Lasikuulapuhallus muovimateriaaleille – materiaalin rakenne ratkaisee lopputuloksen
Voiko 3D-tulostettujen ja polyeteenipohjaisten muovien pintaa todella parantaa lasikuulapuhalluksella? Opinnäytetyössäni tutkittiin viiden erilaisen muovin käyttäytymistä pintakäsittelyssä ja tulokset osoittivat, kuinka ratkaisevasti materiaalin omat ominaisuudet vaikuttavat käsittelyn onnistumiseen.
Lasikuulapuhallusta käytetään laajalti metallien ja kovien materiaalien viimeistelyssä, mutta muovien kohdalla sen vaikutuksista tiedetään huomattavasti vähemmän. Tämän vuoksi tutkimuksessa selvitettiin, miten lasikuulapuhallus muuttaa sekä 3D-tulostetun hartsin, että polyeteenipohjaisten muovien karheutta ja pintamuotoa. Tarkastelu perustui tarkkoihin ennen ja jälkeen mittauksiin samoista pisteistä, jotta pintojen muutokset voitiin todentaa sekä numeerisesti että kolmiulotteisina pintatopografioina. Mittaukset suoritettiin Bruker Alicona InfiniteFocus G6-laitteella, joka tuottaa tarkan 3D-mallin pinnanmuodoista ilman kosketusta.
Tutkittavat materiaalit ja lähtöpintojen erot
Tutkimukseen valittiin viisi erilaista materiaalia, jotka olivat Nexa3D xMODEL15-hartsi sekä polyeteenipohjaiset HDPE Circo + oleiinihappo, LDPE Circo + oleiinihappo, LDPE Eltex + oleiinihappo ja HYA-600 + oleiinihappo. Materiaalit erosivat toisistaan rakenteensa, jäykkyytensä ja elastisuutensa osalta, mikä vaikuttaa siihen, miten ne reagoivat mekaaniseen pintakäsittelyyn.
Jo ennen pintakäsittelyä materiaalien välillä havaittiin merkittäviä eroja. xMODEL15-hartsi oli lähtötilanteessa selvästi karkeapintaisin, mikä johtui 3D-tulostuksen kerroksellisesta rakenteesta. Polyeteeneissä pinnat olivat tasaisempia, mutta niissä esiintyi yksittäisiä syvempiä piirteitä. HYA-600 oli silein materiaaleista, mikä näkyi pienimpinä karheusparametreinä. Tämä muodostikin selkeän vertailupohjan puhalluksen vaikutusten arvioinnille.
Pinnan muutokset lasikuulapuhalluksessa
Lasikuulapuhallus aiheutti materiaaleissa hyvin erilaisia muutoksia. xMODEL15-hartsi osoitti merkittävimmän parannuksen pinnan karheudessa. xMODEL15:n pinnan karheus pieneni tasaisesti kaikilla mittareilla. Keskimääräinen karheus laski noin neljänneksen, ääriarvot madaltuivat yli 60 %, ja myös arealainen karheus pieneni selvästi. Pinta tasoittui kauttaaltaan ilman, että sen perusmuoto häiriintyi, mikä kertoo hartsin kyvystä vastaanottaa pintaa pyöristävä vaikutus tehokkaasti.
Polyeteenimateriaalien käyttäminen oli vaihtelevampaa. HDPE Circossa keskimääräinen karheus pieneni hieman, mutta arealinen karheus kasvoi, mikä viittaa hienojakoisen mikrotekstuurin muodostumiseen. LDPE Circossa keskimääräinen karheus muuttui vain vähän, mutta ääriarvot kasvoivat, mikä kertoo yksittäisten syvien piirteiden korostumisesta pintakäsittelyn jälkeen. LDPE Eltex tasoitti ääripiirteitä, mutta samalla Ra- ja Sa-arvot kasvoivat, jolloin pinta muuttui kauttaaltaan karheammaksi ja appelsiinimaisemmaksi. HYA-600 karkeutui selvästi kaikilla mittareilla, mikä on tyypillistä pehmeille polymeereille, joissa lasikuulapuhallus ei pyöristä vaan muovaa pintaa epätasaisemmaksi.
Johtopäätökset
Tulosten perusteella lasikuulapuhallus ei ole kaikille muovimateriaaleille sopiva menetelmä, ainakaan samoilla puhallusparametreilla. Ainoastaan xMODEL15-hartsi hyötyi selkeästi pintakäsittelystä, kun taas polyeteenien tulokset vaihtelivat lievästi tasoittumisesta selvään karheutumiseen. Tämä osoittaa, että pintakäsittelyn onnistuminen riippuu vahvasti materiaalin mekaanisista ja kemiallisista omineisuuksista. Pehmeät ja elastiset materiaalit eivät reagoi puhalluksen samalla tavalla kuin jäykät jo kovapintaiset materiaalit.
Käytännön soveltamisen kannalta tulokset tarjoavat selkeitä suuntaviivoja. Jos tavoitteena on pinnan siloittaminen, lasikuulapuhallus toimii erinomaisesti hartsipohjaisiin materiaaleihin. Polyeteenien kohdalla prosessia on optimoitava materiaalikohtaisesti esimerkiksi säätämällä puhalluspainetta, käsittelyaikaa tai suuttimen etäisyyttä. HYA-600-materiaalia ei tulostuksen perusteella kannata käsitellä lasikuulapuhalluksella nykyisillä asetuksilla, mikäli halutaan parantaa pinnan laatua. Yhteenvetona voidaan todeta, että sama pintakäsittely voi tuottaa joko selkeää tasoittumista tai voimakasta teksturoitumista riippuen materiaalista, mikä korostaa pintakäsittelyparametrien ja materiaalirakenteen yhteisvaikutusta.