蒸汽平滑：一種改善3D打印部件光潔度的技術

魔猴君  知識堂   18天前

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

這是一個物理化學過程，可以使熱塑性塑料的表面變得致密和光滑。將化學物質通過蒸汽注入施加到零件上。化學處理越密集、時間越長，3D打印部件就會越有光澤、越光滑。但它是如何工作的以及您應該注意什么？

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（圖片來源：Xometry）

蒸汽平滑是如何進行的？

蒸汽平滑的原理是在蒸汽和化學物質的作用下液化印刷品的頂層，并重新排列表面分子，從而改善其結構。該過程在密封的加熱室內進行，3D打印部件放置在其中。然后加熱選定的化學溶劑并通過進料系統(tǒng)將蒸汽引入室內。在那里，蒸汽凝結在硬幣表面并引發(fā)反應，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。

在專用解決方案中，該平滑室已經集成。精加工過程分幾個階段自動進行。將零件加熱、添加溶劑并化學熔化后，溶劑會自動吸入零件內部，使零件上不會留下任何殘留物。零件也直接在機器中干燥。

為了獲得最佳效果，各個組件不應互相接觸，而應放置或懸掛在架子上。這可確保化學處理在各個側面進行，并且結果均勻。然而，增材制造所制造的零件通常具有復雜的幾何形狀，使得懸掛和放置變得復雜。在這種情況下，根據房間的幾何形狀，有必要在設計過程中放置臨時孔眼甚至考慮懸掛。經過蒸汽平滑處理后即可將其除去。

3D打印件掛在臥室里（圖片來源：DyeMansion）

與打印技術和材料的兼容性

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打印技術進行處理。該工藝特別適用于SLS或MJF部件，因為這些部件打印后表面會變得粗糙。但通過FDM制造的零件也可以通過蒸汽平滑處理進行返工。

根據材料的不同，使用不同的化學品來獲得最佳效果。因此，建議對ABS和ASA使用丙酮，而對PLA建議使用四氫呋喃(THF)。對于ABS、PETG和PC，也可以使用甲基乙基酮(MEK)。

對于由許多不同材料制成的部件，都可以進行蒸汽平滑處理。（圖片來源：Protolabs）

優(yōu)點和應用

蒸汽平滑的主要優(yōu)點是它可以對3D打印組件進行處理，使其表面質量和美觀度與注塑部件相當。外觀和感覺是支持蒸汽平滑的兩個決定性論據，因為它可以讓您校正表面高度和深度并獲得均勻和光滑的表面。這反過來又促進了組件的清潔，從而提高了衛(wèi)生水平。經過化學處理的組件更耐污漬和細菌，這使得經過處理的組件具有廣泛的應用范圍。

此外，蒸汽平滑處理也有助于改善組件的性能。經過處理后，它們的機械穩(wěn)定性增強，彎曲強度和抗拉強度更高，滑動能力增強。這一優(yōu)勢尤其適用于薄壁部件，因為在平滑過程中孔隙率的降低對機械承載能力有積極的影響。

通過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腐蝕性能，這對于傳導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（圖片來源：ASM）

還應該提到成本，因為與其他精加工方法相比，蒸汽平滑可以提供快速且廉價的結果。它高效、靈活，并且與多種熱塑性塑料兼容，開辟了廣泛的應用范圍。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。

上述密封面對于承載液體的部件很重要，例如流體力學測試的通道、管道和部件。因此，結合零件改進的機械性能，該工藝對于機械結構、汽車工業(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，經過化學平滑處理的部件可以滿足醫(yī)藥、牙科以及食品工業(yè)的標準。設計應用也受益于這種精加工方法，因為光滑、均勻的表面和光澤的表面可以產生令人印象深刻的可見部分。

光滑部件用于不同行業(yè)（圖片來源：ASM）

邊界

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

此外，零件不宜太薄，因為蒸汽平滑不適用于壁厚小于1-2毫米的零件。即使零件的翹曲小于0.4%，化學蒸汽處理也會對大型扁平物體造成扭曲和翹曲效應。

最后，應當注意的是，處理化學品總是存在一定的風險。正確的操作和認真的程序對于自身安全至關重要。

平滑前（左）和平滑后（右）（照片來源：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越受歡迎，但該工藝的機器供應商名單卻有限。英國制造商AMT憑借其PostPro SFX系統(tǒng)提供高性能辦公解決方案，堪稱業(yè)界先驅。另一方面，PostPro SF Pure和PostPro SF PP機器則針對工業(yè)用戶。DyeMansion還利用其Powerfuse S系列來實現工業(yè)應用的自動蒸汽平滑。

德國初創(chuàng)公司ASM也專門提供蒸汽矯直解決方案。該公司通過VX1提供快速后處理解決方案，周期為1.5至2小時。

編譯整理：3dnatives