后處理技術(shù)可以改變 SLS 3D 打印部件的外觀、質(zhì)地和性能
選擇性激光燒結(jié) (Selective Laser Sintering, SLS) 3D 打印是一種久經(jīng)考驗(yàn)的制造技術(shù)，可使用多種高性能材料，在與先進(jìn)的后處理方法結(jié)合使用后，這些材料的性能和外觀可以進(jìn)一步提高。
閱讀本指南，了解 SLS 3D 打印部件的后處理基礎(chǔ)知識(shí)以及對(duì)打印件進(jìn)行平滑、涂層和上色處理的先進(jìn)方法。
SLS 后處理基礎(chǔ)知識(shí)
與其他基于粉末的增材制造技術(shù)相似，在打印結(jié)束后，必須清理掉 SLS 部件上多余的粉末。在部件打印完成并從 3D 打印機(jī)中取出后，需要進(jìn)行以下三個(gè)核心步驟：部件提取、粉末回收和介質(zhì)噴砂。
本節(jié)將介紹 Fuse 系列 SLS 3D 打印機(jī)、Fuse?Sift 粉末回收站以及 Fuse?Blast 介質(zhì)噴砂站。
第 1 步：部件提取
在開(kāi)始后處理之前，需要冷卻 SLS 打印件，例如在一次充分打包的 Fuse?1+?30W 成型中，冷卻過(guò)程可能會(huì)花費(fèi)多達(dá)一半的打印時(shí)間。Fuse 系列打印機(jī)配有觸摸屏，其中會(huì)顯示建議的冷卻時(shí)間。
此冷卻過(guò)程包括兩個(gè)階段。第一步是等待成型室溫度冷卻至 100℃ 或以下，此時(shí)可以將成型室從打印機(jī)中取出并移至 Fuse?Sift 中。行業(yè)領(lǐng)先的快速冷卻技術(shù)支持您在完成先前的打印任務(wù)后 1－2 小時(shí)內(nèi)開(kāi)始新的打印。
Fuse 系列打印機(jī)支持在打印任務(wù)完成 1－2 小時(shí)后取出成型室并移至 Fuse?Sift 中
冷卻過(guò)程的第二階段可以在成型室已經(jīng)轉(zhuǎn)移至 Fuse?Sift 的情況下進(jìn)行。冷卻完成后，即可開(kāi)始提取部件。Fuse?Sift 會(huì)將料塊從成型室中緩慢升高，便于您將燒結(jié)的部件與未燒結(jié)的粉末分離，同時(shí)風(fēng)扇會(huì)將所有分散的粉末收集至過(guò)濾器。在觸摸打印件時(shí)，未燒結(jié)的粉末會(huì)從打印件上脫落，露出已完成的打印件。
在使用 Fuse?Blast 時(shí)，操作人員只需 5 分鐘就可以在 Fuse?Sift 中將部件從料塊中取出，然后將仍然布滿粉末的部件放入滾磨籃中進(jìn)行清潔。如果使用其他介質(zhì)噴砂機(jī)，我們建議使用 Fuse?Sift 中隨附的刷子去除散粉和半燒結(jié)的 Surface?Armor，以免污染介質(zhì)。
Fuse?Sift 為取出打印件和回收粉末提供了一個(gè)安全高效的系統(tǒng)
第 2 步：粉末回收
Fuse 系列打印件上任何殘留的未燒結(jié)粉末均可回收并再次使用，從而可以減少浪費(fèi)并降低材料成本。Fuse?Sift 用于回收散粉，并將其與新粉末混合，以便在未來(lái)的打印中使用。新粉末的添加百分比稱為刷新率，并因不同制造商的機(jī)器、材料和打印環(huán)境而異。
第 3 步：介質(zhì)噴砂
將打印部件轉(zhuǎn)移至 Fuse?Blast，以便通過(guò)組合利用滾磨籃旋轉(zhuǎn)、壓縮空氣和研磨介質(zhì)去除粉末。
建議在完成基礎(chǔ)清潔后，進(jìn)行介質(zhì)噴砂處理（也稱為噴砂處理）以完全去除 SLS 部件的粉末。這在去除凹入特征處（刷子難以觸及）的半燒結(jié) Surface?Armor 時(shí)十分有用。
經(jīng)過(guò)介質(zhì)噴砂前的試件。部件凹入特征處存在一些未燒結(jié)粉末，導(dǎo)致邊緣不清晰
經(jīng)過(guò)介質(zhì)噴砂后的試件
Formlabs Fuse?Blast 是首款經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的自動(dòng)化介質(zhì)噴砂解決方案，既可完善 Fuse 系列 SLS 生態(tài)圈，也可以作為其他類(lèi)型粉末床熔融 3D 打印機(jī)的介質(zhì)噴砂機(jī)，且不受打印機(jī)類(lèi)型限制。
手動(dòng)介質(zhì)噴砂柜通常價(jià)格合理，但需要?jiǎng)邮植僮?，因此難以實(shí)現(xiàn)一致的完成效果
Fuse?Blast 以經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的價(jià)格和緊湊小巧的外形，解放您的雙手，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)級(jí) SLS 部件清潔流程
傳統(tǒng)的自動(dòng)噴砂解決方案非常昂貴、體積巨大，并且通常需要復(fù)雜的基礎(chǔ)設(shè)施
Fuse?Blast 組合利用滾磨籃旋轉(zhuǎn)、壓縮空氣和研磨介質(zhì)，可在短短 10 分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)部件清潔，并通過(guò)預(yù)編程程序確保效果始終如一。內(nèi)置離子化裝置可防止散粉重新沉降在部件上，從而提高部件潔凈度。
實(shí)現(xiàn)粉末清除和清潔過(guò)程的自動(dòng)化，不僅能節(jié)省時(shí)間以完成高價(jià)值任務(wù)，還能減少對(duì)操作人員身體的傷害以及對(duì)工作區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的損耗。Fuse?Blast 的附加拋光功能簡(jiǎn)化了過(guò)去的手動(dòng)操作工作流程，不再需要使用多臺(tái)機(jī)器，并能節(jié)省數(shù)小時(shí)的人工操作時(shí)間。
先進(jìn) SLS 后處理技術(shù)概覽
平滑、涂層和上色工藝可用于為 SLS 3D 打印部件增添機(jī)械優(yōu)勢(shì)和外觀優(yōu)化。每種工藝各有利弊，并能在不同程度上影響不同的材料性能。在考慮這些工作流程時(shí)，無(wú)論是將設(shè)備和技能引入內(nèi)部還是將其外包，都應(yīng)考慮相應(yīng)的資本成本和所需技能。
下方表格針對(duì) SLS 3D 打印部件，總結(jié)了各種先進(jìn)后處理技術(shù)的入門(mén)門(mén)檻和可能效果。
可以依次進(jìn)行這些步驟以實(shí)現(xiàn)多種性能。在本篇文章中，我們將分別討論每種方法。如果您對(duì)疊加使用后處理技術(shù)以實(shí)現(xiàn)特定結(jié)果感興趣，請(qǐng)聯(lián)系呈形，與我們交流并針對(duì)您的用例獲取咨詢服務(wù)。
SLS 部件的平滑方法
在完成清潔和介質(zhì)噴砂后，SLS 3D 打印部件將呈現(xiàn)有顆粒感的砂質(zhì)表面質(zhì)地。在此，我們會(huì)介紹以下三種表面平滑技術(shù)：介質(zhì)噴砂、振動(dòng)滾磨（輕柔去除材料）以及蒸汽平滑（為部件增添光澤感）。
期望在打印完成后立即得到光滑的部件？請(qǐng)考慮緊湊型 Form3+ 或大幅面 Form?3L 立體光固化 (SLA) 3D 打印機(jī)，該產(chǎn)品使用液態(tài)樹(shù)脂作為打印材料，且制作出來(lái)的部件自帶光滑的表面處理效果。
拋光
介質(zhì)拋光使用集中介質(zhì)束（如玻璃、沙子或塑料）來(lái)平滑表面，改善粗糙度和孔隙度。集中的介質(zhì)珠有效地平滑了導(dǎo)致 SLS 部件觸感粗糙的微觀脊，使部件表面光滑并消除了大部分表面孔隙。介質(zhì)拋光的效果與振動(dòng)滾磨類(lèi)似，但由于介質(zhì)集中在特定的表面上，拋光過(guò)程要快得多，F(xiàn)use?Blast 通常只需 15 分鐘，而振動(dòng)滾磨則需要 2 到 4 個(gè)小時(shí)。
通過(guò) Fuse?Blast 的可選拋光系統(tǒng)*升級(jí)，您可以使用一站式系統(tǒng)完成從清潔到表面處理的全過(guò)程。在 Fuse?Blast 中拋光部件，僅需一個(gè)步驟即可完成部件的清潔和表面處理，在短短 15 分鐘內(nèi)就能獲得不僅無(wú)粉末殘留的光滑耐磨部件，同時(shí)具有專(zhuān)業(yè)的半光澤表面效果。該步驟可以通過(guò)預(yù)先編程的程序自動(dòng)完成，也可以通過(guò)控制噴嘴并將其直接對(duì)準(zhǔn)部件來(lái)手動(dòng)處理精細(xì)或復(fù)雜部件。
借助可選的拋光附加組件，F(xiàn)use?Blast 可以提供具有光滑、半光澤表面效果的部件
振動(dòng)滾磨
振動(dòng)滾磨也稱為振動(dòng)拋光或介質(zhì)滾壓，是一種將 SLS 3D 打印部件與其他介質(zhì)一起放在滾筒中以平滑部件表面的后處理工藝。該工藝可以得到啞光甚至半光澤的表面處理效果，且觸感光滑。在實(shí)驗(yàn)中，我們觀察到部件的平均表面粗糙度降低了 80%。
振動(dòng)拋光機(jī)器配備有用于攪拌部件與介質(zhì)顆粒（如陶瓷片、塑料顆?；蚝颂覛さ扔袡C(jī)材料）的碗、桶或滾筒，以便輕柔研磨部件表面。機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)周期通常為兩到八小時(shí)，且在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)需技術(shù)人員監(jiān)督。
小型臺(tái)式振動(dòng)滾磨機(jī)的起售價(jià)為 100 美元，這對(duì)于任何制造環(huán)境都是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的選擇。較大的獨(dú)立式型號(hào)設(shè)備則更適合高產(chǎn)量生產(chǎn)，起售價(jià)約為 3000 美元。
下圖中的部件與陶瓷介質(zhì)共同在 Mr. Deburr 300DB 中滾磨了六小時(shí)。
振動(dòng)滾磨前后的試件。經(jīng)滾磨處理的部件會(huì)呈現(xiàn)出淺灰色的啞光表面質(zhì)地
蒸汽平滑
蒸汽平滑技術(shù)需將 SLS 3D 打印部件浸潤(rùn)在化學(xué)溶劑蒸汽中，從而控制 3D 打印材料的化學(xué)溶解、填充微小空腔并在部件周?chē)纬晒饣?、有光澤的殼體。尤其需要注意的是，平滑效果并不僅限于人眼可見(jiàn)的幾何結(jié)構(gòu)，因此該技術(shù)適合具有內(nèi)部通道或其他凹入特征的復(fù)雜部件。
提供蒸汽平滑設(shè)備和服務(wù)的提供商聲稱成品部件中的細(xì)菌滋生現(xiàn)象有所減少，甚至可以用部件安全地接觸食品。Formlabs 并未證實(shí)這些聲明，我們建議您與設(shè)備制造商進(jìn)行查證，以獲取詳細(xì)的安全信息。
蒸汽平滑設(shè)備十分昂貴，起售價(jià)為 60000 美元，因此小批量生產(chǎn)部件的企業(yè)更愿意將部件寄送至服務(wù)提供商處進(jìn)行蒸汽平滑處理。
下圖所示部件已在 DyeMansion 中使用專(zhuān)業(yè)混合蒸汽進(jìn)行了蒸汽平滑處理。AMT 也可提供蒸汽平滑設(shè)備和服務(wù)。
蒸汽平滑前后的試件。蒸汽平滑后的部件為黑色，外觀有光澤
SLS 部件的涂覆方法
在 3D 打印部件外表面增加一層功能性材料涂層，即可實(shí)現(xiàn) 3D 打印材料本身并不具有的附加性能。此類(lèi)性能包括提高強(qiáng)度、導(dǎo)電性或耐化學(xué)腐蝕性。SLS 3D 打印部件涂層有多種選擇，添加不同的涂層可能實(shí)現(xiàn)不同的性能。本節(jié)將簡(jiǎn)要介紹每種涂層及其適合的應(yīng)用。
金屬
可通過(guò)電鍍?yōu)?3D 打印部件添加金屬涂層，該工藝也稱為電解沉積。在此工藝中，首先應(yīng)在 3D 打印部件上噴涂一層導(dǎo)電噴霧，然后將其浸入電解池中，池中的電流會(huì)將金屬?gòu)脑床牧希?yáng)極）轉(zhuǎn)移到 3D 打印部件（陰極）表面上。
可以在部件表面電鍍包括鉻、鎳、鋅和鈦在內(nèi)的多種金屬。制造商有時(shí)會(huì)按順序分層添加多種金屬鍍層，以便在力學(xué)性能、電性能和外觀方面實(shí)現(xiàn)良好平衡。
盡管也可以在家中或利用 DIY 裝置對(duì) SLS 打印部件進(jìn)行電鍍，但經(jīng)驗(yàn)不足的用戶可能會(huì)接觸到有害化學(xué)品，且難以獲得高質(zhì)量的結(jié)果。對(duì)于所有結(jié)構(gòu)件，我們建議將部件寄送至專(zhuān)門(mén)的制造商處。
下圖中的部件由 RePliForm, Inc 進(jìn)行了鍍鎳處理。
電鍍前后的試件。電鍍部件為銀色，外觀有金屬光澤
陶瓷
Cerakote 等公司可通過(guò)直接向部件噴灑含有陶瓷添加劑的聚合物，在部件表面形成一薄層陶瓷涂層。盡管無(wú)需使用底漆，但需使用專(zhuān)用介質(zhì)對(duì)部件進(jìn)行徹底的介質(zhì)噴砂處理，并使用蠟和油脂去除劑進(jìn)行清潔，以確保部件表面無(wú)污染物殘留。Cerakote 可提供空氣固化和烘箱固化兩種方案。
陶瓷涂層屬于先進(jìn)后處理技術(shù)中性能最高的選擇。部件兼具出色的耐化學(xué)腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)有多種顏色可供選擇。Cerakote 還可提供具備耐腐蝕、低摩擦等特性的專(zhuān)業(yè)產(chǎn)品。
Cerakote 在旗下網(wǎng)站上列出了經(jīng)認(rèn)證的涂覆人員，同時(shí)可為希望將陶瓷涂層能力引入內(nèi)部的車(chē)間提供認(rèn)證服務(wù)。
下圖中的部件已由經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的涂覆人員添加了 Cerakote H-140 Bright White 涂層。
采用 Cerakote H-140 Bright White 涂層前后的試件。涂層部件呈現(xiàn)白色啞光外觀
粉末
粉末涂層需采用干法將聚合物以粉末形式施加于基體材料上。采用靜電應(yīng)用，并通過(guò)加熱、光照或兩者結(jié)合進(jìn)行固化。很多粉末涂層材料的使用溫度很高，因此無(wú)法使用 SLS 3D 打印機(jī)常用的熱塑性塑料作為基材。而一些粉末涂層材料則可用于較低的溫度下，可與 SLS 3D 打印部件一同使用。
紫外線固化粉末涂層專(zhuān)門(mén)針對(duì)熱敏性基材量身打造。這些涂層也能以靜電方式涂覆以及在低熱中流動(dòng)添加。粉末熔融后，使用高強(qiáng)度紫外線照射涂層以進(jìn)行固化。相對(duì)于熱固性粉末涂層，紫外線固化粉末所需的熱量和時(shí)間大幅減少，同時(shí)提供類(lèi)似的性能，不會(huì)使打印部件損壞或翹曲。
與其他類(lèi)型涂層相似，粉末涂層也會(huì)增強(qiáng)部件的耐化學(xué)腐蝕性、表面硬度和機(jī)械強(qiáng)度。粉末涂層尤其適合厚涂和幾何結(jié)構(gòu)，在這種情況下，如果使用液態(tài)施用工藝（如涂漆或浸漬），則因?yàn)椴牧狭鲃?dòng)和滴落，難以觸及某些特征或?qū)崿F(xiàn)均勻涂覆。
下圖中的部件由 Keyland Polymer 使用其 UVMax 紫外線固化粉末進(jìn)行涂覆。
粉末涂覆前后的試件。涂層部件為亮橘色，半光澤外觀
液態(tài)聚合物
市面上有多種液態(tài)聚合物涂層，可提供不同程度的平滑度和耐化學(xué)腐蝕性能。這些涂層可能是透明、著色或不透明的；可以通過(guò)浸漬、刷涂或噴涂方式施用；可能基于不同的化學(xué)成分，如環(huán)氧樹(shù)脂、漆樹(shù)液和聚氨酯。
而論及材料和施用方法，性能和施用難度方面仍有很大差異。其中一些涂層材料可以在五金店購(gòu)買(mǎi)并通過(guò)最少的裝置施用；一些則需要工業(yè)裝置。
下圖中的部件采用廉價(jià)的透明光澤噴漆進(jìn)行涂覆。
采用透明涂層前后的試件。涂層部件為深灰色，半光澤外觀
SLS 部件的上色方法
無(wú)論是原型還是成品部件，您可能想要調(diào)整所有或某些部件的顏色。染色會(huì)使部件的顏色一致且半永久保持（即使在鉸鏈和內(nèi)部空腔處），但染色無(wú)法提亮部件顏色。噴漆則更為可控且可自定義，但通常需要更多人工操作，在磨損或大量使用過(guò)程中會(huì)破損。
染色
因?yàn)?SLS 3D 打印部件具有滲透性，所以可使用消費(fèi)級(jí)染料進(jìn)行染色。很多 SLS 3D 打印材料是尼龍或者聚酰胺，這些材料也可用于紡織業(yè)，因此可與合成物搭配使用的織物染料同樣適用。
家用材料、工業(yè)缸或任何復(fù)雜程度介于兩者之間的設(shè)備都可以用于 3D 打印部件的染色。無(wú)論您的設(shè)施如何，使用尼龍基材料（正如可用于 Fuse 系列的材料）進(jìn)行 3D 打印所得到的部件均無(wú)需執(zhí)行任何特殊步驟，只需要按照染料制造商提供的說(shuō)明操作即可。
因?yàn)樗婕暗某杀竞图寄荛T(mén)檻不高，所以染色堪稱嘗試先進(jìn) SLS 3D 打印件后處理方法的理想選擇。此外，染色易于擴(kuò)展，因此也適用于生產(chǎn)應(yīng)用。
下圖中的部件使用了 RIT 織物染料進(jìn)行染色。
染色前后的試件。其中一個(gè)染色部件呈現(xiàn)黑色啞光外觀，另一個(gè)則呈現(xiàn)深紅色啞光外觀
噴漆
如果需要使部件具備鮮艷的顏色或與參考匹配的顏色，則噴漆將會(huì)是比染色更理想的選擇。噴漆可提供最均勻的覆蓋程度且最容易擴(kuò)展，并可通過(guò)手動(dòng)上漆實(shí)現(xiàn)更好的精細(xì)度。丙烯酸漆和瓷漆都很適合粉末打印部件。其他油漆的效果可能也不錯(cuò)，但 Formlabs 并未就此展開(kāi)大量測(cè)試。
為獲得最佳附著效果，可以使用專(zhuān)用于塑料的底漆。噴涂底漆有助于實(shí)現(xiàn)更一致的覆蓋程度。此外，還可使用熱風(fēng)槍或電吹風(fēng)來(lái)加快干燥過(guò)程。
下圖中的部件使用了廉價(jià)的噴漆進(jìn)行上色。
上漆前后的試件。上漆部件為亮紅色，外觀光滑
探索 SLS 3D 打印解決方案
您是否已準(zhǔn)備好深入了解將 SLS 3D 打印引入內(nèi)部，并采用本文所述的平滑、涂層或上色技術(shù)？作為一家值得依賴的提供商，呈形技術(shù)可為各個(gè)規(guī)模的企業(yè)提供 3D 打印解決方案，其中包括我們的旗艦產(chǎn)品 SLS 3D 打印機(jī) Fuse?1+?30W。
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