蒸汽平滑：一種改善3D打印部件光潔度的技術(shù)

魔猴君  知識(shí)堂   7小時(shí)前

許多部件在3D打印后不能直接使用，并且根據(jù)所選擇的打印工藝，部件可能需要清潔和精加工。這樣就可以提高物體的機(jī)械性能，或者改善表面狀況。有許多技術(shù)可以用于此目的，但它們始終取決于印刷技術(shù)、材料和應(yīng)用。在塑料零件表面處理的方法中，我們發(fā)現(xiàn)蒸汽平滑處理，其英文名稱(chēng)也為Vapor Smoothing。

這是一個(gè)物理化學(xué)過(guò)程，可以使熱塑性塑料的表面變得致密和光滑。將化學(xué)物質(zhì)通過(guò)蒸汽注入施加到零件上。化學(xué)處理越密集、時(shí)間越長(zhǎng)，3D打印部件就會(huì)越有光澤、越光滑。但它是如何工作的以及您應(yīng)該注意什么？

蒸汽平滑處理是一種后處理工藝，用于使3D打印部件表面光滑（圖片來(lái)源：Xometry）

蒸汽平滑是如何進(jìn)行的？

蒸汽平滑的原理是在蒸汽和化學(xué)物質(zhì)的作用下液化印刷品的頂層，并重新排列表面分子，從而改善其結(jié)構(gòu)。該過(guò)程在密封的加熱室內(nèi)進(jìn)行，3D打印部件放置在其中。然后加熱選定的化學(xué)溶劑并通過(guò)進(jìn)料系統(tǒng)將蒸汽引入室內(nèi)。在那里，蒸汽凝結(jié)在硬幣表面并引發(fā)反應(yīng)，使硬幣的頂層部分融化。這種效果可以使粗糙的區(qū)域或毛孔變得平坦，留下光滑、平衡的表面。

在專(zhuān)用解決方案中，該平滑室已經(jīng)集成。精加工過(guò)程分幾個(gè)階段自動(dòng)進(jìn)行。將零件加熱、添加溶劑并化學(xué)熔化后，溶劑會(huì)自動(dòng)吸入零件內(nèi)部，使零件上不會(huì)留下任何殘留物。零件也直接在機(jī)器中干燥。

為了獲得最佳效果，各個(gè)組件不應(yīng)互相接觸，而應(yīng)放置或懸掛在架子上。這可確?；瘜W(xué)處理在各個(gè)側(cè)面進(jìn)行，并且結(jié)果均勻。然而，增材制造所制造的零件通常具有復(fù)雜的幾何形狀，使得懸掛和放置變得復(fù)雜。在這種情況下，根據(jù)房間的幾何形狀，有必要在設(shè)計(jì)過(guò)程中放置臨時(shí)孔眼甚至考慮懸掛。經(jīng)過(guò)蒸汽平滑處理后即可將其除去。

3D打印件掛在臥室里（圖片來(lái)源：DyeMansion）

與打印技術(shù)和材料的兼容性

蒸汽平滑處理是熱塑性材料的一種后處理方法。這意味著該技術(shù)兼容多種材料-包括PA、ABS、PC、PLA、PP、TPU、PETG-可以使用不同的3D打印技術(shù)進(jìn)行處理。該工藝特別適用于SLS或MJF部件，因?yàn)檫@些部件打印后表面會(huì)變得粗糙。但通過(guò)FDM制造的零件也可以通過(guò)蒸汽平滑處理進(jìn)行返工。

根據(jù)材料的不同，使用不同的化學(xué)品來(lái)獲得最佳效果。因此，建議對(duì)ABS和ASA使用丙酮，而對(duì)PLA建議使用四氫呋喃(THF)。對(duì)于A(yíng)BS、PETG和PC，也可以使用甲基乙基酮(MEK)。

對(duì)于由許多不同材料制成的部件，都可以進(jìn)行蒸汽平滑處理。（圖片來(lái)源：Protolabs）

優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用

蒸汽平滑的主要優(yōu)點(diǎn)是它可以對(duì)3D打印組件進(jìn)行處理，使其表面質(zhì)量和美觀(guān)度與注塑部件相當(dāng)。外觀(guān)和感覺(jué)是支持蒸汽平滑的兩個(gè)決定性論據(jù)，因?yàn)樗梢宰屇Ｕ砻娓叨群蜕疃炔@得均勻和光滑的表面。這反過(guò)來(lái)又促進(jìn)了組件的清潔，從而提高了衛(wèi)生水平。經(jīng)過(guò)化學(xué)處理的組件更耐污漬和細(xì)菌，這使得經(jīng)過(guò)處理的組件具有廣泛的應(yīng)用范圍。

此外，蒸汽平滑處理也有助于改善組件的性能。經(jīng)過(guò)處理后，它們的機(jī)械穩(wěn)定性增強(qiáng)，彎曲強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度更高，滑動(dòng)能力增強(qiáng)。這一優(yōu)勢(shì)尤其適用于薄壁部件，因?yàn)樵谄交^(guò)程中孔隙率的降低對(duì)機(jī)械承載能力有積極的影響。

通過(guò)熔化然后重新密封頂層，蒸汽平滑處理還可以使零件具有防水和耐化學(xué)腐蝕性能，這對(duì)于傳導(dǎo)液體和提供密封的零件尤其重要。光滑的表面也有利于后續(xù)的染色或涂漆，并確保著色均勻。

通過(guò)蒸汽平滑處理可以顯著改善3D打印部件的表面光潔度（圖片來(lái)源：ASM）

還應(yīng)該提到成本，因?yàn)榕c其他精加工方法相比，蒸汽平滑可以提供快速且廉價(jià)的結(jié)果。它高效、靈活，并且與多種熱塑性塑料兼容，開(kāi)辟了廣泛的應(yīng)用范圍。因此，光滑零件可以替代注塑件，既可用作原型，又可用作系列零件。

上述密封面對(duì)于承載液體的部件很重要，例如流體力學(xué)測(cè)試的通道、管道和部件。因此，結(jié)合零件改進(jìn)的機(jī)械性能，該工藝對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)、汽車(chē)工業(yè)以及航空航天中使用的部件都很有吸引力。

另一方面，改善衛(wèi)生在醫(yī)療環(huán)境中起著核心作用，經(jīng)過(guò)化學(xué)平滑處理的部件可以滿(mǎn)足醫(yī)藥、牙科以及食品工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)應(yīng)用也受益于這種精加工方法，因?yàn)楣饣?、均勻的表面和光澤的表面可以產(chǎn)生令人印象深刻的可見(jiàn)部分。

光滑部件用于不同行業(yè)（圖片來(lái)源：ASM）

邊界

盡管蒸汽矯直具有許多優(yōu)點(diǎn)，為許多應(yīng)用打開(kāi)了大門(mén)，但也值得一提的是它也存在一些局限性。事實(shí)上，與任何過(guò)程一樣，必須考慮某些會(huì)影響結(jié)果的點(diǎn)。為了達(dá)到最佳效果，必須將組件正確放置在平滑室中。正如開(kāi)頭所提到的，房間幾何形狀中的自然凹口和掛鉤是一種優(yōu)勢(shì)，否則應(yīng)該添加孔眼或掛鉤。然而，這些可能會(huì)在零件上留下痕跡并降低其質(zhì)量。

此外，零件不宜太薄，因?yàn)檎羝交贿m用于壁厚小于1-2毫米的零件。即使零件的翹曲小于0.4%，化學(xué)蒸汽處理也會(huì)對(duì)大型扁平物體造成扭曲和翹曲效應(yīng)。

最后，應(yīng)當(dāng)注意的是，處理化學(xué)品總是存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。正確的操作和認(rèn)真的程序?qū)τ谧陨戆踩陵P(guān)重要。

平滑前（左）和平滑后（右）（照片來(lái)源：ATM）

蒸汽平滑解決方案提供商

盡管蒸汽平滑在3D打印部件的后處理中越來(lái)越受歡迎，但該工藝的機(jī)器供應(yīng)商名單卻有限。英國(guó)制造商AMT憑借其PostPro SFX系統(tǒng)提供高性能辦公解決方案，堪稱(chēng)業(yè)界先驅(qū)。另一方面，PostPro SF Pure和PostPro SF PP機(jī)器則針對(duì)工業(yè)用戶(hù)。DyeMansion還利用其Powerfuse S系列來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的自動(dòng)蒸汽平滑。

德國(guó)初創(chuàng)公司ASM也專(zhuān)門(mén)提供蒸汽矯直解決方案。該公司通過(guò)VX1提供快速后處理解決方案，周期為1.5至2小時(shí)。

編譯整理：3dnatives