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�的表��,，成�?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,。通過解決3D打印中可見層線和粗糙表面的常見問題,，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)熔化來實(shí)現(xiàn)所需的結(jié)果,，在此過程中保持適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫�可以獲得想要的效果,，并且能夠避免對(duì)工件造成損壞。


△3D 打印蒸汽平滑過程圖示

以下是有關(guān)全自動(dòng)平滑過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,。這種熔化通過液化和重新分布材料來減少表面的峰和谷,，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,。工件沒有任何殘留物,，并且在此過程中不會(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�過程中不會(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)過蒸汽平滑處理（右），另一個(gè)經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)表面處理（左）