蒸汽平滑：3D 打印中有效的表面處理工藝!

導(dǎo)讀：蒸汽平滑能夠?qū)⒋植诘姆謱颖砻孓D(zhuǎn)變?yōu)楣饣谋砻妫蔀?D打印領(lǐng)域一種重要的后處理技術(shù)。隨著3D打印零件需求的增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的表面光潔度至關(guān)重要。3D打印物體的后處理技術(shù)可以起到增強(qiáng)美觀和提高機(jī)械性能的作用。通過(guò)解決3D打印中可見(jiàn)層線和粗糙表面的常見(jiàn)問(wèn)題，蒸汽平滑是實(shí)現(xiàn)專業(yè)品質(zhì)結(jié)果的有效選擇。那么什么是3D打印中的蒸汽平滑技術(shù)呢？其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)有什么呢？

什么是 3D 打印中的蒸汽平滑？
蒸汽平滑是 3D 打印的一種精加工技術(shù)，也稱為“化學(xué)蒸汽平滑”、“蒸汽拋光”或“蒸汽融合”，將打印部件暴露在蒸發(fā)的溶劑中，有助于消除3D打印零件的表面層線。

該過(guò)程中使用的化學(xué)蒸氣與材料表面發(fā)生反應(yīng)，材料熔化并部分溶解，從而獲得更光滑的表面。通過(guò)使用這種技術(shù)，3D打印零件可以獲得光滑有光澤的表面。蒸汽平滑可以被視為一種出色的精加工選項(xiàng)，可為3D打印增加顯著的價(jià)值。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車和航空航天行業(yè)，這些行業(yè)的零件必須盡可能光滑和完美，以獲得最佳功能和美觀。


△MJF PA 12 3D 打印的比較：打印狀態(tài)（左）和蒸汽熔融（右）

蒸汽平滑如何發(fā)揮作用？
蒸汽平滑是一種高效的方法，無(wú)需去除任何材料即可在各種材料上實(shí)現(xiàn)平滑的表面光潔度。它采用整理劑和受控化學(xué)熔化來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的結(jié)果，在此過(guò)程中保持適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫梢垣@得想要的效果，并且能夠避免對(duì)工件造成損壞。


△3D 打印蒸汽平滑過(guò)程圖示

以下是有關(guān)全自動(dòng)平滑過(guò)程如何工作的分步指南：

第 1 步 - 將工件放入帶有精加工劑（通常為 FA 326）的密封處理室中。該精加工劑通常用于各種塑料材料，但根據(jù)所處理的材料，可以使用不同的精加工劑。

第 2 步 - 將工件放入平滑室中，將試劑加熱至特定溫度，以在零件周圍產(chǎn)生蒸汽。保持溫度和壓力控制對(duì)于確保蒸汽均勻分布在表面上至關(guān)重要。

第 3 步 -蒸汽附著在零件表面，形成受控的化學(xué)熔化物。這種熔化通過(guò)液化和重新分布材料來(lái)減少表面的峰和谷，從而形成更光滑的表面。

第 4 步 -化學(xué)熔化還增強(qiáng)了材料的光澤和光澤。光澤增強(qiáng)的程度取決于加工參數(shù)和整理劑。

第 5 步 -一旦試劑完成其工作，平滑室被加熱以除去蒸汽和整理劑，然后將其收集在桶中。工件沒(méi)有任何殘留物，并且在此過(guò)程中不會(huì)去除任何材料。

第 6 步 -平滑處理完成后，工件可以進(jìn)行二次處理，如染色、噴漆或任何其他表面處理。

可用的技術(shù)和材料類型
蒸汽平滑廣泛應(yīng)用于各種3D打印材料中，包括聚合物和彈性體，最常用的是PA 12和PA 11。蒸汽熔融后處理技術(shù)可以與染色相結(jié)合，以獲得光滑且彩色的部件表面。


△蒸汽平滑彩色 SLS 和 MJF 零件

蒸汽平滑的好處
3D 打印徹底改變了制造業(yè)，能夠生產(chǎn)具有復(fù)雜幾何形狀的復(fù)雜零件。然而，隨著技術(shù)的發(fā)展，提高打印部件的表面光潔度仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。這就是這種后處理技術(shù)顯著增強(qiáng) 3D 打印零件表面效果的地方。其主要優(yōu)點(diǎn)如下所示。

●改善表面光潔度
與表面粗糙度通常大于 8 μm Ra 的標(biāo)準(zhǔn) SLS 零件相比，化學(xué)氣相平滑可以實(shí)現(xiàn)低于 3 μm Ra 閾值的表面光潔度。

●增強(qiáng)性能
改進(jìn)的表面光潔度會(huì)極大地影響打印零件的機(jī)械性能。在增材制造方面，表面粗糙度直接影響零件的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和彎曲性能。不良的表面光潔度會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中并縮短零件的疲勞壽命，導(dǎo)致零件過(guò)早失效。

●耐濕性
這種表面光潔度顯著降低了零件表面的吸濕性。水分會(huì)導(dǎo)致零件降解并影響其機(jī)械性能。通過(guò)密封部件的表面，蒸汽平滑可防止吸濕，使打印部件更加耐用。

●非視距功能
該工藝最顯著的優(yōu)點(diǎn)之一是它能夠打磨非視距特征，可以到達(dá)傳統(tǒng)拋光或打磨方法無(wú)法到達(dá)的深凹處和內(nèi)部空腔。因此，具有復(fù)雜幾何形狀的零件仍然可以獲得高質(zhì)量的表面光潔度。

●尺寸精度
蒸汽平滑可以保留打印部件的幾何形狀和尺寸精度，同時(shí)提高其表面光潔度。與傳統(tǒng)的機(jī)械加工或打磨工藝不同，蒸汽拋光不會(huì)造成磨損，并且可以保持部件的原始形狀，而傳統(tǒng)的機(jī)械加工或打磨工藝可能會(huì)導(dǎo)致打印部件變形或改變尺寸。這對(duì)于需要嚴(yán)格尺寸公差的高精度零件尤其重要。


△采用 SLS 打印的蒸汽熔融黑色染色 PA 12 部件

蒸汽平滑 3D 零件應(yīng)遵循的設(shè)計(jì)技巧
在為打印后將進(jìn)行蒸汽平滑的零件設(shè)計(jì) CAD 文件時(shí)，可以使用以下設(shè)計(jì)技巧，確保零件變得美觀：

●包括連接兩個(gè)曲面的圓角、曲線、邊線或直線以創(chuàng)建圓角邊緣，這使得平滑過(guò)程更加有效和均勻。
●避免使用具有銳邊或尖銳內(nèi)角的幾何形狀，因?yàn)檫@些部件會(huì)積聚化學(xué)物質(zhì)并阻礙平滑過(guò)程的有效性。
●確保進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?，包括在蒸汽平滑之前進(jìn)行噴砂和清潔，以使蒸汽均勻地沉積在表面上。
●保持壁厚均勻，讓蒸汽更均勻地滲透到部件中，從而保證光滑的表面紋理。
●設(shè)計(jì)具有足夠質(zhì)量的零件，以允許更長(zhǎng)的暴露于蒸汽的時(shí)間。薄切片可能難以保持熱量。
●在具有復(fù)雜特征的區(qū)域使用支撐結(jié)構(gòu)，以確保它們?cè)谄交^(guò)程中不會(huì)變形。

蒸汽平滑的應(yīng)用
蒸汽拋光是一種強(qiáng)大的精加工工藝，可以顯著提高 3D 打印的性能和美觀度。該技術(shù)可用于創(chuàng)建優(yōu)質(zhì)的最終用途零件的一些應(yīng)用如下：

●醫(yī)療設(shè)備：定制醫(yī)療設(shè)備需要高精度、耐用性和生物相容性。蒸汽平滑可以制造光滑、無(wú)孔、易于清潔的醫(yī)療部件，這些部件佩戴舒適且防汗。
●可穿戴設(shè)備：可穿戴技術(shù)是一個(gè)不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)，需要輕便、耐用和舒適的組件。蒸汽平滑 3D 打印可以提供高品質(zhì)的美觀性和耐磨性。憑借觸感柔軟的飾面、易于清潔的表面和集成功能，采用這些飾面的定制耐磨部件可以滿足行業(yè)的嚴(yán)格要求。
●流體流動(dòng)組件：流體傳輸和處理組件需要高精度、防漏操作且易于維護(hù)。蒸汽平滑可以創(chuàng)建液體儲(chǔ)存器和儲(chǔ)液罐、流體傳輸管道和歧管以及具有光滑和密封表面的管道，以防止細(xì)菌生長(zhǎng)，使其成為皮膚和食品接觸環(huán)境的理想選擇。
●汽車和工業(yè)機(jī)械：蒸汽平滑是一種理想的精加工工藝，適用于閥蓋、油底殼和其他必須防漏和耐腐蝕的關(guān)鍵部件。這些部件的光滑、觸感和耐用表面可以改善其美觀性并提供更多功能。


△HP MJF 3D 打印部件組裝成球體。兩者均染成黑色，其中一個(gè)半球經(jīng)過(guò)蒸汽平滑處理（右），另一個(gè)經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)表面處理（左）