем ацетона в закрытой ёмкости, бумага или салфетка вдоль стенок выступает фитилём. Авторы одного из руководств (QIDI) называют такие ориентиры: через 15 минут появляется лёгкий блеск, к 30 минутам слои почти не различимы, на 45–60 минутах получается глянец как у литья. Мелкие детали с тонкой геометрией держат 15–20 минут.

Что происходит с размерами. В том же руководстве поверхностное перераспределение материала оценивают в 0,1–0,3 мм при 30–60 минутах, внешние размеры слегка уменьшаются, отверстия тоже. Это единственный источник цифры, поэтому считайте её ориентиром и меряйте пробный образец. Для посадок и резьбы метод не годится, как и для мелкого рельефа: надписи и тонкие рёбра оплывают.

После ванны деталь выносят на воздух. Пока растворитель не ушёл из толщи, поверхность остаётся мягкой, и сушка идёт по QIDI 4–8 часов, при этом на ощупь деталь сухая через 1–2 часа. Красить раньше нельзя: растворитель поднимется пузырями под краской.

Токсичность ацетона невысока: он раздражает глаза и кожу, при высоких концентрациях угнетает нервную систему, канцерогеном не считается. Главная опасность в огне и объёме паров, а не в яде.

Ацетон для склейки ABS

ABS растворяется в ацетоне и других кетонах, этим пользуются при склейке: стык смачивают, детали прижимают, и после испарения швы сплавляются в монолит. Если шов не прилегает, делают «клей» из обрезков ABS, растворённых в ацетоне до густоты сметаны, и заполняют зазор. Дихлорметан склеивает ABS ещё прочнее, но от него лучше отказаться. Он кипит при 39,6 °C, вдыхаемая часть частично превращается в организме в угарный газ, по справочным данным его относят к возможным канцерогенам, а продажа дихлорметана в составе бытовых средств для снятия краски в ЕС запрещена с декабря 2010 года. В мастерской, где нет вытяжного шкафа, берут ацетон.

Эпоксидное покрытие: самый универсальный путь

Тонкая эпоксидная плёнка стирает слои на любом пластике, в том числе на PLA и PETG, и вдобавок слегка упрочняет поверхность. Для 3D-печати выпускают специальные составы низкой вязкости. По технической сводке Smooth-On для XTC-3D: соотношение 2A по объёму или 100A по массе, жизнеспособность 10 минут, поверхность перестаёт липнуть через 2 часа, полное отверждение за 3,5 часа. Слой наносят тоньше 1/64 дюйма, это около 0,4 мм, и унция смеси покрывает 101 кв. дюйм (651 см²). Смесь нагревается при отверждении, поэтому в ёмкости её не копят. При 60 °C отверждение ускоряется до 15 минут.

Кисть берут поролоновую или щетинную, наносят один тонкий слой. Для цилиндров и поверхностей со стёкающей смолой деталь поворачивают на оправке, пока смола не схватится. После отверждения плёнку шлифуют P400–P800 и грунтуют. На острых кромках и гравировке смола собирается каплями, поэтому нужна проба на обрезке.

Покраска: акрил, аэрозоль

Грунтованную деталь красят акриловой краской кистью или аэрозолем. Баллон держат на 20–25 см, делают 2–3 тонких слоя, а не один сплошной: толстый слой течёт и закрывает мелкую детализацию. Между слоями выдерживают время, указанное на банке. Финишный слой лака выравнивает блеск; для деталей снаружи берут лак или краску с УФ-фильтром, ведь PLA на солнце желтеет и «ползёт» уже при 55–60 °C. Сведения о нагреве и других пластиках в статье про материалы.

Корпуса приборов красят после посадки крышек. Допуски на шов и зазоры при толщине краски 30–60 мкм на сторону закладывают заранее: подробнее про корпуса и выбор способов в разборе корпусов для электроники и на странице идей про корпуса из пластика и акрила.

Склейка: цианоакрилат и вставки

Цианоакрилатный клей подходит для PLA, PETG и ABS при тонком шве; нагруженные стыки лучше клеить двухкомпонентной эпоксидкой, потому что цианоакрилат хрупкий и плохо переносит удар. Малярный скотч помогает собрать деталь без клея и проверить посадку.

Вставки с резьбой. Латунные вставки запрессовывают паяльником с нагретой до 240 °C насадкой, этот режим использовал CNC Kitchen при испытаниях на PLA. В тесте вставки M3 держали около 1400 Н (примерно 150 кг) при малых диаметрах отверстий, а при оптимальном диаметре 4,2 мм (размер в CAD, печатная модель давала отверстия примерно на 0,25 мм меньше) сохраняли около 90% предельной прочности и вставлялись легко. Размер зависит от принтера, пластика и конкретной вставки, поэтому его уточняют на пробной детали. Для резьбы в пластике без вставки нагруженные соединения лучше не делать.

Пример: сколько времени и расходников уходит на деталь 150 мм

Допущения: корпусная деталь ABS размером 150 × 100 × 50 мм, открытая коробка, наружная поверхность около 400 см² (150×100 + 2·150×50 + 2·100×50 = 40 000 мм²), слой печати 0,2 мм, внешняя отделка до покраски. Время ручной работы взято как оценка редакции для среднего навыка, а не как измерение: у Prusa крупные модели вроде шлема отнимают у опытного мастера свыше 8 часов, у новичка вдвое больше, при этом расходники на модель составили порядка 16 долларов без краски.

Расход эпоксидного покрытия: по паспорту унция (29,57 мл) закрывает 651 см², значит 400 см² при слое 0,4 мм требуют около 18 мл смеси, то есть 12 мл части A и 6 мл части B. На практике смолы уходит больше из-за остатка на кисти и стенках, закладывайте 1,5–2 раза: 27–36 мл. При жизнеспособности 10 минут делают две партии по 15 мл. Для пути Б хватит 5 листов бумаги (P120, P240, P400, P600, P800 формата около 230×280 мм), одного баллона филлера и баллона краски. Стоимость расходников подставьте по своим чекам: цены на бумагу, филлер и краску сильно разнятся между магазинами и месяцами, поэтому цифры здесь не приводятся.

Для сравнения на самой печати: выигрыш от PLA вместо ABS по цене материала и по скорости печати нужно пересчитывать с цены катушки, это разобрано в статье про FDM и фотополимерную печать. Если нужна серия, постобработку руками лучше сразу закладывать в цену: когда печать, ЧПУ или литьё.

Типичные ошибки