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FDM 和 PolyJet 3D 打印部件的精加工選項(xiàng)
閱讀：168 發(fā)布時(shí)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(duì)其進(jìn)行重塑以滿足某些尺寸，或者使用它來增強(qiáng)功能，例如增加強(qiáng)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(jìn)行增強(qiáng)，但與增材制造設(shè)計(jì)非常相似，適用不同的流程和實(shí)踐。
在整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(duì)FDM和PolyJet 3D打印技術(shù)實(shí)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(jì)注意事項(xiàng)進(jìn)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(jī)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(xì)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?yàn)樗且环N在不影響機(jī)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(qǐng)咨詢?cè)霾闹圃祉?xiàng)目工程師，以找到您應(yīng)用的砂礫。
設(shè)計(jì)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(jì)以包括補(bǔ)充材料。此外，請(qǐng)記住，很難觸及小的底切、懸垂和孔洞，因此您可能需要實(shí)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(shí)現(xiàn) 63 – 30 微米表面光潔度的快速方法，當(dāng)成本或時(shí)間禁止較慢的手動(dòng)平滑方法時(shí)。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(qiáng)的 FDM 熱塑性塑料由于與溶劑的化學(xué)反應(yīng)而無法進(jìn)行蒸汽平滑處理。
設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
確保材料是基于ABS的FDM熱塑性塑料，因?yàn)樵撨^程會(huì)改變其他塑料的機(jī)械性能。對(duì)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(xì)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(dá)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(jìn)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?yàn)楸砻婀鉂嵍染?xì)。
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(jì)準(zhǔn)則
雖然噴珠去除了材料，但它通常非常小，不會(huì)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(dòng)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(dòng)單元中，機(jī)器在其中旋轉(zhuǎn)數(shù)小時(shí)，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(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是能夠一次平滑多個(gè)零件，這是在小批量生產(chǎn)運(yùn)行中均勻完成質(zhì)量的不錯(cuò)選擇。相對(duì)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(jì)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(jì)選擇介質(zhì)至關(guān)重要。小部件需要小介質(zhì)，而高度詳細(xì)或特色部件需要復(fù)雜的介質(zhì)形狀，例如星形。請(qǐng)注意，制造商對(duì)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(xiàng)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(jì)具有更厚外壁的零件。
第 5 步：滿足尺寸公差 - 機(jī)加工
CNC加工通常用于從材料塊中銑削零件。但是對(duì)于復(fù)雜的增材制造零件，加工可以作為輔助操作來實(shí)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(jí)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(jì)指南
加工不會(huì)改變 3D 打印零件的機(jī)械性能，但在設(shè)計(jì)零件時(shí)，請(qǐng)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(shí)，它會(huì)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?yàn)樗鼈儾簧婕凹訜崴芰稀?/span>
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(jī)器在某一層停止，插入件被嵌入，然后從該點(diǎn)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(diǎn)，但可以嵌入較小的中間嵌件。與項(xiàng)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(jì)指南
您可以在設(shè)計(jì)文件中包含一個(gè)內(nèi)置型腔來考慮刀片或擴(kuò)孔，這可以更準(zhǔn)確，但也更耗時(shí)。
如果要在 FDM 構(gòu)建過程中添加硬件，則還有一個(gè)附加準(zhǔn)則。FDM機(jī)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(jī)器構(gòu)建平臺(tái)的零件。CAD設(shè)計(jì)被分成帶有燕尾接頭的獨(dú)立部分，這些接頭在單獨(dú)的3D打印機(jī)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(dòng)以熔化哀嘆，然后填充接縫。熱風(fēng)焊接的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它不會(huì)向零件添加任何異物——它使用相同的型號(hào)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(jī)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(gè)機(jī)器構(gòu)建平臺(tái)上的零件，方法是對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行切片，構(gòu)建單獨(dú)的零件并將它們連接在一起。切片和焊接也用于節(jié)省時(shí)間。項(xiàng)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(dú)構(gòu)建它們來消除過多的支撐結(jié)構(gòu)。
設(shè)計(jì)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(qiáng)度。增材制造項(xiàng)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(qiáng)度、構(gòu)建時(shí)間和成本。
第 8 步：組裝組件 - 粘接
粘接是連接多個(gè)部分以創(chuàng)建大型零件的另一種方法。增材制造項(xiàng)目工程師通常使用雙組分環(huán)氧樹脂，因?yàn)樗鼈儽憩F(xiàn)出出色的機(jī)械強(qiáng)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(qiáng)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(huì)與某些溶劑或膠水粘附。請(qǐng)咨詢?cè)霾闹圃祉?xiàng)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(jī)器上是天然多孔的，這對(duì)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(qiáng)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(jìn)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(dá)65 psi（448 kPa）壓力的氣密密封。
設(shè)計(jì)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(dá)。如果您的零件需要滿足嚴(yán)格的尺寸公差，我們建議使用不會(huì)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?cè)诹慵砻娉练e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(jiān)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(qiáng)度和表面耐久性。在測試中，電鍍FDM測試棒的拉伸強(qiáng)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(qiáng)度使電鍍非常適合汽車應(yīng)用，裝飾價(jià)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(jì)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(xiàng)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(jìn)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(jì)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(jì)開始。對(duì)于FDM，選擇將生成光滑表面的構(gòu)建方向，但請(qǐng)記住方向也會(huì)影響強(qiáng)度。項(xiàng)目工程師通常會(huì)選擇最小的尺寸和的切片，以在保持強(qiáng)度的同時(shí)創(chuàng)建光滑的表面。孔、底切和空腔也必須考慮在內(nèi)，因?yàn)樵诖蚰ァ⒋虻缀蛧娖釙r(shí)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(jì)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(gè)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(qiáng)了3D打印機(jī)的功能，改善了美學(xué)和機(jī)械性能，提供了無可挑剔的近乎注塑成型的耐化學(xué)性。
