Vapor Smoothing vs Vibrofinitura: quale processo di finitura superficiale scegliere?

Per ottenere una superficie lucida e rifinita sulle parti stampate in 3D si utilizzano un’ampia gamma di tecniche di finitura superficiale, tra cui il rivestimento, la sabbiatura e i metodi di finitura manuale. Sebbene la produzione additiva consenta di produrre parti intricate e complesse, le stampe iniziali spesso presentano superfici ruvide e linee di strato evidenti, in particolare nelle parti prodotte con la modellazione a deposizione fusa (FDM). Il post-processing viene eseguito alle fine del processo di produzione per trattare la superficie dei pezzi. In questo articolo presentiamo due noti processi di post-processing e finitura superficiale: il Vapor Smoothing  (levigatura a vapore) e la vibrofinitura. Illustriamo di seguito il processo dei due metodi, i vantaggi e gli svantaggi di ognuno, e le informazioni necessarie per capire quale sia il metodo più adatto alle proprie esigenze.

Processo

Vapor Smoothing

Il Vapor Smoothing o levigatura a vapore (noto anche come levigatura chimica a vapore) è una tecnica professionale e industraiale che prevede l’esposizione delle parti stampate a un solvente sotto forma di vapore. Una miscela di solventi chimici, come FA 326, viene iniettata e spruzzata in una camera chiusa dove si trovano i pezzi da trattare. Il vapore si condensa sulla superficie del pezzo, eliminando le irregolarità attraverso una fusione controllata. Quando la temperatura della camera aumenta, il solvente residuo evapora e viene recuperato. Il pezzo finale diventa impermeabile e conserva le cavità interne lisce, le dimensioni e il volume originari. Per ottenere risultati ottimali nella levigatura a vapore, si raccomanda di condurre il processo in un ambiente controllato, utilizzando attrezzature di livello industriale appositamente progettate. Per chi è interessato a un approccio fai da te, il Vapor Smoothing, in questo caso chiamato più correttamente Solvent Dipping, può essere realizzato utilizzando acetone o etanolo come solventi chimici. Tuttavia, è essenziale esercitare cautela e assicurarsi che le misure di sicurezza e l’attrezzatura siano adeguate.

Il pezzo levigato al vapore a sinistra e la finitura standard a destra (Foto: ProtoLabs)

Vibrofinitura

La vibrofinitura o burattatura, a differenza del Vapor Smoothing, non utilizza sostanze chimiche per il trattamento della superficie. Si basa invece su un mezzo abrasivo per trattare la superficie delle parti stampate in 3D. In questo processo, diverse parti stampate in 3D vengono inserite in una vasca vibrante riempita con un mezzo abrasivo selezionato e un composto. Quando la macchina viene accesa, la vasca inizia a muoversi, creando attrito meccanico tra la parte e il mezzo abrasivo. Questo processo sottrattivo determina una rimozione minima e delicata dello strato più esterno del materiale, migliorando la qualità della superficie del pezzo. La vibrofinitura richiede misure e attrezzature speciali e offre due metodi: il metodo a vibrazione e il metodo a burattatura. Il metodo a vibrazione è particolarmente adatto per oggetti più grandi e meno dettagliati e consente di ottenere il risultato desiderato molto più rapidamente. Con il metodo a tamburo, invece, i movimenti sono molto più lenti e delicati, il che lo rende adatto a parti dettagliate e delicate.

La scelta degli abrasivi, o trucioli, è fondamentale nella vibrofinitura. I trucioli abrasivi possono essere in ceramica, plastica o acciaio, ognuno dei quali produce un risultato diverso. Gli abrasivi ceramici sono particolarmente adatti per sbavare e ottenere una superficie lucida. Grazie alla loro elevata densità, possono sopportare pressioni elevate e sono quindi adatti alla lavorazione di parti in acciaio inossidabile, metallo e plastica. Gli abrasivi in plastica sono ideali per le superfici morbide e fini che richiedono una lavorazione delicata. Sono disponibili in forme piramidali e coniche. Inoltre, Walther Trowal ha sviluppato abrasivi adatti a parti extra-piccole e dettagliate con aree difficili da raggiungere. Gli abrasivi in acciaio, per lo più disponibili in forma sferica, causano una minima asportazione di materiale e sono particolarmente adatti per la lucidatura e la pulizia meccanica di parti in metallo, argento o alluminio, garantendo una superficie liscia senza graffi.

Gli abrasivi in ceramica possono resistere ad alti livelli di pressione. (Foto: Vibrafinish)

Oltre agli abrasivi, il processo di vibrofinitura richiede anche un fluido lubrificante, il composto. Il composto viene utilizzato per assorbire e rimuovere l’abrasione dai pezzi e per pulirli e sgrassarli. Per la lavorazione dei pezzi metallici si può scegliere un composto acido che consenta il decapaggio. Dopo il trattamento, sono necessari processi di asciugatura. I pezzi possono essere essiccati in un essiccatore a vibrazione, dove vengono collocati insieme a mezzi di essiccazione riscaldati, come farina di pannocchie, farina di noci o cubetti di legno, e messi in vibrazione. In alternativa, un essiccatore a nastro è particolarmente adatto per parti sensibili e ingombranti con canali e fori interni. Nell’essiccatore a nastro, le parti stampate in 3D passano attraverso un sistema di aria calda su un nastro e vengono asciugate in questo modo.

Sia il Vapor Smoothing che la vibrofinitura possono richiedere tempi variabili, da dieci minuti a diverse ore, a seconda della quantità e della complessità dei pezzi da trattare.

Materiali compatibili

Il Vapor Smoothing è compatibile con la maggior parte dei polimeri ed elastomeri stampati in 3D. I materiali più comuni adatti al Vapor Smoothing sono acrilonitrile stirene acrilato (ASA), acrilonitrile butadiene stirene (ABS), polistirene ad alto impatto (a seconda della macchina), nylon 11 (PA 11), nylon 12 (PA 12), polipropilene (PP) e policarbonato/acrilonitrile butadiene stirene (PC-ABS). Tuttavia, è importante notare che il TPU e alcuni filamenti speciali non sono consigliati per la levigatura a vapore. Ogni solvente (acetone, metiletilchetone, tetraidrofurano, diclorometano, acetato di etile) ha la sua efficacia e le sue specifiche rispetto all’applicazione.

La vibrofinitura è compatibile con molti materiali diversi. Ad esempio, può essere utilizzata non solo per le parti stampate in 3D in termoindurenti, termoplastici ed elastomeri, come il polietilene (PE), il polipropilene (PP) o il polietilene tereftalato (PET), ma anche per metalli come l’alluminio, l’acciaio inox, l’ottone o il rame. Ciò lo rende un metodo più versatile che può essere utilizzato come metodo di post-processing di varie tecnologie di stampa 3D, come le tecnologie FDM/FFF e Powder Bed Fusion.

Prima e dopo di una parte metallica trattata con la vibrofinitura (Foto: Acton Finishing)

Limiti e vantaggi

Entrambi i processi offrono numerosi vantaggi per quanto riguarda l’aspetto e le proprietà della superficie. Con la levigatura a vapore è possibile ottenere finiture superficiali lisce e impermeabili, paragonabili a quelle dei pezzi stampati a iniezione, aumentando le prestazioni di allungamento, trazione e flessione, mantenendo caratteristiche, resistenza e precisione. La vibrofinitura, invece, non consente di ottenere una finitura impermeabile, ma fornisce superfici eccezionalmente lisce, rimuove i segni del rivestimento e produce superfici resistenti ai graffi e alle macchie. I componenti lavorati con i metodi di vibrofinitura e Vapor Smoothing producono superfici lisce e lucide. Il Vapor Smoothing offre una finitura più lucida rispetto alla vibrofinitura, ma i pezzi trattati con vibrofinitura presentano una superficie notevolmente più morbida e piacevole al tatto.

È importante notare che la levigatura a vapore non è la soluzione migliore per tutte le stampe. I modelli troppo complessi, piccoli, grandi o piatti possono deformarsi o perdere dettagli, e vedere la creazione di crepe. Dopo il processo di levigatura a vapore, le parti possono presentare difetti come bolle, macchioline, fori o caratteristiche incomplete. Inoltre, è importante notare che i materiali flessibili sono più suscettibili alle imperfezioni superficiali rispetto a quelli rigidi. Pertanto, è necessario prestare attenzione alla tempistica quando si procede alla levigatura a vapore di parti in movimento o di pezzi con giunzioni, per evitare di compromettere l’integrità delle giunzioni o di causare incollamenti a causa dell’eccessiva esposizione ai vapori.

La vibrofinitura, invece, è adatta a una gamma più ampia di parti stampate in 3D rispetto al Vapor Smoothing, in quanto può essere adattata alle esigenze individuali, alle proprietà dei materiali e alla struttura della parte scegliendo abrasivi e metodi diversi. A condizione che il processo sia sempre eseguito in modo professionale da un esperto, la vibrofinitura è adatta a quasi tutte le parti stampate in 3D. Tuttavia, la vibrofinitura può comportare una perdita di geometria del componente. Ad esempio, gli angoli e le punte del componente possono arrotondarsi troppo e perdere la loro forma, cosa che non accade con la levigatura a vapore. Infine, la vibrofinitura richiede talvolta ulteriori procedure di asciugatura, che prolungano il processo.

Campi di applicazione

Il Vapor Smoothing è una tecnica utilizzata in settori come quello medicale, automobilistico e aerospaziale, che consente di ottenere parti impermeabili, resistenti ai batteri e prive di sostanze chimiche. Quando si parla di vibrofinitura, sono soprattutto l’industria medica, automobilistica e sportiva a trarre vantaggio da questa tecnica. In ognuno di essi, è di grande importanza avere superfici lisce, soprattutto sulle parti metalliche, per garantire processi funzionanti e condizioni di sicurezza. Tuttavia, sia la levigatura a vapore che la vibrofinitura possono essere applicate durante l’intero ciclo di sviluppo del prodotto, dai modelli concettuali ai prototipi fino ai prodotti finali, e trovano ampia applicazione in vari settori, come quello medico, automobilistico e dei beni di consumo. I pezzi lavorati con il processo di vibrofinitura sono, ad esempio, parti di automobili per l’industria automobilistica o lame di pattini e attrezzature per il fitness per l’industria sportiva. Inoltre, gioielli e posate sono trattati con vibrofinitura per i consumatori. Un esempio per cui i pezzi levigati al vapore sono spesso utilizzati nell’industria automobilistica è quello dei componenti interni di un veicolo, come cruscotti, maniglie delle porte ed elementi della console centrale. La levigatura a vapore viene utilizzata anche per le parti di aerei nell’industria aerospaziale, ad esempio per le ali, i condotti dell’aria e le parti del motore.

La levigatura a vapore è comunemente applicata alle parti di aeroplani nell’industria aerospaziale (Foto: Fast Radius)

Fornitori e prezzi

Diversi fornitori di servizi, ad esempio SPALECK GmbH, VibraFinish o Rohde AG, offrono servizi di vibrofinitura sia per clienti privati che per aziende. Per quanto riguarda il Vapor Smoothing, Xometry, AMT, DyeMansion, ProtoLabs e Hubs sono importanti fornitori di servizi che offrono servizi di levigatura a vapore con una specifica macchina di post-processing o in base al materiale. 3Faktur, un’azienda tedesca, offre servizi di Vapor Smoothing e di vibrofinitura. Macchine per il Vapor Smoothing come la linea PostPro3D di AMT e la serie Powerfuse S sono soluzioni fornite da Xometry e DyeMansion, mentre ProtoLabs e Hubs lavorano rispettivamente con materiali SLS e MJF HPA 12, PA 12 e MJF Ultrasint™ TPU-01.

Per quanto riguarda la vibrofinitura, le macchine industriali di grandi dimensioni di produttori come Walther Trowal, AVAtec o Garant vanno da circa 17.000 a 20.000 euro. Gli abrasivi variano tra i 20 e i 40 euro per 2 kg e anche i composti ammontano a circa 20 – 40 euro per 5 litri. Il prezzo varia in modo significativo a seconda della quantità e delle dimensioni dei pezzi da lavorare. Per quanto riguarda il Vapor Smoothing, il costo del servizio per levigare un singolo pezzo può variare da 4 a 14 euro a seconda della complessità del pezzo, anche se molti produttori spesso forniscono il servizio solo come parte di un pacchetto di 10 pezzi o più. L’acquisto di un’unità di levigatura a vapore costa circa 11.000 – 33.000 euro a seconda del luogo, del produttore e della qualità.

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