采用工业 3D 打印的增材制造：后处理成功策略

增材制造 (AM) 零件在离开打印床或离开构建室时很少是完整的。以下是五种让它们更实用、更美观且更准确的策略。

尽管工业 3D 打印机制造商尽了最大的努力，但从他们的机器中出来的塑料或金属部件通常需要额外的工作才能被认为完成。

成品零件生产中的这一步骤被称为后处理，它在增材制造领域是必不可少的。

它包括机械加工、热处理、磨削和其他研磨工艺。它还涉及涂装和电镀等精加工操作，以及我们将更深入讨论的更深奥的技术。

层、支撑和精度

对 3D 打印零件进行后处理的原因有很多。

首先，这些部件中的大多数都是由金属、塑料或复合材料的薄纸层制成的。与平装书的边缘不同，印刷部分的表面具有明显的阶梯状外观，根据其应用和美观要求，在使用前必须使其光滑。
 

去除粗糙的表面还有助于消除可能导致开裂的应力升高，这是承重零件的重要考虑因素。

大多数 3D 打印部件在构建过程中需要临时支撑。这些类似支架的结构有助于防止层和部分向上卷曲或向下下垂（取决于 AM 工艺），并将热引起的翘曲降至最低。部件完成后，必须移除这些支撑结构，通常是通过机械或研磨方式 - 正如您将看到的那样，有时温水浴也可以。

最后但同样重要的是部分准确性。尽管其巨大的设计自由度以及它为坚固而轻巧的零件带来的机会，3D 打印还不是很准确，至少按照传统的制造标准是这样。已经描述了要应对的表面粗糙度，以及平整度、圆度和所有其他方面。因此，必须对孔进行铰孔或钻孔，将轴颈转正，将安装表面磨平。这就是为什么许多 3D 打印零件（当然还有那些由金属制成的零件）在打印后需要前往机加工车间。

3D 打印后处理成功的策略

幸运的是，许多设备公司——以及 3D 打印机制造商本身——正在采取措施解决这些 AM 缺陷。

随着产量的增加和添加剂发展成为主流工艺，这项工作将变得更加重要。尽管二次加工永远不会消失（减材制造商也意识到这一点），但这些公司至少会让那些以打印零件为生的人生活更轻松。

Bernie Kerschbaum 是这样一家公司的首席执行官：Rosler Metal Finishing USA，该公司位于密歇根州的巴特尔克里克。 Kerschbaum 建议，产品设计师和制造商都应该在 3D 打印零件的后处理方面做好功课，最好是在打印开始之前很久。

“没有人提供一刀切的精加工技术，而且很多时候它也不是单一的工艺，”Kerschbaum 说。

他提供了一个洗发水瓶的 3D 打印原型示例，他在几年前帮助一家大型消费品客户制作了一个洗发水瓶原型，该原型需要大量的振动精加工才能获得与其塑料注塑成型生产对应物相同的外观和感觉。其他零件需要湿式或干式喷砂以平整粗糙表面，而有些则需要多次精加工才能达到所需的光滑度。用染料或油漆着色也很常见，抛光、表面研磨和保护涂层的应用也是如此。

Kerschbaum 继续列出在执行这些和其他后处理操作之前所需的各种步骤。

这些包括在粘合剂喷射和粉末床打印机的情况下从“蛋糕”中取出工件。从部件表面去除支撑结构和松散或烧结粉末，以及平滑和清洁内部通道。如果数量允许，这些操作中的每一个都可以使用公司的各种 AM Solutions 品牌生产系统之一以自动化方式执行，或者以老式方式完成：繁琐的手工打磨、平滑和抛光。

Kerschbaum 说：“很多时候，您一开始的表面光洁度非常粗糙，但根据客户的需求，我们可以毫不费力地将其降低到十几岁甚至个位数的 Ra。” “事实证明，对于增材制造零件，喷丸和大规模精加工是非常有效且经济的工艺。”

对于聚合物零件的后处理，德克萨斯州 Cedar Park 的增材制造技术 (AMT) Inc. 执行副总裁 Luis Folgar 提供了一种替代方案：他的公司的自动化 PostPro 3D 和 PostPro SF50 系统之一。

两者都使用“使用安全、相对便宜且最重要的是可持续”的专有化学蒸汽来平滑使用粉末床、多喷射融合和基于挤压的技术打印的零件表面。

候选聚合物包括尼龙、ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯）、PC（聚碳酸酯）、聚丙烯、TPU（热塑性聚氨酯）和 TPE（热塑性弹性体）、Ultem 和玻璃或碳填充材料，“带有 PEEK（聚醚醚酮）和 PAEK （聚芳醚酮）即将上线，”Folgar 说。

他补充说，零件表面光洁度可以低至 1 μm Ra（40 μin Ra），尺寸退化不超过 0.4%，减少表面孔隙率和开裂，并增强成品零件的颜色特性。与 Rosler 和其他供应商一样，AMT 还提供自动除粉和抛丸系统。

Felipe Castañeda 是位于纽约布鲁克林的 MakerBot 的工业设计师和创意总监，该公司是 Stratasys 的子公司。他指出，对于使用 FFF（熔丝制造）制造的零件，在打印后去除支撑结构的最有效方法之一是使用可溶解材料。

其中第一个是 PVA（聚乙烯醇），一种柔软的、可生物降解的聚合物，当暴露在温热的自来水中时会融化 - 只需将成品部件放入，晃动几分钟，就可以得到一个无支撑部件。这适用于 PLA（聚乳酸）和 PETG（聚对苯二甲酸乙二醇酯）等较软的材料，但对于 ABS 等“更复杂的聚合物”，MakerBot 支持使用 Stratasys 的 SR-30。

与 PVA 一样，它溶于水，但需要少量的 NaOH（苛性钠或碱液）和稍高的温度。这些中的每一个都在打印过程中应用，沉积头根据需要在工件和支撑材料之间自动切换。

这些和其他可溶性材料的美妙之处在于能够为复杂零件特别是内部几何形状创建支撑结构，否则这些零件将很难通过机械方式去除。

另一种选择是印刷所谓的分离支撑。在这里，大部分支撑是用与工件相同的材料打印的，PVA 或 SR-30 仅应用于零件及其支撑连接的地方。移除过程是相同的，但由于打印头不需要经常在材料之间切换，它加快了构建过程。

“它还缩短了溶解所需的时间，因此对于许多部件来说，它提供了一种两全其美的方法，”Castañeda 说。

正如一开始提到的，还有机加工、磨削以及在金属零件的情况下，要考虑热处理，如果需要的话，可以用来减轻内部零件应力和硬化工件。

因为大多数 3D 打印过程中使用的金属与锻造或铸造金属基本相同，所以这里没有任何魔法——只需锯或电火花线切割脱离构建板的部分，将其夹紧并进行切割。

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