蒸汽平滑：3D打印中有效的表面處理工藝!
時間：2023-08-02 16:51 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
導讀：蒸汽平滑能夠將粗糙的分層表面轉變為光滑的表面，成為3D打印領域一種重要的后處理技術。隨著3D打印零件需求的增長，實現高質量的表面光潔度至關重要。3D打印物體的后處理技術可以起到增強美觀和提高機械性能的作用。通過解決3D打印中可見層線和粗糙表面的常見問題，蒸汽平滑是實現專業品質結果的有效選擇。那么什么是3D打印中的蒸汽平滑技術呢？其特點和優勢有什么呢？
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，也稱為“化學蒸汽平滑”、“蒸汽拋光”或“蒸汽融合”，將打印部件暴露在蒸發的溶劑中，有助于消除3D打印零件的表面層線。
該過程中使用的化學蒸氣與材料表面發生反應，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，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，可為3D打印增加顯著的價值。該技術廣泛應用于汽車和航空航天行業，這些行業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（左）和蒸汽熔融（右）
蒸汽平滑如何發揮作用？
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現平滑的表面光潔度。它采用整理劑和受控化學熔化來實現所需的結果，在此過程中保持適當的溫度和壓力可以獲得想要的效果，并且能夠避免對工件造成損壞。
△3D 打印蒸汽平滑過程圖示
以下是有關全自動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，以在零件周圍產生蒸汽。保持溫度和壓力控制對于確保蒸汽均勻分布在表面上至關重要。
第 3 步 -蒸汽附著在零件表面，形成受控的化學熔化物。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 -化學熔化還增強了材料的光澤和光澤。光澤增強的程度取決于加工參數和整理劑。
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去除任何材料。
第 6 步 -平滑處理完成后，工件可以進行二次處理，如染色、噴漆或任何其他表面處理。
可用的技術和材料類型
蒸汽平滑廣泛應用于各種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可以與染色相結合，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，能夠生產具有復雜幾何形狀的復雜零件。然而，隨著技術的發展，提高打印部件的表面光潔度仍然是一個挑戰。這就是這種后處理技術顯著增強 3D 打印零件表面效果的地方。其主要優點如下所示。
●改善表面光潔度
與表面粗糙度通常大于 8 μm Ra 的標準 SLS 零件相比，化學氣相平滑可以實現低于 3 μm Ra 閾值的表面光潔度。
●增強性能
改進的表面光潔度會極大地影響打印零件的機械性能。在增材制造方面，表面粗糙度直接影響零件的拉伸強度、斷裂伸長率和彎曲性能。不良的表面光潔度會產生應力集中并縮短零件的疲勞壽命，導致零件過早失效。
●耐濕性
這種表面光潔度顯著降低了零件表面的吸濕性。水分會導致零件降解并影響其機械性能。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
該工藝最顯著的優點之一是它能夠打磨非視距特征，可以到達傳統拋光或打磨方法無法到達的深凹處和內部空腔。因此，具有復雜幾何形狀的零件仍然可以獲得高質量的表面光潔度。
●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，同時提高其表面光潔度。與傳統的機械加工或打磨工藝不同，蒸汽拋光不會造成磨損，并且可以保持部件的原始形狀，而傳統的機械加工或打磨工藝可能會導致打印部件變形或改變尺寸。這對于需要嚴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 零件應遵循的設計技巧
在為打印后將進行蒸汽平滑的零件設計 CAD 文件時，可以使用以下設計技巧，確保零件變得美觀：
●包括連接兩個曲面的圓角、曲線、邊線或直線以創建圓角邊緣，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角的幾何形狀，因為這些部件會積聚化學物質并阻礙平滑過程的有效性。
●確保進行適當的表面處理，包括在蒸汽平滑之前進行噴砂和清潔，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。
●設計具有足夠質量的零件，以允許更長的暴露于蒸汽的時間。薄切片可能難以保持熱量。
●在具有復雜特征的區域使用支撐結構，以確保它們在平滑過程中不會變形。
蒸汽平滑的應用
蒸汽拋光是一種強大的精加工工藝，可以顯著提高 3D 打印的性能和美觀度。該技術可用于創建優質的最終用途零件的一些應用如下：
●醫療設備：定制醫療設備需要高精度、耐用性和生物相容性。蒸汽平滑可以制造光滑、無孔、易于清潔的醫療部件，這些部件佩戴舒適且防汗。
●可穿戴設備：可穿戴技術是一個不斷增長的市場，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的嚴格要求。
●流體流動組件：流體傳輸和處理組件需要高精度、防漏操作且易于維護。蒸汽平滑可以創建液體儲存器和儲液罐、流體傳輸管道和歧管以及具有光滑和密封表面的管道，以防止細菌生長，使其成為皮膚和食品接觸環境的理想選擇。
●汽車和工業機械：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，其中一個半球經過蒸汽平滑處理（右），另一個經過標準表面處理（左）
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，也稱為“化學蒸汽平滑”、“蒸汽拋光”或“蒸汽融合”，將打印部件暴露在蒸發的溶劑中，有助于消除3D打印零件的表面層線。
該過程中使用的化學蒸氣與材料表面發生反應，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，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，可為3D打印增加顯著的價值。該技術廣泛應用于汽車和航空航天行業，這些行業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（左）和蒸汽熔融（右）
蒸汽平滑如何發揮作用？
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現平滑的表面光潔度。它采用整理劑和受控化學熔化來實現所需的結果，在此過程中保持適當的溫度和壓力可以獲得想要的效果，并且能夠避免對工件造成損壞。
△3D 打印蒸汽平滑過程圖示
以下是有關全自動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，以在零件周圍產生蒸汽。保持溫度和壓力控制對于確保蒸汽均勻分布在表面上至關重要。
第 3 步 -蒸汽附著在零件表面，形成受控的化學熔化物。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 -化學熔化還增強了材料的光澤和光澤。光澤增強的程度取決于加工參數和整理劑。
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去除任何材料。
第 6 步 -平滑處理完成后，工件可以進行二次處理，如染色、噴漆或任何其他表面處理。
可用的技術和材料類型
蒸汽平滑廣泛應用于各種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可以與染色相結合，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，能夠生產具有復雜幾何形狀的復雜零件。然而，隨著技術的發展，提高打印部件的表面光潔度仍然是一個挑戰。這就是這種后處理技術顯著增強 3D 打印零件表面效果的地方。其主要優點如下所示。
●改善表面光潔度
與表面粗糙度通常大于 8 μm Ra 的標準 SLS 零件相比，化學氣相平滑可以實現低于 3 μm Ra 閾值的表面光潔度。
●增強性能
改進的表面光潔度會極大地影響打印零件的機械性能。在增材制造方面，表面粗糙度直接影響零件的拉伸強度、斷裂伸長率和彎曲性能。不良的表面光潔度會產生應力集中并縮短零件的疲勞壽命，導致零件過早失效。
●耐濕性
這種表面光潔度顯著降低了零件表面的吸濕性。水分會導致零件降解并影響其機械性能。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
該工藝最顯著的優點之一是它能夠打磨非視距特征，可以到達傳統拋光或打磨方法無法到達的深凹處和內部空腔。因此，具有復雜幾何形狀的零件仍然可以獲得高質量的表面光潔度。
●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，同時提高其表面光潔度。與傳統的機械加工或打磨工藝不同，蒸汽拋光不會造成磨損，并且可以保持部件的原始形狀，而傳統的機械加工或打磨工藝可能會導致打印部件變形或改變尺寸。這對于需要嚴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 零件應遵循的設計技巧
在為打印后將進行蒸汽平滑的零件設計 CAD 文件時，可以使用以下設計技巧，確保零件變得美觀：
●包括連接兩個曲面的圓角、曲線、邊線或直線以創建圓角邊緣，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角的幾何形狀，因為這些部件會積聚化學物質并阻礙平滑過程的有效性。
●確保進行適當的表面處理，包括在蒸汽平滑之前進行噴砂和清潔，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。
●設計具有足夠質量的零件，以允許更長的暴露于蒸汽的時間。薄切片可能難以保持熱量。
●在具有復雜特征的區域使用支撐結構，以確保它們在平滑過程中不會變形。
蒸汽平滑的應用
蒸汽拋光是一種強大的精加工工藝，可以顯著提高 3D 打印的性能和美觀度。該技術可用于創建優質的最終用途零件的一些應用如下：
●醫療設備：定制醫療設備需要高精度、耐用性和生物相容性。蒸汽平滑可以制造光滑、無孔、易于清潔的醫療部件，這些部件佩戴舒適且防汗。
●可穿戴設備：可穿戴技術是一個不斷增長的市場，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的嚴格要求。
●流體流動組件：流體傳輸和處理組件需要高精度、防漏操作且易于維護。蒸汽平滑可以創建液體儲存器和儲液罐、流體傳輸管道和歧管以及具有光滑和密封表面的管道，以防止細菌生長，使其成為皮膚和食品接觸環境的理想選擇。
●汽車和工業機械：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，其中一個半球經過蒸汽平滑處理（右），另一個經過標準表面處理（左）
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