后處理，尤其是表面精加工目前仍然是增材制造的主要挑戰(zhàn)之一。表面對力學性能（例如零件的疲勞性和功能性）有很大影響。零件打印完從粉床中取來時，很少能直接做為最終產(chǎn)品使用。

現(xiàn)在有各種各樣的表面處理方式可供選擇，并且在不斷增加。如何選擇合適的處理方式以及何時進行可以為增材制造零件帶來許多新機會。

在考慮使用不同的精加工技術(shù)之前，需要知道增材制造零件可以獲得什么樣的表面質(zhì)量。

我們與德國弗萊堡理工大學的增材制造部門負責人合作，使用三種不同的方法進行表面后處理，并針對不同打印角度的表面粗糙度進行了分析：

·        噴砂

·        離心研磨

·        等離子電解拋光

先在小測試樣件（使用 EOS StainlessSteel 316L 在 EOS M 290 上打印）上評估了打印完成后表面的狀態(tài)以及表面精加工的影響，最后將其應(yīng)用于實際的應(yīng)用部件。

在 3D 打印之后，預期可以得到什么樣的表面粗糙度？

根據(jù)不同的打印角度，會獲得不同的表面質(zhì)量。經(jīng) 316L 零件分析表明，打印后可以預期的平均粗糙度（Ra）可以在 5 到 45 μm之間。可以清楚地看到上表面和下表面之間的差異。

導致表面質(zhì)量差異的原因有很多。其中一個主要影響因素是用于特定區(qū)域的曝光策略類型。對于這些部分，可以清楚區(qū)分側(cè)表面、上表面和下表面。

即使朝上的表面通常比朝下的表面具有更好的表面質(zhì)量，但由于階梯效應(yīng)和表面上的熔化顆粒，特別是平坦的上表面通常呈現(xiàn)出更高的粗糙度值。

對于下表面區(qū)域幾乎也是同樣的情況，因為疊加的材料在表面熔化時，局部位置傳導熱能的材料更少，這會導致更高的粗糙度。

對于某些小角度，經(jīng)常使用支撐件來改善傳熱和可建造性，并避免零件變形。需要去除支撐物，并且由于支撐結(jié)構(gòu)的殘留物殘留在表面上，通常會導致較高的表面粗糙度。這種顆粒以及熔化的顆粒會從零件表面突出到 200-500μm，這會大大增加表面粗糙度。

結(jié)果顯示零件的整體表面質(zhì)量可能非常不均勻。表面的不均勻性可能增加后期精加工的困難程度，與較粗糙表面（如下表面和支撐區(qū)域的表面）相比，已經(jīng)較光滑的表面（如上表面）可以更快地精加工到所需狀態(tài)。

因此通常需要對表面精加工過程采用更具選擇性的方法，或者對不同的精加工方法進行智能組合。

如何有效降低表面粗糙度？

噴砂

噴砂是 3D 打印零件的最初表面處理步驟之一。通常，噴砂用于清除表面殘留的粉末顆粒，使表面光滑或改變零件的外觀。在某些方面，噴砂步驟可用作使零件表面均勻化的初始步驟，以減少下表面和上表面之間的粗糙度差異。

有許多不同的介質(zhì)可用于噴砂的，形狀、大小和材料不同。在這項研究中，使用了常用的噴砂介質(zhì)：

• 果殼
• 玻璃珠
• 碳化硅
• 陶瓷
  
  

噴砂后的表面粗糙度

噴砂后的結(jié)果可能會因所使用的噴砂介質(zhì)而異，對比如下：

除果殼外，其他使用的噴砂介質(zhì)都可將上表面和側(cè)表面粗糙度降低 30％ 至 65％。在下表面和支撐區(qū)域，效果更顯著。以陶瓷為例，即使在支撐角度下，下表面粗糙度也降低了近 80％。

使用噴砂作為初始精加工步驟，已經(jīng)可以減少大部分粗糙度，尤其是在下表面區(qū)域。因此，這也是其他表面處理必不可少的第一步。

離心研磨

該工藝被廣泛用于金屬零件的拋光，可用于多種用途，例如去毛刺、研磨或拋光。離心研磨的介質(zhì)通常在材料、形狀和大小上各異，并且通常在多步過程中進行組合。在這項研究中，采用單步研磨介質(zhì)來快速降低粗糙度。

離心研磨時，通?？梢栽谙蛏匣虼怪北砻嫔陷p松實現(xiàn) Ra <1 μm 的粗糙度，但是在下表面區(qū)域中，該過程可能需要相當長的時間才能去除支撐結(jié)構(gòu)上的所有下表面或殘留物。

例如，正常的下表面區(qū)域在處理 180 分鐘后，可以達到 Ra <4 μm 的值，而支撐區(qū)域中的表面仍然明顯較粗糙。為了縮小最佳和最差表面之間的差距，可以預先進行噴砂獲得更均勻的精加工結(jié)果。

噴砂已經(jīng)去除了一些凸起表面，并獲得了更均勻的表面，因此，通過離心研磨去除的材料更少，不但節(jié)省了時間而且獲得了更好的處理結(jié)果。

等離子電解拋光

第三種精加工工藝 — 等離子電解拋光（PeP）。這是一種電化學過程，在零件表面形成的等離子層內(nèi)通過不同化學反應(yīng)的結(jié)合來去除材料。與傳統(tǒng)的電化學拋光相比，該工藝使用水和特殊鹽作為電解質(zhì)代替酸。

等離子拋光產(chǎn)生非常光滑和干凈的表面，因此非常適合作為最后的精加工步驟。

類似前面提到的，僅通過等離子拋光就可以實現(xiàn)非常好的表面光潔度，但是可能需要一些時間才能自行去除所有的下表面粗糙度。為了加快該過程，可以再次將噴砂作為第一步。這樣就可以將下表面區(qū)域的處理時間縮短至幾分鐘，即使在加支撐的下表面上也可以達到 Ra <4 μm。

該過程不必僅與噴砂結(jié)合使用。它也可以用作離心研磨零件的最后修整步驟，在幾分鐘內(nèi)實現(xiàn)良好的光澤效果。如果將所有三個步驟組合在一起，則即使在下表面區(qū)域中的表面粗糙度也可以減小到 Ra <1 μm。

復雜零件的精加工

由于前面提到的結(jié)果可能會根據(jù)幾何形狀而有所不同，因此這些技術(shù)需要同樣適用于更復雜的零件上。為此，在工業(yè)、海事或石油和天然氣應(yīng)用中可以找到小型用 316L 打印的螺旋槳。該零件的表面光潔度要求是 Ra <3.2 μm。

如果現(xiàn)在結(jié)合這三個過程的優(yōu)點，并將其應(yīng)用于一臺螺旋槳：

• 噴砂 – 表面質(zhì)量更均勻
• 離心研磨 – 去除粗糙凸起物
• 等離子電解拋光（PeP）– 實現(xiàn)清潔和光滑的表面
  
  

經(jīng)過 4 小時的總處理時間，在上表面和下表面的總體表面粗糙度為 Ra = 1-3 μm。

表面質(zhì)量和外觀會根據(jù) 3D 打印的角度而變化。為了獲得最佳結(jié)果，需要了解初始表面質(zhì)量的變化以及表面處理技術(shù)之間的差異。

通過這項研究表明，噴砂工藝具有很大的潛力，可以作為第一步來降低不同打印角度尤其是選擇性的降低下表面區(qū)域的粗糙度變化，其中可以將粗糙度降低多達 80％。通過離心研磨和等離子電解拋光，可以將表面處理至小于 Ra = 1 μm 的值，并具有良好的光澤度。

但是，在多數(shù)情況下，沒有單一的解決方案能實現(xiàn)最終的復雜零件表面處理。通過不同處理方式的智能組合可以帶來最佳結(jié)果。

本文系轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸原作者所有；旨在傳遞信息，不代表3D打印資源庫的觀點和立場。如需轉(zhuǎn)載請聯(lián)系原作者，如有任何疑問，請聯(lián)系kefu@3dzyk.cn。

后處理，尤其是表面精加工目前仍然是增材制造的主要挑戰(zhàn)之一。表面對力學性能（例如零件的疲勞性和功能性）有很大影響。零件打印完從粉床中取來時，很少能直接做為最終產(chǎn)品使用。

現(xiàn)在有各種各樣的表面處理方式可供選擇，并且在不斷增加。如何選擇合適的處理方式以及何時進行可以為增材制造零件帶來許多新機會。

在考慮使用不同的精加工技術(shù)之前，需要知道增材制造零件可以獲得什么樣的表面質(zhì)量。

我們與德國弗萊堡理工大學的增材制造部門負責人合作，使用三種不同的方法進行表面后處理，并針對不同打印角度的表面粗糙度進行了分析：

·        噴砂

·        離心研磨

·        等離子電解拋光

先在小測試樣件（使用 EOS StainlessSteel 316L 在 EOS M 290 上打印）上評估了打印完成后表面的狀態(tài)以及表面精加工的影響，最后將其應(yīng)用于實際的應(yīng)用部件。

在 3D 打印之后，預期可以得到什么樣的表面粗糙度？

根據(jù)不同的打印角度，會獲得不同的表面質(zhì)量。經(jīng) 316L 零件分析表明，打印后可以預期的平均粗糙度（Ra）可以在 5 到 45 μm之間。可以清楚地看到上表面和下表面之間的差異。

導致表面質(zhì)量差異的原因有很多。其中一個主要影響因素是用于特定區(qū)域的曝光策略類型。對于這些部分，可以清楚區(qū)分側(cè)表面、上表面和下表面。

即使朝上的表面通常比朝下的表面具有更好的表面質(zhì)量，但由于階梯效應(yīng)和表面上的熔化顆粒，特別是平坦的上表面通常呈現(xiàn)出更高的粗糙度值。

對于下表面區(qū)域幾乎也是同樣的情況，因為疊加的材料在表面熔化時，局部位置傳導熱能的材料更少，這會導致更高的粗糙度。

對于某些小角度，經(jīng)常使用支撐件來改善傳熱和可建造性，并避免零件變形。需要去除支撐物，并且由于支撐結(jié)構(gòu)的殘留物殘留在表面上，通常會導致較高的表面粗糙度。這種顆粒以及熔化的顆粒會從零件表面突出到 200-500μm，這會大大增加表面粗糙度。

結(jié)果顯示零件的整體表面質(zhì)量可能非常不均勻。表面的不均勻性可能增加后期精加工的困難程度，與較粗糙表面（如下表面和支撐區(qū)域的表面）相比，已經(jīng)較光滑的表面（如上表面）可以更快地精加工到所需狀態(tài)。

因此通常需要對表面精加工過程采用更具選擇性的方法，或者對不同的精加工方法進行智能組合。

如何有效降低表面粗糙度？

噴砂

噴砂是 3D 打印零件的最初表面處理步驟之一。通常，噴砂用于清除表面殘留的粉末顆粒，使表面光滑或改變零件的外觀。在某些方面，噴砂步驟可用作使零件表面均勻化的初始步驟，以減少下表面和上表面之間的粗糙度差異。

有許多不同的介質(zhì)可用于噴砂的，形狀、大小和材料不同。在這項研究中，使用了常用的噴砂介質(zhì)：

• 果殼
• 玻璃珠
• 碳化硅
• 陶瓷
  
  

噴砂后的表面粗糙度

噴砂后的結(jié)果可能會因所使用的噴砂介質(zhì)而異，對比如下：

除果殼外，其他使用的噴砂介質(zhì)都可將上表面和側(cè)表面粗糙度降低 30％ 至 65％。在下表面和支撐區(qū)域，效果更顯著。以陶瓷為例，即使在支撐角度下，下表面粗糙度也降低了近 80％。

使用噴砂作為初始精加工步驟，已經(jīng)可以減少大部分粗糙度，尤其是在下表面區(qū)域。因此，這也是其他表面處理必不可少的第一步。

離心研磨

該工藝被廣泛用于金屬零件的拋光，可用于多種用途，例如去毛刺、研磨或拋光。離心研磨的介質(zhì)通常在材料、形狀和大小上各異，并且通常在多步過程中進行組合。在這項研究中，采用單步研磨介質(zhì)來快速降低粗糙度。

離心研磨時，通?？梢栽谙蛏匣虼怪北砻嫔陷p松實現(xiàn) Ra <1 μm 的粗糙度，但是在下表面區(qū)域中，該過程可能需要相當長的時間才能去除支撐結(jié)構(gòu)上的所有下表面或殘留物。

例如，正常的下表面區(qū)域在處理 180 分鐘后，可以達到 Ra <4 μm 的值，而支撐區(qū)域中的表面仍然明顯較粗糙。為了縮小最佳和最差表面之間的差距，可以預先進行噴砂獲得更均勻的精加工結(jié)果。

噴砂已經(jīng)去除了一些凸起表面，并獲得了更均勻的表面，因此，通過離心研磨去除的材料更少，不但節(jié)省了時間而且獲得了更好的處理結(jié)果。

等離子電解拋光

第三種精加工工藝 — 等離子電解拋光（PeP）。這是一種電化學過程，在零件表面形成的等離子層內(nèi)通過不同化學反應(yīng)的結(jié)合來去除材料。與傳統(tǒng)的電化學拋光相比，該工藝使用水和特殊鹽作為電解質(zhì)代替酸。

等離子拋光產(chǎn)生非常光滑和干凈的表面，因此非常適合作為最后的精加工步驟。

類似前面提到的，僅通過等離子拋光就可以實現(xiàn)非常好的表面光潔度，但是可能需要一些時間才能自行去除所有的下表面粗糙度。為了加快該過程，可以再次將噴砂作為第一步。這樣就可以將下表面區(qū)域的處理時間縮短至幾分鐘，即使在加支撐的下表面上也可以達到 Ra <4 μm。

該過程不必僅與噴砂結(jié)合使用。它也可以用作離心研磨零件的最后修整步驟，在幾分鐘內(nèi)實現(xiàn)良好的光澤效果。如果將所有三個步驟組合在一起，則即使在下表面區(qū)域中的表面粗糙度也可以減小到 Ra <1 μm。

復雜零件的精加工

由于前面提到的結(jié)果可能會根據(jù)幾何形狀而有所不同，因此這些技術(shù)需要同樣適用于更復雜的零件上。為此，在工業(yè)、海事或石油和天然氣應(yīng)用中可以找到小型用 316L 打印的螺旋槳。該零件的表面光潔度要求是 Ra <3.2 μm。

如果現(xiàn)在結(jié)合這三個過程的優(yōu)點，并將其應(yīng)用于一臺螺旋槳：

• 噴砂 – 表面質(zhì)量更均勻
• 離心研磨 – 去除粗糙凸起物
• 等離子電解拋光（PeP）– 實現(xiàn)清潔和光滑的表面
  
  

經(jīng)過 4 小時的總處理時間，在上表面和下表面的總體表面粗糙度為 Ra = 1-3 μm。

表面質(zhì)量和外觀會根據(jù) 3D 打印的角度而變化。為了獲得最佳結(jié)果，需要了解初始表面質(zhì)量的變化以及表面處理技術(shù)之間的差異。

通過這項研究表明，噴砂工藝具有很大的潛力，可以作為第一步來降低不同打印角度尤其是選擇性的降低下表面區(qū)域的粗糙度變化，其中可以將粗糙度降低多達 80％。通過離心研磨和等離子電解拋光，可以將表面處理至小于 Ra = 1 μm 的值，并具有良好的光澤度。

但是，在多數(shù)情況下，沒有單一的解決方案能實現(xiàn)最終的復雜零件表面處理。通過不同處理方式的智能組合可以帶來最佳結(jié)果。

本文系轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸原作者所有；旨在傳遞信息，不代表3D打印資源庫的觀點和立場。如需轉(zhuǎn)載請聯(lián)系原作者，如有任何疑問，請聯(lián)系kefu@3dzyk.cn。