當(dāng)3D打印金屬零件完成打印后，只需將其從機(jī)器中拉出就可以開始使用，對(duì)嗎？ 差遠(yuǎn)了。

金屬3D打印 (AM) 部件本質(zhì)上是“焊接”到構(gòu)建板上的，我們需要借助切割工具將其拿下來。除此之外，3D打印的部件在準(zhǔn)備好使用之前仍需要系列后處理步驟。以下是與金屬3D打印后處理零件相關(guān)的方法和大家分享。

圖 1. 構(gòu)建完成后，金屬3D打印零件被埋入粉末床中（來源：賓夕法尼亞州立大學(xué) CIMP-3D）                

粉末去除：隨著新層被添加到頂部，3D打印部件在粉末床融合系統(tǒng)中“向下”構(gòu)建，這意味著部件在完成后被埋在粉末中。 在構(gòu)建完成并且零件/構(gòu)建板冷卻后，機(jī)器操作員必須從構(gòu)建工作臺(tái)中移除所有粉末并篩分/過濾/回收以供以后使用。 這是打印完的第一步操作，只需要人工成本，花些時(shí)間。

應(yīng)力消除：隨著零件逐層構(gòu)建，金屬的加熱和冷卻會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力，在將零件從構(gòu)建板上移除之前，必須消除內(nèi)部應(yīng)力。否則，零件可能會(huì)翹曲甚至破裂。 消除零件的應(yīng)力需要一個(gè)足夠大以適合整個(gè)構(gòu)建板的烤箱或熔爐。 許多人建議使用具有惰性環(huán)境的烘箱，以盡量減少零件表面的氧化。事實(shí)上大家更喜歡真空爐，但是它的成本要高得多。

圖 2. 使用帶鋸從構(gòu)建板上移除金屬3D打印零件（來源：Wesley Hart，Imperial Machine & Tool Co.）                

移除零件：大多數(shù)公司使用電火花線切割從構(gòu)建板上移除零件，這可能需要幾個(gè)小時(shí)，具體取決于零件的數(shù)量和尺寸。但是許多機(jī)械車間開始使用帶鋸，因?yàn)樗俣雀?，效率更高，往往可以在幾分鐘?nèi)完成任務(wù)。 請(qǐng)記住，鉻鎳鐵合金等材料在加工時(shí)會(huì)發(fā)生應(yīng)變硬化，因此很難僅用帶鋸將它們從構(gòu)建板上移除。

熱處理： 熱處理可以有效改善零件的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能，幾乎對(duì)所有3D打印金屬零件都是必需的。在許多情況下，此步驟還需要一個(gè)能夠調(diào)節(jié)溫度和冷卻時(shí)間的環(huán)境控制爐。熱處理可能會(huì)影響零件的尺寸，因此大多情況下是在加工/完成零件之前對(duì)零件進(jìn)行熱處理。

熱等靜壓： 許多航空航天公司開始使用熱等靜壓（HIP）代替熱處理，這在鑄造行業(yè)中經(jīng)常使用，以提高鑄件的疲勞壽命。HIP系統(tǒng)的成本遠(yuǎn)高于熔爐/烤箱，并且由于其運(yùn)行時(shí)的高壓（100 兆帕或更高）而具有自己的安全措施。如果對(duì)零件進(jìn)行了熱等靜壓，通常不需要再對(duì)其進(jìn)行熱處理。

圖 3. 加工金屬3D打印零件以滿足公差要求（來源：Christian Joest，Imperial Machine & Tool Co.）

機(jī)加工： 需要對(duì)配合面、表面、螺紋、支撐結(jié)構(gòu)等進(jìn)行機(jī)加工，以確保成品零件的尺寸精度。很少有3D打印零件符合“預(yù)期”的規(guī)格，這就需要后期的加工來保證模型的尺寸精度。但建立加工基準(zhǔn)可能很棘手，特別是對(duì)于使用3D打印制造的復(fù)雜、有機(jī)形狀的零件。進(jìn)入需要加工的內(nèi)部通道或冷卻通道也會(huì)增加成本，往往還需要特指的夾具。

表面處理： 還可能需要進(jìn)行表面處理以提高零件的表面光潔度/質(zhì)量、降低表面粗糙度、清潔內(nèi)部通道或去除零件上部分未熔化的顆粒。表面粗糙度對(duì)零件的靜態(tài)力學(xué)性能影響最大，關(guān)系到零件的耐磨性、耐蝕性和疲勞強(qiáng)度等。可采取機(jī)加工、化學(xué)腐蝕和噴丸等方式，但在一定程度上損傷了零件本身。

檢驗(yàn)和測試： 在后處理之后，可能需要在后處理過程中的多個(gè)點(diǎn)使用白光/藍(lán)光掃描、染料滲透檢測、超聲波檢測、計(jì)算機(jī)斷層掃描 (CT) 掃描等進(jìn)行計(jì)量、檢測和無損檢測。還可能需要對(duì)樣品部件進(jìn)行破壞性測試并分析試樣（例如拉伸棒）、粉末化學(xué)、材料微觀結(jié)構(gòu)等，以收集數(shù)據(jù)以幫助進(jìn)行工藝鑒定并最終進(jìn)行部件認(rèn)證。如果具有內(nèi)部通道、晶格結(jié)構(gòu)和其他內(nèi)部增強(qiáng)功能的3D打印零件可能還需要CT掃描以確保通道暢通、內(nèi)部幾何形狀評(píng)估等。

事實(shí)上，金屬3D打印比我們所想象的更加復(fù)雜，相對(duì)于樹脂或者塑料打印來說，它需要更多的后處理工藝來輔助完成，才能得到最終理想的成品零件。

當(dāng)3D打印金屬零件完成打印后，只需將其從機(jī)器中拉出就可以開始使用，對(duì)嗎？ 差遠(yuǎn)了。

金屬3D打印 (AM) 部件本質(zhì)上是“焊接”到構(gòu)建板上的，我們需要借助切割工具將其拿下來。除此之外，3D打印的部件在準(zhǔn)備好使用之前仍需要系列后處理步驟。以下是與金屬3D打印后處理零件相關(guān)的方法和大家分享。

圖 1. 構(gòu)建完成后，金屬3D打印零件被埋入粉末床中（來源：賓夕法尼亞州立大學(xué) CIMP-3D）                

粉末去除：隨著新層被添加到頂部，3D打印部件在粉末床融合系統(tǒng)中“向下”構(gòu)建，這意味著部件在完成后被埋在粉末中。 在構(gòu)建完成并且零件/構(gòu)建板冷卻后，機(jī)器操作員必須從構(gòu)建工作臺(tái)中移除所有粉末并篩分/過濾/回收以供以后使用。 這是打印完的第一步操作，只需要人工成本，花些時(shí)間。

應(yīng)力消除：隨著零件逐層構(gòu)建，金屬的加熱和冷卻會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力，在將零件從構(gòu)建板上移除之前，必須消除內(nèi)部應(yīng)力。否則，零件可能會(huì)翹曲甚至破裂。 消除零件的應(yīng)力需要一個(gè)足夠大以適合整個(gè)構(gòu)建板的烤箱或熔爐。 許多人建議使用具有惰性環(huán)境的烘箱，以盡量減少零件表面的氧化。事實(shí)上大家更喜歡真空爐，但是它的成本要高得多。

圖 2. 使用帶鋸從構(gòu)建板上移除金屬3D打印零件（來源：Wesley Hart，Imperial Machine & Tool Co.）                

移除零件：大多數(shù)公司使用電火花線切割從構(gòu)建板上移除零件，這可能需要幾個(gè)小時(shí)，具體取決于零件的數(shù)量和尺寸。但是許多機(jī)械車間開始使用帶鋸，因?yàn)樗俣雀?，效率更高，往往可以在幾分鐘?nèi)完成任務(wù)。 請(qǐng)記住，鉻鎳鐵合金等材料在加工時(shí)會(huì)發(fā)生應(yīng)變硬化，因此很難僅用帶鋸將它們從構(gòu)建板上移除。

熱處理： 熱處理可以有效改善零件的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能，幾乎對(duì)所有3D打印金屬零件都是必需的。在許多情況下，此步驟還需要一個(gè)能夠調(diào)節(jié)溫度和冷卻時(shí)間的環(huán)境控制爐。熱處理可能會(huì)影響零件的尺寸，因此大多情況下是在加工/完成零件之前對(duì)零件進(jìn)行熱處理。

熱等靜壓： 許多航空航天公司開始使用熱等靜壓（HIP）代替熱處理，這在鑄造行業(yè)中經(jīng)常使用，以提高鑄件的疲勞壽命。HIP系統(tǒng)的成本遠(yuǎn)高于熔爐/烤箱，并且由于其運(yùn)行時(shí)的高壓（100 兆帕或更高）而具有自己的安全措施。如果對(duì)零件進(jìn)行了熱等靜壓，通常不需要再對(duì)其進(jìn)行熱處理。

圖 3. 加工金屬3D打印零件以滿足公差要求（來源：Christian Joest，Imperial Machine & Tool Co.）

機(jī)加工： 需要對(duì)配合面、表面、螺紋、支撐結(jié)構(gòu)等進(jìn)行機(jī)加工，以確保成品零件的尺寸精度。很少有3D打印零件符合“預(yù)期”的規(guī)格，這就需要后期的加工來保證模型的尺寸精度。但建立加工基準(zhǔn)可能很棘手，特別是對(duì)于使用3D打印制造的復(fù)雜、有機(jī)形狀的零件。進(jìn)入需要加工的內(nèi)部通道或冷卻通道也會(huì)增加成本，往往還需要特指的夾具。

表面處理： 還可能需要進(jìn)行表面處理以提高零件的表面光潔度/質(zhì)量、降低表面粗糙度、清潔內(nèi)部通道或去除零件上部分未熔化的顆粒。表面粗糙度對(duì)零件的靜態(tài)力學(xué)性能影響最大，關(guān)系到零件的耐磨性、耐蝕性和疲勞強(qiáng)度等。可采取機(jī)加工、化學(xué)腐蝕和噴丸等方式，但在一定程度上損傷了零件本身。

檢驗(yàn)和測試： 在后處理之后，可能需要在后處理過程中的多個(gè)點(diǎn)使用白光/藍(lán)光掃描、染料滲透檢測、超聲波檢測、計(jì)算機(jī)斷層掃描 (CT) 掃描等進(jìn)行計(jì)量、檢測和無損檢測。還可能需要對(duì)樣品部件進(jìn)行破壞性測試并分析試樣（例如拉伸棒）、粉末化學(xué)、材料微觀結(jié)構(gòu)等，以收集數(shù)據(jù)以幫助進(jìn)行工藝鑒定并最終進(jìn)行部件認(rèn)證。如果具有內(nèi)部通道、晶格結(jié)構(gòu)和其他內(nèi)部增強(qiáng)功能的3D打印零件可能還需要CT掃描以確保通道暢通、內(nèi)部幾何形狀評(píng)估等。

事實(shí)上，金屬3D打印比我們所想象的更加復(fù)雜，相對(duì)于樹脂或者塑料打印來說，它需要更多的后處理工藝來輔助完成，才能得到最終理想的成品零件。