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FDM 和 PolyJet 3D 打印部件的精加工選項
閱讀：109 發(fā)布時間：2023-7-10精加工或二次加工包括改變制造零件屬性的廣泛過程。工程師可以簡單地使用精加工來改善零件的外觀并對其進行重塑以滿足某些尺寸，或者使用它來增強功能，例如增加強度、耐化學(xué)性、導(dǎo)電性等。二次加工基本上將毛坯零件變成成品，這不于傳統(tǒng)的制造零件。3D打印部件也可以通過二次操作進行增強，但與增材制造設(shè)計非常相似，適用不同的流程和實踐。
在整個產(chǎn)品設(shè)計和制造過程中，工程師還應(yīng)該考慮如何完成3D打印零件。確定適當(dāng)?shù)木庸げ僮魅Q于增材工藝、材料和幾何形狀以及所需的美學(xué)和功能。
本指南解釋了增材制造服務(wù)提供商針對FDM和PolyJet 3D打印技術(shù)實施的主要精加工操作，按可能的精加工目標(biāo)、兼容材料和適用的設(shè)計注意事項進行分組。
第 1 步：平滑表面 - 打磨
用FDM制成的塑料零件可以用手工或軌道砂光機打磨，以消除工藝中固有的階梯效應(yīng)。整理專家使用各種磨料將表面平滑到所需的美學(xué)。PolyJet 將零件形成細至 16 微米 （0.001“） 的層，因此層線不是問題，也不需要打磨。
砂光是FDM生產(chǎn)的零件見的精加工形式，因為它是一種在不影響機械性能的情況下去除層線的簡單方法。精加工商還必須在涂覆涂層（如底漆、油漆或電鍍）之前將零件打磨光滑，以確保光滑的表面光潔度。所有FDM材料都可以打磨到一定程度，但請咨詢增材制造項目工程師，以找到您應(yīng)用的砂礫。
設(shè)計指南
根據(jù)打磨要去除的材料量，可能需要調(diào)整零件設(shè)計以包括補充材料。此外，請記住，很難觸及小的底切、懸垂和孔洞，因此您可能需要實施替代平滑方法。
第 2 步：平滑表面 - 蒸汽平滑
蒸汽平滑通過用溶劑稍微熔化外表面來解決使用FDM制造的零件表面上的階梯踩踏問題。將零件浸入均熱板幾秒鐘，使塑料液化，然后立即將零件浸入冷卻室以停止液化。結(jié)果是零件更光滑、更有光澤。珠子噴砂（在下一節(jié)中定義）可以在蒸汽平滑后使用，以提供啞光飾面，這通常更適合二次成膜、涂層和電鍍操作。蒸汽平滑還可以保持尺寸完整性，并有助于消除液體或氣體保持應(yīng)用中FDM部件固有的孔隙率。
材料與應(yīng)用
蒸汽平滑是在標(biāo)準(zhǔn) ABS 和 ABS-M32 上實現(xiàn) 63 – 30 微米表面光潔度的快速方法，當(dāng)成本或時間禁止較慢的手動平滑方法時。通常選擇它來準(zhǔn)備電鍍或熔模鑄造或液體保持幾何形狀的表面，例如模具中的瓶子或冷卻線。然而，在蒸汽平滑后，表面還沒有準(zhǔn)備好，可能需要額外的操作才能準(zhǔn)備好涂漆。
聚碳酸酯 （PC）、PPSF、ULTEM 9085 和 ULTEM 1010 等較強的 FDM 熱塑性塑料由于與溶劑的化學(xué)反應(yīng)而無法進行蒸汽平滑處理。
設(shè)計準(zhǔn)則
確保材料是基于ABS的FDM熱塑性塑料，因為該過程會改變其他塑料的機械性能。對零件的更改微不足道（不超過 0.0009 英寸/0.023 毫米），因此無需包含額外的材料。然而
我們建議避免使用在此過程中可能失真的小特征細節(jié)，例如文本或銳邊。
第 3 步：平滑表面 - 噴砂
噴砂是打磨的更快替代方案，用于平滑零件表面，并且通常是到達小特征或內(nèi)部通道的更簡單方法。噴砂是使用噴槍和塑料介質(zhì)進行的，這些噴砂介質(zhì)以高速（約 100 psi）在零件表面噴砂。PolyJet 零件通常不需要噴珠，因為表面光潔度精細。
材料與應(yīng)用
如果需要啞光表面光潔度，噴砂通常用于去除蒸汽光滑表面上的光澤。所有FDM材料都可以噴珠處理，但我們建議您咨詢專家，了解適合您特定應(yīng)用的介質(zhì)尺寸和磨蝕性水平。
設(shè)計準(zhǔn)則
雖然噴珠去除了材料，但它通常非常小，不會影響整體尺寸精度。
第 4 步：平滑表面 - 翻滾
滾揉在金屬工業(yè)中見于加工和拋光金屬零件，但 Stratasys 開發(fā)了振動方法，將相同的技術(shù)應(yīng)用于使用較軟介質(zhì)的塑料。零件被放置在充滿陶瓷、塑料、合成或玉米芯介質(zhì)的振動單元中，機器在其中旋轉(zhuǎn)數(shù)小時，直到介質(zhì)拋光表面。
材料與應(yīng)用
滾揉是完成更耐用的FDM材料（包括聚碳酸酯（PC）和ULTEM材料）的選擇。滾揉的一個主要優(yōu)點是能夠一次平滑多個零件，這是在小批量生產(chǎn)運行中均勻完成質(zhì)量的不錯選擇。相對腐蝕性的陶瓷介質(zhì)通常用于ULTEM 9085部件，而腐蝕性較小的陶瓷介質(zhì)則用于PC。
設(shè)計準(zhǔn)則
翻滾于圓形零件，例如管道工程，邊緣和角落最少。根據(jù)設(shè)計選擇介質(zhì)至關(guān)重要。小部件需要小介質(zhì)，而高度詳細或特色部件需要復(fù)雜的介質(zhì)形狀，例如星形。請注意，制造商對所需表面處理的描述（例如“拉絲”或“緞面”）描述的是金屬零件的結(jié)果，而不是塑料零件的結(jié)果。項目工程師根據(jù)材料、幾何形狀和所需的表面光潔度選擇介質(zhì)。此外，質(zhì)量精加工使材料從外表面平滑，從表面去除 0.0015 – 0.003 英寸，因此根據(jù)所需的尺寸精度，您可能需要設(shè)計具有更厚外壁的零件。
第 5 步：滿足尺寸公差 - 機加工
CNC加工通常用于從材料塊中銑削零件。但是對于復(fù)雜的增材制造零件，加工可以作為輔助操作來實現(xiàn)非常增加刀片螺紋。
材料與應(yīng)用
所有FDM材料都可以使用鉆孔，攻絲，鋸切，車削和銑削等操作輕松加工。大多數(shù)PolyJet材料也能夠加工，除了某些等級的Tango（類似橡膠的材料系列）和在加工過程中容易撕裂的低硬度數(shù)字材料。
設(shè)計指南
加工不會改變 3D 打印零件的機械性能，但在設(shè)計零件時，請調(diào)整零件幾何形狀以包括將在加工過程中去除的額外材料。
第 6 步：組裝組件 - 嵌件
各種金屬嵌件，如螺母、螺栓和墊圈，可以在使用 FDM 構(gòu)建零件期間或之后植入。一種常見的方法是使用加工工藝來確定孔的大小，然后加熱刀片并將其壓入零件中 - 這稱為熱固定。加熱的塑料流入刀片滾花和脊，當(dāng)塑料冷卻時，它會凝固以抵抗扭矩和拉出。壓接膨脹插件或螺旋油更適合 PolyJet 光敏聚合物，因為它們不涉及加熱塑料。
由于FDM一次構(gòu)建一層零件，因此也可以在構(gòu)建過程中插入硬件。機器在某一層停止，插入件被嵌入，然后從該點恢復(fù)構(gòu)建。
材料與應(yīng)用
嵌件通常添加到功能原型或最終用途部件中，以固定或連接到較大組件中的其他組件。高性能FDM熱塑性塑料，如PPSF和ULTEM，使用熱固性嵌件可抵抗熔點，但可以嵌入較小的中間嵌件。與項目工程師討論零件的使用方式和位置將幫助您確定合適的刀片材料。
設(shè)計指南
您可以在設(shè)計文件中包含一個內(nèi)置型腔來考慮刀片或擴孔，這可以更準(zhǔn)確，但也更耗時。
如果要在 FDM 構(gòu)建過程中添加硬件，則還有一個附加準(zhǔn)則。FDM機床只能在Z軸上暫停，因此零件應(yīng)在X / Y平面上定向，以便將刀片放置在型腔中。
第 7 步：組裝組件 - 熱風(fēng)焊接
熱風(fēng)焊接允許您創(chuàng)建大于機器構(gòu)建平臺的零件。CAD設(shè)計被分成帶有燕尾接頭的獨立部分，這些接頭在單獨的3D打印機上構(gòu)建，然后在打印后焊接在一起。熱風(fēng)焊接工具沿著接頭緩慢拉動以熔化哀嘆，然后填充接縫。熱風(fēng)焊接的一個優(yōu)點是它不會向零件添加任何異物——它使用相同的型號的熱塑性塑料。例如，它不是將阻燃ULTEM材料與可能具有潛在用途的環(huán)氧樹脂粘合，而是與ULTEM粘合，從而保留零件的整體機械性能。
材料與應(yīng)用
工程師使用焊接來組裝太大而無法安裝在一個機器構(gòu)建平臺上的零件，方法是對設(shè)計進行切片，構(gòu)建單獨的零件并將它們連接在一起。切片和焊接也用于節(jié)省時間。項目工程師可以戰(zhàn)略性地分割零件，通過從零件上切割懸垂特征并單獨構(gòu)建它們來消除過多的支撐結(jié)構(gòu)。
設(shè)計準(zhǔn)則
為了獲得效果，零件應(yīng)在非承重區(qū)域和帶有燕尾接頭的較厚壁上切片，以優(yōu)化整體強度。增材制造項目工程師可以幫助您根據(jù)幾何形狀決定零件的分段位置和方式，以優(yōu)化大型零件的強度、構(gòu)建時間和成本。
第 8 步：組裝組件 - 粘接
粘接是連接多個部分以創(chuàng)建大型零件的另一種方法。增材制造項目工程師通常使用雙組分環(huán)氧樹脂，因為它們表現(xiàn)出出色的機械強度并且易于使用。將環(huán)氧樹脂組分混合，然后用分配器或刷子涂抹。
氰基丙烯酸酯，也稱為強力膠，是一種流行的快速固化粘合劑，用于 PolyJet 零件的輕型粘接應(yīng)用和維修。
材料與應(yīng)用
一些耐化學(xué)腐蝕的FDM材料不會與某些溶劑或膠水粘附。請咨詢增材制造項目工程師，以確定適合您的零件材料的連接工藝和粘合化學(xué)品。
第 9 步：功能性或外觀涂層 - 密封
FDM部件在機器上是天然多孔的，這對容納氣體和液體構(gòu)成了障礙。解決方案是用耐水或耐化學(xué)腐蝕的環(huán)氧涂層密封零件。蒸汽平滑還可以密封FDM零件的表面，但于不高于大氣壓的應(yīng)用。兩組分環(huán)氧樹脂刷到零件表面可產(chǎn)生氣密密封，并可抵抗許多化學(xué)試劑。另一種選擇是將FDM部件浸入環(huán)氧樹脂中，并使用真空滲透環(huán)氧樹脂以形成防水密封并耐化學(xué)試劑和高溫。PolyJet材料不是多孔的，通常不需要密封工藝。
材料與應(yīng)用
環(huán)氧涂層和滲透增強了FDM部件，適用于從原型到最終用途的許多應(yīng)用，包括成型工具的冷卻管線、燃料保持器、進氣歧管、管道系統(tǒng)等。所有FDM材料都與任一方法兼容，并在處理后保持高達65 psi（448 kPa）壓力的氣密密封。
設(shè)計指南
避免復(fù)雜的特征和內(nèi)部通道，這些特征和內(nèi)部通道可能難以通過涂層到達。如果您的零件需要滿足嚴格的尺寸公差，我們建議使用不會影響尺寸的環(huán)氧樹脂滲透。
第 10 步：功能或外觀涂層 - 電鍍
電鍍在零件表面沉積一層薄薄的金屬，例如鉻、鎳、銅、銀或金。電鍍涂層賦予生產(chǎn)金屬的外觀，并提供具有反射特性的堅硬、耐磨表面。在電鍍之前，F(xiàn)DM部件需要打磨光滑，并通過蒸汽平滑工藝，溶劑浸漬或油漆密封，以幫助化學(xué)粘附。
材料與應(yīng)用
電鍍通常用于外觀原因，但也增加了強度和表面耐久性。在測試中，電鍍FDM測試棒的拉伸強度增加了10-12倍，彎曲測試的結(jié)果顯示增加了21-24倍。增加的強度使電鍍非常適合汽車應(yīng)用，裝飾價值有利于家用燈具和電器應(yīng)用。ABS-M30，ABS和ABSplus已經(jīng)過電鍍測試。電鍍也可以應(yīng)用于剛性和類似ABS的PolyJet材料，包括Digital ABS和Vero系列材料。
設(shè)計準(zhǔn)則
為了使金屬正確粘附在零件表面，它必須非常光滑。增材制造項目工程師將與您一起優(yōu)化FDM構(gòu)建方向，以限度地減少層線。您還需要抵消CAD模型中電鍍帶來的額外厚度。
第 11 步：功能性或外觀涂層 - 底漆和噴漆
FDM零件可以涂底漆和噴漆，以生產(chǎn)有吸引力的概念模型，功能原型和最終用途零件。在噴漆之前，F(xiàn)DM零件應(yīng)通過蒸汽平滑，應(yīng)用車身填充物和打磨進行拋光。使用PolyJet打印的3D模型在構(gòu)建室中是光滑的，無需初始拋光即可接受油漆。
材料與應(yīng)用
涂漆 3D 打印部件是概念和顯示模型或應(yīng)用的理想選擇，幾乎具有任何外觀要求。所有FDM材料都可以涂漆，但ABS和ABS-M30通常需要最少的平滑工作。所有PolyJet材料也可以涂漆，并與大多數(shù)塑料涂料兼容，例如丙烯酸和清漆。
設(shè)計準(zhǔn)則
如果您的零件要涂漆，它需要盡可能光滑，這從設(shè)計開始。對于FDM，選擇將生成光滑表面的構(gòu)建方向，但請記住方向也會影響強度。項目工程師通常會選擇最小的尺寸和的切片，以在保持強度的同時創(chuàng)建光滑的表面。孔、底切和空腔也必須考慮在內(nèi)，因為在打磨、打底和噴漆時很難觸及它們。
第 12 步：結(jié)論
通過精加工擺脫傳統(tǒng)的設(shè)計限制！
3D打印技術(shù)打破了傳統(tǒng)制造的規(guī)則。它允許工程師構(gòu)建復(fù)雜的幾何形狀，創(chuàng)建大型零件，功能而不是制造過程。那么，為什么要在一個平庸的部分上用廣泛的可能性換取漂亮的美學(xué)呢？通過增材制造專家的正確二次操作，您不必這樣做 - 您可以制造具有出色表面質(zhì)量的硬加工零件。精加工增強了3D打印機的功能，改善了美學(xué)和機械性能，提供了無可挑剔的近乎注塑成型的耐化學(xué)性。
