讓SLS 3D打印零件表面光滑亮澤的魔術(shù)
——化學(xué)蒸汽拋光技術(shù)
在內(nèi)容之前，先請大家看一個3D打印腕部護具：
看這光滑的表面、亮黑的色澤，我想如果沒有看標(biāo)題，一定有朋友猜是SLA做的吧，其實它是使用盈普Precimid1180 BLK（黑色尼龍11）粉末材料，通過激光燒結(jié)成型的，對3D打印比較了解的朋友們都知道，SLS技術(shù)打印的零部件雖然有良好的精度和優(yōu)秀的機械性能，但在外觀驗證方面，因為零件表面比較粗糙、有顆粒感，光滑程度是不如SLA技術(shù)，以及傳統(tǒng)注塑或CNC加工工藝的，那視頻中的護具是怎么做到這樣的效果的呢？
一、技術(shù)介紹
在以前，如果要使SLS打印的零件獲得視頻中的表面光滑度，以及光澤的外觀，我們通常使用人工打磨加染色的方式，但這種方式有其局限性：一是3D打印的零部件通常結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在有內(nèi)部腔體或晶格結(jié)構(gòu)時（像視頻中的護具），打磨拋光就顯得束手無策；二是手工工藝對操作者的經(jīng)驗技術(shù)要求高，有經(jīng)驗師傅的人工成本也更高；最后打磨拋光耗時費力，定制化產(chǎn)品可以采用這種方式，但當(dāng)遇到批量生產(chǎn)時就完全無法滿足效率要求了。
為了給客戶提供更有價值的3D打印解決方案，并突破傳統(tǒng)打磨工藝的局限，TPM 3D盈普敢為人先，作為國內(nèi)第一家引入英國AMT化學(xué)蒸汽拋光技術(shù)的公司，在9月底就完成2臺化學(xué)拋光設(shè)備的測試，并正式投入運營使用，能夠幫助汽車、消費電子、醫(yī)療、文創(chuàng)教育等各個行業(yè)的客戶以更加輕松快捷的方式，實現(xiàn)SLS打印零部件的批量化拋光處理。AMT是英國全自動3D打印后處理設(shè)備制造商，產(chǎn)品主要包括自動化除粉噴砂(Depowdering)設(shè)備，和化學(xué)蒸汽拋光(Chemical Vapor Smoothing)設(shè)備。
TPM 3D盈普在國內(nèi)率先引入AMT化學(xué)蒸汽拋光技術(shù)
AMT的化學(xué)蒸汽拋光技術(shù)利用專用化學(xué)溶劑，經(jīng)氣化后對艙內(nèi)的零部件進行熏蒸，零件的表面會發(fā)生溶解，由于表面微觀的不一致性，表面微觀凸起的部位優(yōu)先溶解，且溶解速率大于凹下部位；溶解后的液體表面受張力影響，有盡可能縮小的趨勢，凸起部分就會向下凹部分流動，凝固后會產(chǎn)生均勻且光滑平整的表面，最后再次將零件表面的溶液蒸發(fā)并回收，零件表面無殘留，只留下原本的材料，繼而完成整個熏蒸拋光的過程。這樣我們就得到了充分拋光的零部件。
AMT化學(xué)蒸汽拋光后的零部件
AMT化學(xué)蒸汽拋光技術(shù)的健康和安全性測試白皮書
二、技術(shù)特點
我們發(fā)現(xiàn)，這些經(jīng)過化學(xué)拋光后的零件具有以下特點：
1、表面光澤更加美觀
經(jīng)過化學(xué)熏蒸后的零件，最直觀的變化是就是去除了表面的顆粒感，提升了光澤度，由磨砂質(zhì)感變?yōu)榱肆撩尜|(zhì)感，觸感光滑，顏值更高。
盈普Precimid1172Pro（尼龍12）打印的工藝樣件
盈普Precimid1172Pro GF30 BLK（30%玻璃增強尼龍12）打印的電動工具手柄外殼
2、表面光滑度明顯提高
經(jīng)過化學(xué)拋光后，能夠有效提升零部件表面的光滑度。我們使用顯微鏡去觀察處理前后的零件表面，可以看到表面微觀的凹凸部分被“撫平”，表面光滑度被大大改善，并且我們還可以通過調(diào)整熏蒸的工藝參數(shù)來提高處理的程度和效果，使表面更加致密光滑。（數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過熏蒸拋光后的零件表面光滑度可達到Ra0.7）
盈普Precimid1172Pro GF30 BLK零件在500倍顯微鏡下拋光前后的對比（左側(cè)拋光前，右側(cè)拋光后）
盈普Precimid1180 BLK材料（PA11）打印卡扣部件光澤的表面
3、機械性能提高
拋光后得益于零件表面粗糙度的降低，以及開裂點的消失，斷裂伸長率顯著提高，綜合數(shù)據(jù)顯示對PA12可以提高約30%以上。同時，薄壁件的韌性也有明顯增強更不易斷裂。
盈普Precimid1172Pro GF30 BLK打印的無人機外殼（厚度僅為0.8mm）
盈普Precimid1180 BLK材料打印的彈簧部件
4、氣密和水密效果增強
對于管道、各類接頭、戶外使用產(chǎn)品外殼等，需要考慮氣密性、水密性的零件，化學(xué)熏蒸拋光可以有效提升表面的致密度，以滿足上述需求。同時對于醫(yī)療支護具，使用綠色環(huán)保通過安全認證的溶液，將表面光滑度提高后，可以防止細菌在細小孔隙中滋生，能夠保證在長期與人體皮膚接觸過程中的安全性。
盈普Precimid1180 BLK材料處理后的表面水密性
盈普TPM3D PA6X BLK材料（PA6）打印的汽車油路管接頭
5、對尺寸影響小
最后，化學(xué)熏蒸拋光處理對于零件的尺寸影響較小，通過對樣件的尺寸測量，整體變化不超過0.4%，可以保證原模型的大部分尺寸在公差范圍內(nèi)；對于有更高要求的零件，還可以預(yù)留出加工余量來保證尺寸精度。
化學(xué)蒸汽拋光前后尺寸變化測試（數(shù)據(jù)來源：AMT白皮書）
三、應(yīng)用領(lǐng)域
我們將化學(xué)蒸汽拋光技術(shù)與SLS 3D打印技術(shù)進行有機結(jié)合，可以提高SLS 3D打印零部件的表面光滑度、增強機械性能、實現(xiàn)氣密水密性，使得激光燒結(jié)的零部件也能擁有與注塑工藝類似的光滑外觀和部分性能，這就進一步拓展了SLS 3D打印技術(shù)的應(yīng)用場景，使其在外觀驗證領(lǐng)域也能夠大展拳腳，并且在功能性驗證和最終使用領(lǐng)域的應(yīng)用更深入。SLS 3D打印的汽車管路、風(fēng)道、各類葉輪、接頭、戶外使用的電子產(chǎn)品外殼、長期與皮膚接觸的醫(yī)療康復(fù)輔具、TPU鞋中底等零部件在經(jīng)過處理后，能夠更好地滿足實際使用的要求，從而為汽車、消費品、電子電器、醫(yī)療、文創(chuàng)教育等行業(yè)的用戶創(chuàng)造更多的價值。
