后處理技術可以改變 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)考驗的制造技術，可使用多種高性能材料，在與先進的后處理方法結(jié)合使用后，這些材料的性能和外觀可以進一步提高。
閱讀本指南，了解 SLS 3D 打印部件的后處理基礎知識以及對打印件進行平滑、涂層和上色處理的先進方法。
SLS 后處理基礎知識
與其他基于粉末的增材制造技術相似，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 打印機中取出后，需要進行以下三個核心步驟：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、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，冷卻過程可能會花費多達一半的打印時間。Fuse 系列打印機配有觸摸屏，其中會顯示建議的冷卻時間。
此冷卻過程包括兩個階段。第一步是等待成型室溫度冷卻至 100℃ 或以下，此時可以將成型室從打印機中取出并移至 Fuse?Sift 中。行業(yè)領先的快速冷卻技術支持您在完成先前的打印任務后 1－2 小時內(nèi)開始新的打印。
Fuse 系列打印機支持在打印任務完成 1－2 小時后取出成型室并移至 Fuse?Sift 中
冷卻過程的第二階段可以在成型室已經(jīng)轉(zhuǎn)移至 Fuse?Sift 的情況下進行。冷卻完成后，即可開始提取部件。Fuse?Sift 會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，同時風扇會將所有分散的粉末收集至過濾器。在觸摸打印件時，未燒結(jié)的粉末會從打印件上脫落，露出已完成的打印件。
在使用 Fuse?Blast 時，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行清潔。如果使用其他介質(zhì)噴砂機，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。
建議在完成基礎清潔后，進行介質(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 時十分有用。
經(jīng)過介質(zhì)噴砂前的試件。部件凹入特征處存在一些未燒結(jié)粉末，導致邊緣不清晰
經(jīng)過介質(zhì)噴砂后的試件
Formlabs Fuse?Blast 是首款經(jīng)濟實惠的自動化介質(zhì)噴砂解決方案，既可完善 Fuse 系列 SLS 生態(tài)圈，也可以作為其他類型粉末床熔融 3D 打印機的介質(zhì)噴砂機，且不受打印機類型限制。
手動介質(zhì)噴砂柜通常價格合理，但需要動手操作，因此難以實現(xiàn)一致的完成效果
Fuse?Blast 以經(jīng)濟實惠的價格和緊湊小巧的外形，解放您的雙手，實現(xiàn)自動化專業(yè)級 SLS 部件清潔流程
傳統(tǒng)的自動噴砂解決方案非常昂貴、體積巨大，并且通常需要復雜的基礎設施
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)實現(xiàn)全自動部件清潔，并通過預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。
實現(xiàn)粉末清除和清潔過程的自動化，不僅能節(jié)省時間以完成高價值任務，還能減少對操作人員身體的傷害以及對工作區(qū)通風系統(tǒng)的損耗。Fuse?Blast 的附加拋光功能簡化了過去的手動操作工作流程，不再需要使用多臺機器，并能節(jié)省數(shù)小時的人工操作時間。
先進 SLS 后處理技術概覽
平滑、涂層和上色工藝可用于為 SLS 3D 打印部件增添機械優(yōu)勢和外觀優(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，無論是將設備和技能引入內(nèi)部還是將其外包，都應考慮相應的資本成本和所需技能。
下方表格針對 SLS 3D 打印部件，總結(jié)了各種先進后處理技術的入門門檻和可能效果。
可以依次進行這些步驟以實現(xiàn)多種性能。在本篇文章中，我們將分別討論每種方法。如果您對疊加使用后處理技術以實現(xiàn)特定結(jié)果感興趣，請聯(lián)系呈形，與我們交流并針對您的用例獲取咨詢服務。
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，我們會介紹以下三種表面平滑技術：介質(zhì)噴砂、振動滾磨（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？請考慮緊湊型 Form3+ 或大幅面 Form?3L 立體光固化 (SLA) 3D 打印機，該產(chǎn)品使用液態(tài)樹脂作為打印材料，且制作出來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)拋光的效果與振動滾磨類似，但由于介質(zhì)集中在特定的表面上，拋光過程要快得多，F(xiàn)use?Blast 通常只需 15 分鐘，而振動滾磨則需要 2 到 4 個小時。
通過 Fuse?Blast 的可選拋光系統(tǒng)*升級，您可以使用一站式系統(tǒng)完成從清潔到表面處理的全過程。在 Fuse?Blast 中拋光部件，僅需一個步驟即可完成部件的清潔和表面處理，在短短 15 分鐘內(nèi)就能獲得不僅無粉末殘留的光滑耐磨部件，同時具有專業(yè)的半光澤表面效果。該步驟可以通過預先編程的程序自動完成，也可以通過控制噴嘴并將其直接對準部件來手動處理精細或復雜部件。
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
振動滾磨
振動滾磨也稱為振動拋光或介質(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。在實驗中，我們觀察到部件的平均表面粗糙度降低了 80%。
振動拋光機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材料）的碗、桶或滾筒，以便輕柔研磨部件表面。機器的運轉(zhuǎn)周期通常為兩到八小時，且在運轉(zhuǎn)時無需技術人員監(jiān)督。
小型臺式振動滾磨機的起售價為 100 美元，這對于任何制造環(huán)境都是一種經(jīng)濟實惠的選擇。較大的獨立式型號設備則更適合高產(chǎn)量生產(chǎn)，起售價約為 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。
振動滾磨前后的試件。經(jīng)滾磨處理的部件會呈現(xiàn)出淺灰色的啞光表面質(zhì)地
蒸汽平滑
蒸汽平滑技術需將 SLS 3D 打印部件浸潤在化學溶劑蒸汽中，從而控制 3D 打印材料的化學溶解、填充微小空腔并在部件周圍形成光滑、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的幾何結(jié)構(gòu)，因此該技術適合具有內(nèi)部通道或其他凹入特征的復雜部件。
提供蒸汽平滑設備和服務的提供商聲稱成品部件中的細菌滋生現(xiàn)象有所減少，甚至可以用部件安全地接觸食品。Formlabs 并未證實這些聲明，我們建議您與設備制造商進行查證，以獲取詳細的安全信息。
蒸汽平滑設備十分昂貴，起售價為 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提供商處進行蒸汽平滑處理。
下圖所示部件已在 DyeMansion 中使用專業(yè)混合蒸汽進行了蒸汽平滑處理。AMT 也可提供蒸汽平滑設備和服務。
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，即可實現(xiàn) 3D 打印材料本身并不具有的附加性能。此類性能包括提高強度、導電性或耐化學腐蝕性。SLS 3D 打印部件涂層有多種選擇，添加不同的涂層可能實現(xiàn)不同的性能。本節(jié)將簡要介紹每種涂層及其適合的應用。
金屬
可通過電鍍?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，首先應在 3D 打印部件上噴涂一層導電噴霧，然后將其浸入電解池中，池中的電流會將金屬從源材料（陽極）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。制造商有時會按順序分層添加多種金屬鍍層，以便在力學性能、電性能和外觀方面實現(xiàn)良好平衡。
盡管也可以在家中或利用 DIY 裝置對 SLS 打印部件進行電鍍，但經(jīng)驗不足的用戶可能會接觸到有害化學品，且難以獲得高質(zhì)量的結(jié)果。對于所有結(jié)構(gòu)件，我們建議將部件寄送至專門的制造商處。
下圖中的部件由 RePliForm, Inc 進行了鍍鎳處理。
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。盡管無需使用底漆，但需使用專用介質(zhì)對部件進行徹底的介質(zhì)噴砂處理，并使用蠟和油脂去除劑進行清潔，以確保部件表面無污染物殘留。Cerakote 可提供空氣固化和烘箱固化兩種方案。
陶瓷涂層屬于先進后處理技術中性能最高的選擇。部件兼具出色的耐化學腐蝕性和機械強度，同時有多種顏色可供選擇。Cerakote 還可提供具備耐腐蝕、低摩擦等特性的專業(yè)產(chǎn)品。
Cerakote 在旗下網(wǎng)站上列出了經(jīng)認證的涂覆人員，同時可為希望將陶瓷涂層能力引入內(nèi)部的車間提供認證服務。
下圖中的部件已由經(jīng)過培訓的涂覆人員添加了 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。采用靜電應用，并通過加熱、光照或兩者結(jié)合進行固化。很多粉末涂層材料的使用溫度很高，因此無法使用 SLS 3D 打印機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門針對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添加。粉末熔融后，使用高強度紫外線照射涂層以進行固化。相對于熱固性粉末涂層，紫外線固化粉末所需的熱量和時間大幅減少，同時提供類似的性能，不會使打印部件損壞或翹曲。
與其他類型涂層相似，粉末涂層也會增強部件的耐化學腐蝕性、表面硬度和機械強度。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），則因為材料流動和滴落，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腐蝕性能。這些涂層可能是透明、著色或不透明的；可以通過浸漬、刷涂或噴涂方式施用；可能基于不同的化學成分，如環(huán)氧樹脂、漆樹液和聚氨酯。
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買并通過最少的裝置施用；一些則需要工業(yè)裝置。
下圖中的部件采用廉價的透明光澤噴漆進行涂覆。
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程中會破損。
染色
因為 SLS 3D 打印部件具有滲透性，所以可使用消費級染料進行染色。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)缸或任何復雜程度介于兩者之間的設備都可以用于 3D 打印部件的染色。無論您的設施如何，使用尼龍基材料（正如可用于 Fuse 系列的材料）進行 3D 打印所得到的部件均無需執(zhí)行任何特殊步驟，只需要按照染料制造商提供的說明操作即可。
因為所涉及的成本和技能門檻不高，所以染色堪稱嘗試先進 SLS 3D 打印件后處理方法的理想選擇。此外，染色易于擴展，因此也適用于生產(chǎn)應用。
下圖中的部件使用了 RIT 織物染料進行染色。
染色前后的試件。其中一個染色部件呈現(xiàn)黑色啞光外觀，另一個則呈現(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展，并可通過手動上漆實現(xiàn)更好的精細度。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，但 Formlabs 并未就此展開大量測試。
為獲得最佳附著效果，可以使用專用于塑料的底漆。噴涂底漆有助于實現(xiàn)更一致的覆蓋程度。此外，還可使用熱風槍或電吹風來加快干燥過程。
下圖中的部件使用了廉價的噴漆進行上色。
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
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