为赋予3D打印部件精致的表面效果,工程领域采用了多种工业化精加工技术,包括涂层、喷砂及手工处理等工艺。尽管3D打印能够制造复杂结构,但初始打印件往往存在表面粗糙、层纹明显的问题,尤其在熔融沉积建模(FDM)工艺中更为突出。因此,后处理成为提升部件品质的关键环节,可通过材料增减操作平滑未完工表面的粗糙度。本文系统介绍并对比当前主流的两种表面精加工工艺——蒸汽平滑与振动精抛光,解析其流程、优势及局限性。
一、蒸汽平滑工艺
蒸汽平滑(Vapor Smoothing),又称化学蒸汽平滑处理,是一种通过蒸发溶剂环境实现表面处理的技术。工业级蒸汽平滑需将单个或多个部件悬挂于密闭腔体内,确保最大程度暴露于处理环境。化学溶剂混合物(如FA 326)被注入并雾化至腔体中,在部件表面凝结并硬化,通过可控熔融过程消除表面缺陷。随着腔体温度升高,残留溶剂蒸发并回收,最终部件获得防水性能,同时保留原有尺寸精度、内腔结构及材料体积。
为实现最优处理效果,建议采用专为3D打印蒸汽平滑设计的工业级设备,并在严格控制的条件下完成操作。对于DIY爱好者,可使用丙酮或乙醇作为替代溶剂(此时工艺称为溶剂浸渍),但需严格遵守安全规范并配备防护设备。
二、振动精抛光工艺
与蒸汽平滑不同,振动精抛光无需依赖化学试剂完成表面处理,而是通过研磨介质的机械作用提升部件表面质量。该工艺将多个3D打印件置于振动桶中,桶内填充选定类型的研磨介质及含润滑成分的化合物液体。设备启动后,桶体振动促使介质与部件产生摩擦,通过减材方式温和去除表层材料,从而改善表面粗糙度。
振动精抛光需专用设备支持,并提供两种操作模式:振动法与翻滚法。其中,振动法更适用于体积较大、细节较少的部件,可快速达成表面优化目标。
关键工艺参数
- 研磨介质选择
- 陶瓷磨料:在去毛刺及实现高光泽表面方面表现优异,高密度特性使其可承受高压,适用于不锈钢、金属及塑料部件加工。
- 塑料磨料:适用于柔软或精细表面的温和处理,常见形状包括金字塔形、圆锥形,另有Walther Trowal开发的乳头形磨料,专用于超小型精细零件的复杂区域处理。
- 钢磨料:多为球形结构,材料去除量极小,适用于金属(如银、铝)部件的抛光及清洁,确保表面无划痕。
- 润滑化合物作用
润滑液(化合物)可吸附并带走摩擦产生的碎屑,同时清洁脱脂部件表面。针对金属部件,可选择酸性化合物进行酸洗处理。 - 干燥处理方案
- 振动干燥机:将部件与加热干燥介质(如玉米芯粉、坚果壳粉或木块)共同置于振动环境中完成干燥。
- 带式干燥机:适用于含内部通道或孔洞的复杂、精密部件,通过热风循环系统实现均匀干燥。
三、工艺时效性对比
两种工艺的处理时间因部件数量及复杂度而异,通常在10分钟至数小时之间。蒸汽平滑的时效性更依赖溶剂与材料的反应速度,而振动精抛光则受研磨介质类型及振动频率的影响显著。
综上,蒸汽平滑与振动精抛光分别通过化学熔融与机械研磨机制实现表面优化,适用于不同材料类型及应用场景:蒸汽平滑在保持尺寸精度方面优势突出,而振动精抛光则通过介质可控性提供更灵活的表面处理方案。