金屬3D打印的表面處理方法

導讀：增材制造中一項未解決的挑戰(zhàn)是表面處理和光潔度。

理論上，增材制造能夠自由創(chuàng)建復雜形狀，但實際上，表面光潔度通常需要設計約束。雖然提高金屬粉末質(zhì)量、優(yōu)化構建方向和工藝參數(shù)可以在一定程度上提高增材制造零件的表面質(zhì)量，但零件表面粗糙問題并不能完全解決。因此，對3D打印零件進行后處理是有必要的。目前主要的后處理方法包括精加工和機械加工。下面我們來仔細看看這些方法吧。

△金屬3D打印表面處理

精加工工藝

精加工方法主要包括手工拋光、噴砂或數(shù)控磨削。手工拋光質(zhì)量很大程度上取決于操作者的經(jīng)驗，重復性和一致性差，人工和時間成本高，并且拋光過程中產(chǎn)生的粉塵對人體健康有害。此外，噴砂和CNC磨削對內(nèi)表面復雜、多孔結構的零件加工可達性較差，因此一般用于零件外表面的清潔和拋光以及去除氧化層。

對于高表面質(zhì)量要求：Ra在0.8μm~1.6μm的復雜結構件，精加工工藝面臨很大挑戰(zhàn)。除上述方法外，還有形狀自適應磨削、激光拋光、化學拋光和磨粒流加工。

△電拋光醫(yī)療植入物

形狀自適應磨削

形狀自適應磨削 (SAG) 是一種用于自由曲面加工難加工材料（如陶瓷和硬金屬）的新工藝。盡管加工設備的設備剛度較低，但工具的半彈性可以實現(xiàn)具有高表面光潔度的延性模式磨削。據(jù)悉，有研究人員采用球形柔性磨頭的形狀自適應磨削方法對鈦合金3D打印零件的自由曲面進行拋光。通過粗拋和精拋去除增材制造表面的缺陷層，最終表面粗糙度Ra小于10nm。

激光拋光

激光拋光利用高能激光束再次熔化零件表面材料以降低表面粗糙度。目前，激光拋光零件的表面粗糙度Ra在2~3μm左右。由于激光拋光設備成本較高，在實際的3D打印后處理工藝中并未得到廣泛應用。

化學拋光

化學拋光的直接結果是微粗糙度平滑和拋光形成，以及上層的平行溶解。在小型增材制造中，去除中空結構或帶有中空結構零件表面松散易脫落的球狀層有顯著效果。通過化學拋光和電化學拋光，多孔植入物的表面粗糙度從6~12μm降低到0.2~1μm。

△復雜結構零件的磨料流拋光效果。

磨料流加工

磨料流加工 (AFM) 是一種內(nèi)表面精加工工藝，其特征在于使載有磨料的流體流過工件。這種流體通常非常粘稠，具有油灰或面團的稠度。AFM可以平滑和拋光粗糙表面，專門用于去除毛刺、拋光表面、形成半徑，甚至去除材料。AFM的性質(zhì)使其成為其他拋光或研磨工藝難以到達的內(nèi)表面、槽、孔、腔和其他區(qū)域的理想選擇。

粉末床融合技術可以實現(xiàn)所有金屬增材制造工藝中最好的表面質(zhì)量。除了上述精加工方法外，有時還需要對關鍵零件進行加工。這兩種后處理手段在3D打印模具應用中得到了廣泛的應用。讓我們期待未來會有更多簡單、有效的表面加工工藝出現(xiàn)！

參考閱讀：

A look at surface treatment methods for metal 3D printing