增材制造技術(shù)基礎(chǔ) 課件 項目4 3D打印成形件后處理

項目四3D打印成形件后處理

3D打印技術(shù)包括三維建模、模型數(shù)據(jù)處理、3D打印過程以及成形件后處理。3D打印獲得的成形件，表面和內(nèi)部都會殘留材料，表面通常會出現(xiàn)比較粗糙，有細微瑕疵的現(xiàn)象。同時表面粗糙度和力學性能也達不到要求，因此后處理非常重要。【模塊目標】（1）掌握3D打印成形件的后處理方法。（2）掌握3D打印成形件后處理流程。【知識目標】（1）理解3D打印成形件的各種后處理方法。（2）理解3D打印技術(shù)精度。（3）理解3D打印成形件后處理流程?！灸芰δ繕恕浚?）會分析如何提高3D打印成形件的精度。（2）會根據(jù)成形件要求選用3D打印技術(shù)。（3）能動手進行3D打印后處理操作。提綱4.13D打印成形件后處理4.23D打印技術(shù)的精度4.33D打印技術(shù)的比較與選用4.13D打印成形件后處理什么是后處理？

后處理是指，很多普通的3D打印機打出來的產(chǎn)品，都是有瑕疵的，表面通常比較粗糙，這樣便達不到自己想要的結(jié)果，可以通過后處理技術(shù)對模型進行后處理，從而達到自己滿意的效果。4.13D打印成形件后處理一、任務(wù)引入

3D打印的確存在能夠把成品直接打印為具有光滑表面的技術(shù)，不過擁有這些技術(shù)的3D打印機往往較昂貴。從快速成形機上取下的制品往往需要進行剝離，以便去除廢料和支撐結(jié)構(gòu)。

例如：打磨處理、手工上色、丙酮熏蒸、后固化、修補、打磨、拋光和表面強化處理等，這些工序統(tǒng)稱為后處理。4.13D打印成形件后處理二、相關(guān)知識1.剝離處理剝離是將增材制造過程中產(chǎn)生的廢料、支撐結(jié)構(gòu)與工件分離。剝離有三種方法：（1）手工剝離（2）化學剝離（3）加熱剝離4.13D打印成形件后處理二、相關(guān)知識1.剝離處理（1）手工剝離手工剝離法是操作者用手和一些較簡單的工具使廢料、支撐結(jié)構(gòu)與工件分離。對于LOM成形的制品，一般用這種方法使網(wǎng)格狀廢料與工件分離。4.13D打印成形件后處理二、相關(guān)知識1.剝離處理（2）化學剝離

當某種化學溶液能溶解支撐結(jié)構(gòu)而又不會損傷制件時，可以用此種化學溶液使支撐結(jié)構(gòu)與工件分離。這種方法的剝離效率高，工件表面較清潔。4.13D打印成形件后處理二、相關(guān)知識1.剝離處理（3）加熱剝離

當支撐結(jié)構(gòu)為蠟，而成形材料為熔點較蠟高的材料時，可以用熱水或適當溫度的熱蒸氣使支撐結(jié)構(gòu)熔化并與工件分離。這種方法的剝離效率高，工件表面較清潔。4.13D打印成形件后處理二、相關(guān)知識2.修補、打磨、拋光處理（1）修補：當成形件有較明顯的小缺陷而需要修補時,可以用熱熔塑料、乳膠與細粉料調(diào)和而成的膩子，或濕石膏等填充。（2）打磨、拋光：常見的工具有不同粒度的砂紙、小型電動或氣動打磨機。4.13D打印成形件后處理二、相關(guān)知識3.表面涂覆處理表面涂覆是指在成形件表面涂覆一層新材料，在基質(zhì)表面上形成一種膜層，來改善工件表面的性能，如電鍍X化學鍍)、噴漆(或上涂料)、熱噴涂和氣相沉積等。4.13D打印成形件后處理二、相關(guān)知識3.表面涂覆處理（1）噴漆將涂料涂覆在成形件表面上，可以顯著提高成形件的性能。（2）電鍍采用電化學沉積技術(shù)在成形件表面涂覆鎳、銅、鉛、金等金屬或合金（3）物理蒸發(fā)沉積有熱蒸發(fā)、濺射和電弧蒸發(fā)三種方式，分別產(chǎn)生低粒子能量、中粒子能量、高粒子能量。4.13D打印成形件后處理三、任務(wù)實施1.

后期處理的操作（1）砂紙打磨砂紙是最常用的打磨工具，需注意，打磨之前要先加一點水防止材料過熱起毛。4.13D打印成形件后處理三、任務(wù)實施1.

后期處理的操作（2）丙酮拋光丙酮可以溶解ABS材料，所以ASB模型可以使用丙酮拋光，主要是用丙酮的蒸汽熏蒸3D模型來實現(xiàn)拋光。PLA材料則不可用丙酮拋光。4.13D打印成形件后處理三、任務(wù)實施1.

后期處理的操作（3）PLA拋光液PLA拋光液是指加水稀釋過的亞克力膠水，主要成分是三氯甲烷或者氯化烷等混合溶劑。4.13D打印成形件后處理三、任務(wù)實施1.

后期處理的操作（4）表面噴砂操作人員手持噴嘴對準模型拋光，其原理是采用壓縮空氣為動力，已形成高速噴射束將噴料到需要處理的模型表面以達到拋光的效果。4.13D打印成形件后處理三、任務(wù)實施1.

后期處理的操作（5）黏合組裝一些超大尺寸和多部件或拆件打印的模型，經(jīng)常會需要到黏合。進行黏合最好是采用以點的方式涂抹膠水，然后用橡皮圈固定，可黏合的更加緊密。4.13D打印成形件后處理三、任務(wù)實施1.

后期處理的操作（6）模型上色噴漆法：操作比較簡單，比較適合小型模型或模型精細的部分上色。4.13D打印成形件后處理三、任務(wù)實施1.

后期處理的操作（6）模型上色手涂法：更適合處理復(fù)雜的細節(jié)，上色時需以“#”來回平涂兩到三遍，可使手繪時產(chǎn)生的筆紋減淡，令色彩均勻飽滿。為了顏料可以更流暢色彩均勻進行涂裝，可以滴入一些同品牌的溶劑在調(diào)色皿里進行稀釋。4.13D打印成形件后處理三、任務(wù)實施2.

3D打印金屬件的后處理（1）后處理必備工具①

手動拆支撐工具4.13D打印成形件后處理三、任務(wù)實施2.

3D打印金屬件的后處理（1）后處理必備工具②

打磨工具4.13D打印成形件后處理三、任務(wù)實施2.

3D打印金屬件的后處理（1）后處理必備工具③

手動拋光工具4.13D打印成形件后處理三、任務(wù)實施2.

3D打印金屬件的后處理（2）3D打印金屬后處理基本流程后處理流程主要包括：熱處理、線切割、去支撐、打磨、機加工、拋光、噴砂等步驟。不同的零件后處理工序不同。4.13D打印成形件后處理三、任務(wù)實施2.

3D打印金屬件的后處理（2）3D打印金屬后處理基本流程①將工件用線切割機床將拉伸件從基板上分離下來，拆件方法有兩種：線切割和鉗斷。4.13D打印成形件后處理三、任務(wù)實施2.

3D打印金屬件的后處理（2）3D打印金屬后處理基本流程②

去除支撐，使用鉗子等工具將零件上的支撐拆除。4.13D打印成形件后處理三、任務(wù)實施2.

3D打印金屬件的后處理（2）3D打印金屬后處理基本流程③

打磨

支撐在零件上分離下來后會留下許多支撐痕，可用打磨頭來打磨殘留支撐點。4.13D打印成形件后處理三、任務(wù)實施2.

3D打印金屬件的后處理（2）3D打印金屬后處理基本流程④

噴砂打磨過后的拉伸件其表面還是比較粗糙，表面外觀顏色不均勻，這時需要進行噴砂處理，噴砂之后表面相對光滑，顏色均勻。4.13D打印成形件后處理四、拓展閱讀3D打印后處理

物品被3D打印出來后，有時還需要做后處理，主要是表面處理，常見的處理包括這幾種:

一、砂紙打磨——物理拋光

二、化學拋光

三、表面噴砂

四、上色4.13D打印成形件后處理五、課堂討論請同學們根據(jù)自己對3D打印成形件后處理的理解，分組討論以下問題：●3D打印產(chǎn)品為什么要進行后處理?●分組討論后處理的類型?！?D打印技術(shù)后處理的發(fā)展會有什么趨勢?4.13D打印成形件后處理六、思考與練習1.3D打印技術(shù)后處理方法有哪些?2.后處理過程中，如何保證產(chǎn)品的質(zhì)量？3.樹脂產(chǎn)品和金屬產(chǎn)品的后處理方法有什么不同？提綱4.13D打印成形件后處理4.23D打印技術(shù)的精度4.33D打印技術(shù)的比較與選用項目四3D打印成形件后處理

3D打印技術(shù)包括三維建模、模型數(shù)據(jù)處理、3D打印過程以及成形件后處理。3D打印獲得的成形件，表面和內(nèi)部都會殘留材料，表面通常會出現(xiàn)比較粗糙，有細微瑕疵的現(xiàn)象。同時表面粗糙度和力學性能也達不到要求，因此后處理非常重要?！灸K目標】（1）掌握3D打印成形件的后處理方法。（2）掌握3D打印成形件后處理流程?！局R目標】（1）理解3D打印成形件的各種后處理方法。（2）理解3D打印技術(shù)精度。（3）理解3D打印成形件后處理流程?！灸芰δ繕恕浚?）會分析如何提高3D打印成形件的精度。（2）會根據(jù)成形件要求選用3D打印技術(shù)。（3）能動手進行3D打印后處理操作。提綱4.13D打印成形件后處理4.23D打印技術(shù)的精度4.33D打印技術(shù)的比較與選用4.23D打印技術(shù)的精度3D打印技術(shù)的精度與什么相關(guān)？3D打印技術(shù)的精度與打印機的調(diào)平、耗材的品質(zhì)、切片的數(shù)值、打印機的精密等級、環(huán)境的溫度、濕度有關(guān)。調(diào)平前用1234調(diào)平對平臺四個角進行校準再用交叉對齊將平臺中央位置進行校準4.23D打印技術(shù)的精度一、任務(wù)引入3D打印技術(shù)精度●3D打印設(shè)備的精度●成形件精度4.23D打印技術(shù)的精度二、相關(guān)知識1.3D打印精度的概念3D打印技術(shù)的精度應(yīng)包括硬件和軟件兩部分。硬件部分的精度主要指成形設(shè)備的各項精度。而軟件部分的精度主要是指模型數(shù)據(jù)的處理精度。4.23D打印技術(shù)的精度二、相關(guān)知識2.成形件誤差產(chǎn)生原因

（1）成形件誤差產(chǎn)生原因分類4.23D打印技術(shù)的精度二、相關(guān)知識2.成形件誤差產(chǎn)生原因（2）成形件誤差的因素分析①

數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生的誤差在數(shù)據(jù)處理在這一過程中,產(chǎn)生誤差的原因主要有兩個：一個是CAD模型面型化帶來的誤差；另一個是分層處理產(chǎn)生的誤差。4.23D打印技術(shù)的精度二、相關(guān)知識2.成形件誤差產(chǎn)生原因（2）成形件誤差的因素分析②

成形加工包括層準備和層制造與層疊加●層準備時產(chǎn)生的誤差?！駥又圃炫c層疊加產(chǎn)生的誤差。●后處理不當產(chǎn)生的誤差。4.23D打印技術(shù)的精度二、相關(guān)知識3.成形件的表面質(zhì)量成形件的表面誤差有臺階、波浪和粗糙度。臺階誤差常見于自由曲面處，以差值△h來衡量；波浪誤差是成形件表面的明顯起伏不平，以全長L上波峰與波谷的相對差值△h/L以及波峰的間距△A來衡量；粗糙度應(yīng)在成形件各結(jié)構(gòu)部分的側(cè)面和上、下表面進行測量，并取其最大值。4.23D打印技術(shù)的精度三、任務(wù)實施1.

3D打印設(shè)備

（1）3D打印機框架的穩(wěn)定性3D打印機的框架是所有電器和機械部件的載體?；墶⒔z杠、步進電動機、同步帶等運動單元配合的緊密程度都依賴框架的穩(wěn)定性。

4.23D打印技術(shù)的精度三、任務(wù)實施1.

3D打印設(shè)備

（2）直線運動機構(gòu)目前3D打印機最常見的結(jié)構(gòu)就是X、Y軸使用同步帶和鉻鋼圓形硬軌，X、Y軸可以覆蓋平面內(nèi)的任意一個點，Z軸工作臺搭配梯形絲杠，只負責打印工作臺的上下移動。4.23D打印技術(shù)的精度三、任務(wù)實施1.

3D打印設(shè)備

（3）高品質(zhì)的步進電動機和控制芯片步進電動機是直接帶動滑動單元的部件，它是一種特殊的電動機，可以很精確地控制轉(zhuǎn)動角度。它的運行需要控制芯片來驅(qū)動。4.23D打印技術(shù)的精度三、任務(wù)實施1.

3D打印設(shè)備

（4）噴嘴直徑與層厚噴嘴直徑?jīng)Q定擠出絲的寬度，進而影響成品精細程度。由于3D打印的材料是一層一層堆疊起來的，故層厚的設(shè)置同樣也會影響成品的粗糙度。4.23D打印技術(shù)的精度三、任務(wù)實施2.

打印速度

3D打印是一個打印速度與擠出速度相互合理匹配的過程，若打印速度遠快于擠出速度，噴嘴移動速度大于材料供給速度，則容易導致斷絲；反之則會使熔絲來不及鋪開，堆積在擠出頭，粘連已經(jīng)凝固的部分，導致材料分布不均，打印層產(chǎn)生起伏。4.23D打印技術(shù)的精度三、任務(wù)實施2.

打印速度

（1）層高層高是指每層材料堆疊的高度，從字面意思看，層高對于打印質(zhì)量的影響是顯而易見的，如果層高設(shè)置得很大，就可以很明顯地看見每層之間的厚度和波紋。如果層高設(shè)得很小，則模型的表面會很精細，相應(yīng)的打印時間也會變得更長。4.23D打印技術(shù)的精度三、任務(wù)實施2.

打印速度

（2）外殼層數(shù)外殼層數(shù)是指模型的外壁厚度，通常來講，這個厚度取值是噴嘴直徑的倍數(shù)即可。4.23D打印技術(shù)的精度三、任務(wù)實施2.

打印速度

（3）填充率填充率是指在模型內(nèi)部填充的比例，通常來講，模型的內(nèi)部是被外殼封閉的，因此內(nèi)部結(jié)構(gòu)不需要完全填滿。填充率的設(shè)置原則是在保證模型不塌陷、不變形的基礎(chǔ)上盡可能的小，它的數(shù)值大小主要影響模型的強度和打印時間。4.23D打印技術(shù)的精度三、任務(wù)實施2.

打印速度

（4）回抽回抽是指在打印某些特殊鏤空結(jié)構(gòu)的時候，噴嘴移動到非打印區(qū)域時需要保證沒有材料噴出，以免產(chǎn)生額外的支撐結(jié)構(gòu)導致鏤空部分被錯誤填充。4.23D打印技術(shù)的精度三、任務(wù)實施2.

打印速度

（5）打印材料打印材料對打印質(zhì)量的影響也是一個不能忽視的因素，

這點從材料凝固的過程中可以體現(xiàn)。質(zhì)地均勻的優(yōu)質(zhì)材料在凝固的過程中會比較均勻地收縮，而稍差的材料則在這一過程中會有不

規(guī)則的收縮，客觀上導致一定程度的卷曲、翹邊、變形等打印錯誤。4.23D打印技術(shù)的精度三、任務(wù)實施3.

模型的設(shè)計方式

3D打印機雖然可以很快捷地打印三維模型，但是并不代表模型可以隨意

設(shè)計擺放，模型的設(shè)計要符合一定的力學和空間要求，

否則有很大概率導致打印失敗。4.23D打印技術(shù)的精度三、任務(wù)實施4.

模型的支撐類型3D打印時產(chǎn)生的支撐類型主要有無支撐、接觸面局部支撐和全部支撐3種，選擇合適的支撐將極大地提高打印成功率和打印質(zhì)量。4.23D打印技術(shù)的精度三、任務(wù)實施5.

打印溫度家用FDM（熔融堆積式）3D打印機使用的材料為PLA和ABS。經(jīng)過驗證的結(jié)論是，當打印PLA材料時噴嘴的溫度為180~210℃為宜;當打印ABS材料時噴嘴的溫度為210~240℃為宜。最好可以保證環(huán)境溫度在25℃左右，這樣可以避免模型底部收縮變形。4.23D打印技術(shù)的精度四、拓展閱讀影響FDM打印機精度的因素FDM機械系統(tǒng)主要由噴嘴、送絲機構(gòu)、運動機構(gòu)、加熱工作室和工作臺五部分組成。熔融沉積過程中使用的材料分為成型材料和支撐材料兩部分。影響FDM成型零件精度的因素有哪些？FDM過程是一個集成制造過程，涉及CAD/CAM、資料的編制，物料的準備，物料的準備，過程參數(shù)的設(shè)定和后處理。每一個環(huán)節(jié)的誤差都會影響到FDM成型零件的精度。以下打印講述幾個主要因素:一是材料性能二是分層厚度三是噴頭溫度四是填充速度和擠出速度4.23D打印技術(shù)的精度五、課堂討論請同學們根據(jù)自己對3D打印技術(shù)的精度的理解，分組討論以下問題：●3D打印技術(shù)的精度是指什么？●成形件誤差產(chǎn)生的原因有哪些？●成形件的表面質(zhì)量有哪些方面？4.23D打印技術(shù)的精度六、思考與練習1.如何提高3D打印的打印精度？2．哪些因素會影響FDM成形件的精度？3.如何提高FDM成形件的精度呢？提綱4.13D打印成形件后處理4.23D打印技術(shù)的精度4.33D打印技術(shù)的比較與選用項目四3D打印成形件后處理

3D打印技術(shù)包括三維建模、模型數(shù)據(jù)處理、3D打印過程以及成形件后處理。3D打印獲得的成形件，表面和內(nèi)部都會殘留材料，表面通常會出現(xiàn)比較粗糙，有細微瑕疵的現(xiàn)象。同時表面粗糙度和力學性能也達不到要求，因此后處理非常重要?！灸K目標】（1）掌握3D打印成形件的后處理方法。（2）掌握3D打印成形件后處理流程?！局R目標】（1）理解3D打印成形件的各種后處理方法。（2）理解3D打印技術(shù)精度。（3）理解3D打印成形件后處理流程?！灸芰δ繕恕浚?）會分析如何提高3D打印成形件的精度。（2）會根據(jù)成形件要求選用3D打印技術(shù)。（3）能動手進行3D打印后處理操作。提綱4.13D打印成形件后處理4.23D打印技術(shù)的精度4.33D打印技術(shù)的比較與選用4.33D打印技術(shù)的比較與選用一、任務(wù)引入3D打印技術(shù)3D打印產(chǎn)業(yè)鏈主要涵蓋3D打印技術(shù)研究、3D打印材料研發(fā)、軟件開發(fā)、D打印設(shè)備研發(fā)制造、3D建模、3D打印應(yīng)用與服務(wù)等若干重要環(huán)節(jié)。4.33D打印技術(shù)的比較與選用二、相關(guān)知識1.主要3D打印技術(shù)的優(yōu)、缺點

FDM：容易操作和維護，與其它打印技術(shù)相比更加經(jīng)濟實惠，相對干凈不需要使用刺激性化學藥品

。SLA：適合形狀復(fù)雜的模型，表面質(zhì)量較好適合做精細的零件。SLS：成品帶有少量粉末，沒有層積紋理，零件具有較高的機械能，打印是不需要支撐。

4.33D打印技術(shù)的比較與選用二、相關(guān)知識1.主要3D打印技術(shù)的優(yōu)、缺點

3DP：可以采用任何材料來成形工件，能形成比較復(fù)雜的空腔，更細致表現(xiàn)細節(jié)。但是成形件的強度低，只能做概念型使用。LOM：成形效率高，設(shè)備價格和材料價格低，成形材料收縮和翹曲變形小，尺寸穩(wěn)定性好。但是材料應(yīng)用范圍小，需要制作特定厚度的薄層材料，且層和層之間的結(jié)合力較差。4.33D打印技術(shù)的比較與選用二、相關(guān)知識2.國外3D打印廠商

（1）3DSystem（3D系統(tǒng)）（2）Stratasys（斯特塔西）（3）EOS（EOS打印機）4.33D打印技術(shù)的比較與選用二、相關(guān)知識3.國內(nèi)3D打印廠商

（1）杭州先臨三維（2）鉑力特（3）閃鑄科技（4）極光爾沃（5）創(chuàng)想三維4.33D打印技術(shù)的比較與選用三、任務(wù)實施4.33D打印技術(shù)的比較與選用三、任務(wù)實施1.成形件的用途

成形件可能有多種不同的用途要求，但是，每種類型的快速成形機只能滿足有限的要求。（1）檢查和核實形狀、尺寸用的樣品（2）性能考核用樣品（3）模具（4）小批量和特殊復(fù)雜零件的直接生產(chǎn)（5）新材料的研究4.33D打印技術(shù)的比較與選用三、任務(wù)實施2.成形件的形狀

對于形狀復(fù)雜、薄壁的小工件，比較適合用SLS.SLA和FDM快速成形機制作;對于厚實的中、大型工件，比較適合用LOM型快速成形機制作。4.33D打印技術(shù)的比較與選用三、任務(wù)實施3.

成形件的尺寸大小

每種型號的快速成形機所能制造的最大制件尺寸有一定的限制。通常，工件的尺寸不能超過上述限制值。4.33D打印技術(shù)的比較與