FDM3D列印模型的表面處理方法

2021-02-25 3D部落

1. 3D列印表面粗糙的原因

熔融沉積式3D列印的原理是將三維模型數據切成若干層 0.05mm以上的薄片後交由 FDM3D 印表機將薄片一層一層的列印出來形成三維實體模型。正因如此，FDM3D 列印製品表面普遍存在一層一層的紋路，稱為層紋。有時需要縮短3D列印時間，最常見的方法就是增加切片層厚的厚度，但層紋會隨著切片層厚的增加而越發明顯，這也會直接導致列印製品的表面較為粗糙。其次，在三維實體成型過程中經常會因為擠出機存在控制誤差導致「拉絲」的情況發生，這也一定程度上的增加了列印製品的表面粗糙度。另一方面，FDM 式 3D 列印的過程中，受 3D 印表機結構的限制，在某些層中存在著一些接縫處，各層的接縫處在成型後的實體表面會表現為小的凹坑或凸起，這也是 FDM 式 3D 列印製品表面粗糙的原因之一。最後，有些三維實體的上部截面大於下部截面，又因 FDM3D列印成型方式是由底層向頂層按順序列印，所以必須要預先列印好用於支撐具有較大截面部分的支撐模塊，同時又要保證支撐模塊在列印完畢後容易摘除，就必須要控制支撐模塊的密度不能太密且在 Z 軸方向上與需要列印的實體之間間距大於一定數值，這就導致了在摘除支撐模塊後列印製品與支撐模塊的接觸面會凹凸不平。綜上所述，熔融沉積式3D 列印製品表面不可能自然的光滑，故只有經過表面處理後，FDM 式 3D列印製品的表面才能夠變得光滑甚至達到鏡面效果。

2. 表面處理方法

以下將提出四種適用於 FDM3D列印製品的表面處理方法，分別是手工打磨加噴砂處理、化學製劑處理、噴漆處理以及上膠處理。

2.1 噴砂處理

噴砂處理是利用高速砂流的衝擊作用清理和粗化被處理 3D 列印製品表面的過程。具體過程是在一個封閉且可視的空間內，採用壓縮空氣為動力以形成高速噴射束將磨料（石英砂、金剛砂等）高速噴射到需要處理的 3D 列印製品表面，使 3D 列印製品的外表面發生變化，一般設定氣泵的氣壓為 120psi，採用 0.2 到 0.5 毫米的磨料。由於磨料對 3D 列印製品表面的衝擊和切削作用，使其表面獲得一定的清潔度和不同的粗糙程度，採用越細的磨料，表面越光滑細膩。這樣的處理還可以使 3D 列印製品表面的機械性能得到改善，提高了其抗疲勞性，也增加了它和後續塗層之間的附著力，有利於塗料的流平和裝飾。這種方法的優點是可以快速的打磨3D列印製品，對於厚重的3D列印製品效果非常好；但是對於輕薄的 3D列印製品而言，噴砂處理容易直接損壞被處理的物件，另外，這種處理方法要求配備專業的設備，例如氣泵與噴砂箱。

2.2 化學製劑處理

針對以ABS為材料 3D列印成型的製品，可使用丙酮對其進行燻蒸處理。一般操作流程是將少量丙酮放置於一個可以密閉的容器中，再將ABS 製品放入容器中懸掛或者使用支架撐起，保證 ABS 製品不與丙酮直接接觸，然後將該容器蓋好密封並放置於加熱盤上進行加熱，待一定時間後將 ABS 製品取出晾乾即可。本方法利用丙酮的腐蝕特性和受熱汽化特性，使丙酮受熱汽化後均勻的附著於 3D 列印製品上將其表面層紋及不平整處腐蝕融化，從而形成光潔表面。此種方法的優勢是處理速度快，可得到非常均勻的鏡面效果，且保證了 3D 列印製品的原色不變。而劣勢在於，因為此種方法建立在腐蝕製品表面的基礎上，所以3D列印製品的表面若有細節特徵存在，該特徵將在丙酮燻蒸後丟失，且此種方法中的丙酮是有毒液體，具有一定的危險性。

2.3 手工打磨加噴漆處理

對於較大件且無細小特徵的 3D 列印製品，手工打磨加上噴漆處理將會使被處理的物件具有非常漂亮的外表面特徵。一般情況下，手工打磨採用水砂紙一般此種方法的流程將分為幾個步驟，首先，採用 180 目以上的砂紙對 3D 列印製品進行手工打磨，打磨完畢後將 3D 列印製品清洗並擦乾；然後，使用填補底漆對打磨後的 3D 列印製品進行 2-3 次噴底漆處理，每次噴塗需保證塗層的均勻和較薄的噴塗厚度，每次噴塗之間間隔 5分鐘左右；等待最後一次底漆噴塗完畢且底漆硬化後，再次使用砂紙對其進行手工打磨處理，打磨完畢後將 3D 列印製品清洗並擦乾；最後對其進行噴漆處理，本次的噴漆為色彩漆，可噴任意顏色漆完成對 3D 列印製品的上色。這種方法的優點是能夠獲得一個非常自然非常光滑的表面且不損失任何表面特徵，而缺點也是顯而易見的，因為這種方法需要手工打磨，所以會非常耗時，另外如果 3D 列印製品具有非常多且小的特徵，這種方法將變得很難實施。

2.4 上膠處理

此種方法是將環氧樹脂作為表面塗料直接塗抹到 3D 列印製品表面以掩蓋其表面的所有層紋以及凹坑，且由於環氧樹脂固化後具有很好的鏡面效果，這種方法可以是 3D 列印製品具有很光滑的表面。當被處理物品較大且細節簡單時，可直接使用毛刷將環氧樹脂刷在 3D 列印製品上，需要注意單層不能太厚。而當被處理物品較小且有較複雜特徵時，應使用膠水噴壺對其進行噴膠以確保單層的厚度不會太厚且不會堆積在複雜特徵處。此種方法的優勢是可以得到光澤度很好的表面，可以不改變 3D 列印製品原本的顏色，還能夠增加 3D 列印製品的強度，而缺點在於處理難度較大，且不宜進行二次處理，會放大凸點的誤差，同時也降低了 3D 列印製品原本的精度。

3. 總結

綜上所述，3D 列印製品的表面處理工藝需根據其尺寸大小、特徵複雜程度、材料特性等選擇，而且不同的處理方法需要不同的專業設備並匹配相應的技能才能夠完成。故假定在設備與人員技能都能夠滿足條件的前提下，本文依據上文對各種表面處理的分析結果提出一套 3D 列印製品表面處理的流程：首先，根據 3D 列印製品的尺寸大小與表面特徵複雜程度將其分為大尺寸簡單表面、大尺寸複雜表面、小尺寸簡單表面、小尺寸複雜表面四類，若 3D 列印製品具有大尺寸簡單表面，則採用手工打磨、上膠處理加噴漆處理的方法進行該物品的表面處理；若 3D 列印製品具有大尺寸複雜表面，則採用噴砂處理加噴漆處理的方法；若 3D 列印製品具有小尺寸簡單表面，則採用手工打磨加噴漆處理的方法；若 3D 列印製品具有小尺寸複雜表面，則直接採用噴膠處理的方法。（來源：砂型列印及技術支持  如有侵權，請及時聯繫刪除）

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