精通3D打印后处理：全面指南

3D打印已在全球范围内彻底改变了制造业、原型制作和设计。虽然打印过程本身令人着迷，但真正的魔力通常在于后处理阶段。本综合指南将深入探讨3D打印后处理的世界，涵盖适用于各种材料和打印技术的关键技术、最佳实践和高级方法。

为什么后处理很重要？

后处理是指在3D打印件离开打印机后对其进行的一系列操作。这些步骤至关重要，原因如下：

• 改善美观：原始的3D打印件通常会出现层纹、支撑痕迹和总体粗糙的表面。后处理可以优化部件的外观。
• 增强功能：后处理可以改善部件的机械性能，例如其强度、耐用性以及耐热性或耐化学性。
• 达到特定公差：某些应用需要非常精确的尺寸。后处理技术有助于实现这些严格的公差。
• 表面处理要求：根据应用，可能需要特定的表面处理（例如，光滑、哑光、光泽）。
• 移除支撑结构：许多3D打印工艺需要支撑结构来构建复杂的几何形状。打印后必须移除这些支撑。

常见的3D打印技术及其后处理需求

所需的具体后处理步骤在很大程度上取决于所使用的3D打印技术。以下是常见技术及其典型后处理流程的细分：

熔融沉积成型 (FDM)

FDM，也称为熔融纤维制造 (FFF)，是一种广泛使用的技术，通过逐层挤出熔化的塑料丝材。常见的材料包括 PLA、ABS、PETG 和尼龙。

典型的 FDM 后处理步骤：

• 支撑移除：通常，移除支撑结构是第一步。这可以通过钳子、刀或专用支撑移除工具手动完成。对于可溶性支撑材料（例如 PVA），可以将部件浸入水中以溶解支撑。
• 打磨：打磨用于平滑层纹和去除瑕疵。从粗砂纸（例如 120-180 目）开始，然后逐渐换用更细的砂纸（例如 400-600 目），以获得更光滑的表面。
• 填补：可用环氧腻子或专用 3D 打印填料填补间隙和瑕疵。
• 底漆：底漆有助于为喷漆创造一个光滑、均匀的表面。
• 喷漆：喷漆可以为部件增加颜色、细节和保护。使用专为塑料设计的油漆。
• 涂层：涂覆透明涂层或密封剂可以保护油漆并增加光泽或哑光效果。

示例：为 Raspberry Pi 后处理 FDM 打印的 ABS 外壳

想象一下，您已经使用 ABS 丝材为 Raspberry Pi 打印了一个外壳。该过程将包括： 1. 支撑移除：用钳子或锋利的刀小心地移除支撑结构。 2. 打磨：从 180 目砂纸开始去除明显的层纹，然后换用 320 目和 400 目砂纸以获得更光滑的表面。重点打磨可见的外表面。 3. 填补（可选）：如果存在任何小间隙或瑕疵，请用 ABS 浆（在丙酮中溶解的 ABS 丝材）进行填补。让其完全干燥。 4. 底漆：喷涂一层薄而均匀的塑料底漆。让其完全干燥。 5. 喷漆：使用专为塑料设计的喷漆，喷涂两到三层您想要的颜色。在喷下一层之前，让每一层都完全干燥。 6. 透明涂层（可选）：喷涂透明涂层以保护油漆并提供光泽效果。

立体光刻 (SLA) 和数字光处理 (DLP)

SLA 和 DLP 是基于树脂的 3D 打印技术，它们使用光来固化液态树脂。这些技术提供高分辨率和光滑的表面处理，使其适用于精细部件。

典型的 SLA/DLP 后处理步骤：

• 清洗：打印后，必须在异丙醇 (IPA) 或专用树脂清洁剂中清洗部件，以去除未固化的树脂。
• 固化：部件通常在紫外线 (UV) 下固化，以使树脂完全硬化并改善其机械性能。
• 支撑移除：支撑通常用剪刀或锋利的刀手动移除。
• 打磨：可能需要轻微打磨以去除支撑痕迹或瑕疵。
• 抛光：抛光可以增强表面处理并产生光泽外观。
• 涂层：可以施加涂层以提高耐化学性或添加保护层。

示例：后处理 SLA 打印的微缩人偶

假设您使用 SLA 打印机 3D 打印了一个高度精细的微缩人偶。后处理将包括： 1. 清洗：将人偶浸入 IPA 中 10-20 分钟，轻轻晃动以去除未固化的树脂。使用软刷清洁难以触及的区域。 2. 固化：将人偶放入 UV 固化箱中，根据所用树脂的推荐时间，通常为 30-60 分钟。 3. 支撑移除：用锋利的剪刀或模型刀小心地剪掉支撑结构，注意不要损坏精细的细节。 4. 打磨（可选）：如有必要，用非常细的砂纸（例如 600-800 目）轻微打磨任何残留的支撑痕迹。 5. 喷漆（可选）：用丙烯颜料进行底漆和喷漆，使其栩栩如生。 6. 透明涂层（可选）：喷涂透明涂层以保护油漆并增加光泽或哑光效果。

选择性激光烧结 (SLS)

SLS 是一种粉末床熔融 3D 打印技术，它使用激光将粉末颗粒熔合在一起。材料包括尼龙、TPU 和其他聚合物。

典型的 SLS 后处理步骤：

• 去粉：从部件上清除未烧结的粉末是主要的后处理步骤。这可以通过压缩空气、刷子或自动去粉系统来完成。
• 喷砂：喷砂可以平滑表面并去除任何残留的粉末。
• 染色：SLS 部件可以染色以增加颜色。
• 涂层：可以施加涂层以提高耐化学性、防水性或其他性能。

示例：后处理 SLS 打印的尼龙支架

设想您使用 SLS 为工业应用打印了一个尼龙支架。后处理将包括： 1. 去粉：使用压缩空气和刷子小心地清除支架上的未烧结粉末。确保彻底清洁所有内部腔体。 2. 喷砂：喷砂处理支架以平滑表面并去除任何残留的粉末颗粒。使用细砂介质以获得均匀的表面处理。 3. 染色（可选）：如果需要，将支架染成特定颜色以用于识别或美学目的。 4. 涂层（可选）：根据应用要求，施加保护涂层以提高耐化学性或防水性。

选择性激光熔化 (SLM) 和直接金属激光烧结 (DMLS)

SLM 和 DMLS 是金属 3D 打印技术，它们使用激光将金属粉末熔合在一起。材料包括铝、钛、不锈钢和镍合金。

典型的 SLM/DMLS 后处理步骤：

• 支撑移除：支撑通常使用线切割 (EDM) 或机械加工来移除。
• 热处理：热处理可以缓解应力并改善部件的机械性能。
• 机械加工：为达到精确的尺寸和表面处理可能需要进行机械加工。
• 表面精加工：抛光、研磨或喷砂等表面精加工技术可以改善表面质量。
• 热等静压 (HIP)：HIP 可以减少孔隙率并提高部件的密度。

示例：后处理 DMLS 打印的钛植入物

考虑一个使用 DMLS 为医疗应用创建的钛植入物。后处理包括： 1. 支撑移除：使用线切割移除支撑结构，以最大程度地减少对植入物的应力和损坏。 2. 热处理：对植入物进行热处理，以缓解残余应力并改善其机械性能，确保生物相容性和结构完整性。 3. 机械加工（可选）：精确加工植入物的关键区域，以达到所需的尺寸和表面处理，从而实现最佳的贴合度和功能。 4. 表面精加工：抛光或钝化表面，以创建光滑、生物相容的表面，促进骨整合（骨骼在植入物周围生长）。 5. HIP（可选）：利用 HIP 进一步减少任何残留的孔隙率并提高植入物的密度，从而提高其强度和抗疲劳性。

详细的后处理技术

支撑移除

移除支撑结构是许多 3D 打印后处理流程中的一个基本步骤。最佳方法取决于支撑材料、部件几何形状和所需的表面处理。

• 手动移除：使用钳子、切刀和刀等工具小心地移除支撑物。慢慢来，避免损坏部件。
• 可溶性支撑：将可溶性支撑材料溶解在水中或专用溶剂中。这是一种清洁有效的方法，适用于复杂的几何形状。
• 易断支撑：这些支撑设计为易于折断。

打磨

打磨是用于平滑表面和去除层纹的关键技术。关键在于从粗砂开始，然后逐渐换用更细的砂纸。

• 湿打磨：湿打磨有助于防止砂纸堵塞并产生更光滑的表面。使用肥皂水。
• 电动打磨：电动打磨器可以加快打磨过程，但要注意不要过热塑料。
• 粉尘收集：始终佩戴口罩并在通风良好的区域工作，以避免吸入打磨粉尘。

填补

填补用于修复 3D 打印部件中的间隙、瑕疵和接缝。有几种类型的填料可供选择：

• 环氧腻子：环氧腻子是一种多功能填料，可用于各种材料。
• 3D 打印填料：专用填料专为 3D 打印部件设计，通常与部件的材料特性相匹配。
• ABS 浆：ABS 浆（在丙酮中溶解的 ABS 丝材）可用于填补 ABS 部件中的间隙。

底漆

底漆可为喷漆创造一个光滑、均匀的表面，并有助于油漆更好地附着在塑料上。选择与塑料材料兼容的底漆。

• 喷涂底漆：喷涂底漆易于涂抹并提供均匀的覆盖。
• 刷涂底漆：刷涂底漆可用于精细区域。

喷漆

喷漆为 3D 打印部件增添颜色、细节和保护。使用专为塑料设计的油漆。丙烯颜料是一个受欢迎的选择。

• 喷漆：喷漆可提供光滑、均匀的表面。喷涂多层薄漆，而不是一层厚漆。
• 刷涂：刷涂可用于精细区域。
• 喷枪：喷枪可提供最佳控制，并允许复杂的图案和渐变。

涂层

涂层为油漆增加了一层保护，并可以提供光泽、哑光或缎面效果。涂层还可以提高耐化学性和防水性。

• 透明涂层：透明涂层可保护油漆并提供光泽或哑光效果。
• 环氧涂层：环氧涂层提供出色的耐化学性和防水性。

蒸汽平滑

蒸汽平滑是一种使用化学蒸气熔化 3D 打印部件表面的技术，从而产生光滑、光泽的表面。该技术常用于 ABS 和其他可溶性塑料。注意：蒸汽平滑涉及潜在的危险化学品，应在采取适当的安全预防措施和通风的情况下进行。

抛光

抛光用于在 3D 打印部件上产生光滑、光泽的表面。这项技术常用于基于树脂的打印件。

• 手工抛光：使用抛光布和抛光剂来平滑表面。
• 机械抛光：使用旋转工具和抛光附件等工具来加快此过程。

高级后处理技术

电镀

电镀是一种将薄金属层涂覆在 3D 打印部件上的工艺。这可以改善部件的外观、耐用性和导电性。

粉末涂层

粉末涂层是一种将干粉涂料应用于 3D 打印部件的工艺。然后通过加热固化粉末，从而形成耐用、均匀的表面。这通常用于金属 3D 打印部件。

表面纹理处理

表面纹理处理可以为 3D 打印部件增添独特的美学和功能特性。技术包括：

• 喷砂：产生哑光效果。
• 激光蚀刻：添加复杂的图案和设计。

安全注意事项

后处理可能涉及危险材料和工具。请务必遵循以下安全预防措施：

• 佩戴适当的个人防护装备 (PPE)，包括手套、口罩和护目镜。
• 在通风良好的区域工作。
• 遵循所有材料和工具的制造商说明。
• 妥善处理废弃材料。

选择合适的后处理技术

特定 3D 打印部件的最佳后处理技术取决于几个因素：

• 材料：不同的材料需要不同的后处理技术。
• 打印技术：所使用的打印技术将影响表面处理和需要移除的支撑类型。
• 应用：部件的预期用途将决定所需的精加工和功能水平。
• 预算：一些后处理技术比其他技术更昂贵。

后处理应用的全球案例

• 医疗植入物（欧洲）：欧洲公司使用 HIP 和特殊涂层等先进的后处理技术来制造生物相容且耐用的 3D 打印医疗植入物。后处理确保植入物符合严格的安全和性能法规要求。
• 汽车原型（北美）：北美汽车制造商使用 FDM 和 SLA 3D 打印技术进行快速原型制作。打磨、填补和喷漆等后处理对于创建可用于设计验证和营销目的的逼真原型至关重要。
• 消费电子产品（亚洲）：在亚洲，公司利用 3D 打印技术制造定制的消费电子产品外壳。蒸汽平滑和电镀等后处理用于实现高品质的表面处理，以满足市场的审美需求。
• 航空航天部件（澳大利亚）：澳大利亚航空航天公司正在利用金属 3D 打印技术生产轻质化和复杂化的部件。热处理和机械加工等后处理步骤对于确保部件满足严格的航空航天强度和耐用性标准至关重要。

结论

掌握 3D 打印后处理对于充分发挥增材制造的潜力至关重要。通过了解各种技术及其应用，您可以创建不仅功能齐全，而且外观精美并为实际使用做好准备的部件。无论您是业余爱好者、设计师还是制造商，投资于后处理知识和技能都将显著提高您的 3D 打印作品的质量和价值。随着 3D 打印技术的不断发展，后处理技术也将不断发展，为全球各行各业的创新和定制提供更多可能性。