增材制造技术基础 课件 项目4 3D打印成形件后处理

项目四3D打印成形件后处理

3D打印技术包括三维建模、模型数据处理、3D打印过程以及成形件后处理。3D打印获得的成形件，表面和内部都会残留材料，表面通常会出现比较粗糙，有细微瑕疵的现象。同时表面粗糙度和力学性能也达不到要求，因此后处理非常重要。【模块目标】（1）掌握3D打印成形件的后处理方法。（2）掌握3D打印成形件后处理流程。【知识目标】（1）理解3D打印成形件的各种后处理方法。（2）理解3D打印技术精度。（3）理解3D打印成形件后处理流程。【能力目标】（1）会分析如何提高3D打印成形件的精度。（2）会根据成形件要求选用3D打印技术。（3）能动手进行3D打印后处理操作。提纲4.13D打印成形件后处理4.23D打印技术的精度4.33D打印技术的比较与选用4.13D打印成形件后处理什么是后处理？

后处理是指，很多普通的3D打印机打出来的产品，都是有瑕疵的，表面通常比较粗糙，这样便达不到自己想要的结果，可以通过后处理技术对模型进行后处理，从而达到自己满意的效果。4.13D打印成形件后处理一、任务引入

3D打印的确存在能够把成品直接打印为具有光滑表面的技术，不过拥有这些技术的3D打印机往往较昂贵。从快速成形机上取下的制品往往需要进行剥离，以便去除废料和支撑结构。

例如：打磨处理、手工上色、丙酮熏蒸、后固化、修补、打磨、抛光和表面强化处理等，这些工序统称为后处理。4.13D打印成形件后处理二、相关知识1.剥离处理剥离是将增材制造过程中产生的废料、支撑结构与工件分离。剥离有三种方法：（1）手工剥离（2）化学剥离（3）加热剥离4.13D打印成形件后处理二、相关知识1.剥离处理（1）手工剥离手工剥离法是操作者用手和一些较简单的工具使废料、支撑结构与工件分离。对于LOM成形的制品，一般用这种方法使网格状废料与工件分离。4.13D打印成形件后处理二、相关知识1.剥离处理（2）化学剥离

当某种化学溶液能溶解支撑结构而又不会损伤制件时，可以用此种化学溶液使支撑结构与工件分离。这种方法的剥离效率高，工件表面较清洁。4.13D打印成形件后处理二、相关知识1.剥离处理（3）加热剥离

当支撑结构为蜡，而成形材料为熔点较蜡高的材料时，可以用热水或适当温度的热蒸气使支撑结构熔化并与工件分离。这种方法的剥离效率高，工件表面较清洁。4.13D打印成形件后处理二、相关知识2.修补、打磨、抛光处理（1）修补：当成形件有较明显的小缺陷而需要修补时,可以用热熔塑料、乳胶与细粉料调和而成的腻子，或湿石膏等填充。（2）打磨、抛光：常见的工具有不同粒度的砂纸、小型电动或气动打磨机。4.13D打印成形件后处理二、相关知识3.表面涂覆处理表面涂覆是指在成形件表面涂覆一层新材料，在基质表面上形成一种膜层，来改善工件表面的性能，如电镀X化学镀)、喷漆(或上涂料)、热喷涂和气相沉积等。4.13D打印成形件后处理二、相关知识3.表面涂覆处理（1）喷漆将涂料涂覆在成形件表面上，可以显著提高成形件的性能。（2）电镀采用电化学沉积技术在成形件表面涂覆镍、铜、铅、金等金属或合金（3）物理蒸发沉积有热蒸发、溅射和电弧蒸发三种方式，分别产生低粒子能量、中粒子能量、高粒子能量。4.13D打印成形件后处理三、任务实施1.

后期处理的操作（1）砂纸打磨砂纸是最常用的打磨工具，需注意，打磨之前要先加一点水防止材料过热起毛。4.13D打印成形件后处理三、任务实施1.

后期处理的操作（2）丙酮抛光丙酮可以溶解ABS材料，所以ASB模型可以使用丙酮抛光，主要是用丙酮的蒸汽熏蒸3D模型来实现抛光。PLA材料则不可用丙酮抛光。4.13D打印成形件后处理三、任务实施1.

后期处理的操作（3）PLA抛光液PLA抛光液是指加水稀释过的亚克力胶水，主要成分是三氯甲烷或者氯化烷等混合溶剂。4.13D打印成形件后处理三、任务实施1.

后期处理的操作（4）表面喷砂操作人员手持喷嘴对准模型抛光，其原理是采用压缩空气为动力，已形成高速喷射束将喷料到需要处理的模型表面以达到抛光的效果。4.13D打印成形件后处理三、任务实施1.

后期处理的操作（5）黏合组装一些超大尺寸和多部件或拆件打印的模型，经常会需要到黏合。进行黏合最好是采用以点的方式涂抹胶水，然后用橡皮圈固定，可黏合的更加紧密。4.13D打印成形件后处理三、任务实施1.

后期处理的操作（6）模型上色喷漆法：操作比较简单，比较适合小型模型或模型精细的部分上色。4.13D打印成形件后处理三、任务实施1.

后期处理的操作（6）模型上色手涂法：更适合处理复杂的细节，上色时需以“#”来回平涂两到三遍，可使手绘时产生的笔纹减淡，令色彩均匀饱满。为了颜料可以更流畅色彩均匀进行涂装，可以滴入一些同品牌的溶剂在调色皿里进行稀释。4.13D打印成形件后处理三、任务实施2.

3D打印金属件的后处理（1）后处理必备工具①

手动拆支撑工具4.13D打印成形件后处理三、任务实施2.

3D打印金属件的后处理（1）后处理必备工具②

打磨工具4.13D打印成形件后处理三、任务实施2.

3D打印金属件的后处理（1）后处理必备工具③

手动抛光工具4.13D打印成形件后处理三、任务实施2.

3D打印金属件的后处理（2）3D打印金属后处理基本流程后处理流程主要包括：热处理、线切割、去支撑、打磨、机加工、抛光、喷砂等步骤。不同的零件后处理工序不同。4.13D打印成形件后处理三、任务实施2.

3D打印金属件的后处理（2）3D打印金属后处理基本流程①将工件用线切割机床将拉伸件从基板上分离下来，拆件方法有两种：线切割和钳断。4.13D打印成形件后处理三、任务实施2.

3D打印金属件的后处理（2）3D打印金属后处理基本流程②

去除支撑，使用钳子等工具将零件上的支撑拆除。4.13D打印成形件后处理三、任务实施2.

3D打印金属件的后处理（2）3D打印金属后处理基本流程③

打磨

支撑在零件上分离下来后会留下许多支撑痕，可用打磨头来打磨残留支撑点。4.13D打印成形件后处理三、任务实施2.

3D打印金属件的后处理（2）3D打印金属后处理基本流程④

喷砂打磨过后的拉伸件其表面还是比较粗糙，表面外观颜色不均匀，这时需要进行喷砂处理，喷砂之后表面相对光滑，颜色均匀。4.13D打印成形件后处理四、拓展阅读3D打印后处理

物品被3D打印出来后，有时还需要做后处理，主要是表面处理，常见的处理包括这几种:

一、砂纸打磨——物理抛光

二、化学抛光

三、表面喷砂

四、上色4.13D打印成形件后处理五、课堂讨论请同学们根据自己对3D打印成形件后处理的理解，分组讨论以下问题：●3D打印产品为什么要进行后处理?●分组讨论后处理的类型。●3D打印技术后处理的发展会有什么趋势?4.13D打印成形件后处理六、思考与练习1.3D打印技术后处理方法有哪些?2.后处理过程中，如何保证产品的质量？3.树脂产品和金属产品的后处理方法有什么不同？提纲4.13D打印成形件后处理4.23D打印技术的精度4.33D打印技术的比较与选用项目四3D打印成形件后处理

3D打印技术包括三维建模、模型数据处理、3D打印过程以及成形件后处理。3D打印获得的成形件，表面和内部都会残留材料，表面通常会出现比较粗糙，有细微瑕疵的现象。同时表面粗糙度和力学性能也达不到要求，因此后处理非常重要。【模块目标】（1）掌握3D打印成形件的后处理方法。（2）掌握3D打印成形件后处理流程。【知识目标】（1）理解3D打印成形件的各种后处理方法。（2）理解3D打印技术精度。（3）理解3D打印成形件后处理流程。【能力目标】（1）会分析如何提高3D打印成形件的精度。（2）会根据成形件要求选用3D打印技术。（3）能动手进行3D打印后处理操作。提纲4.13D打印成形件后处理4.23D打印技术的精度4.33D打印技术的比较与选用4.23D打印技术的精度3D打印技术的精度与什么相关？3D打印技术的精度与打印机的调平、耗材的品质、切片的数值、打印机的精密等级、环境的温度、湿度有关。调平前用1234调平对平台四个角进行校准再用交叉对齐将平台中央位置进行校准4.23D打印技术的精度一、任务引入3D打印技术精度●3D打印设备的精度●成形件精度4.23D打印技术的精度二、相关知识1.3D打印精度的概念3D打印技术的精度应包括硬件和软件两部分。硬件部分的精度主要指成形设备的各项精度。而软件部分的精度主要是指模型数据的处理精度。4.23D打印技术的精度二、相关知识2.成形件误差产生原因

（1）成形件误差产生原因分类4.23D打印技术的精度二、相关知识2.成形件误差产生原因（2）成形件误差的因素分析①

数据处理产生的误差在数据处理在这一过程中,产生误差的原因主要有两个：一个是CAD模型面型化带来的误差；另一个是分层处理产生的误差。4.23D打印技术的精度二、相关知识2.成形件误差产生原因（2）成形件误差的因素分析②

成形加工包括层准备和层制造与层叠加●层准备时产生的误差。●层制造与层叠加产生的误差。●后处理不当产生的误差。4.23D打印技术的精度二、相关知识3.成形件的表面质量成形件的表面误差有台阶、波浪和粗糙度。台阶误差常见于自由曲面处，以差值△h来衡量；波浪误差是成形件表面的明显起伏不平，以全长L上波峰与波谷的相对差值△h/L以及波峰的间距△A来衡量；粗糙度应在成形件各结构部分的侧面和上、下表面进行测量，并取其最大值。4.23D打印技术的精度三、任务实施1.

3D打印设备

（1）3D打印机框架的稳定性3D打印机的框架是所有电器和机械部件的载体。滑轨、丝杠、步进电动机、同步带等运动单元配合的紧密程度都依赖框架的稳定性。

4.23D打印技术的精度三、任务实施1.

3D打印设备

（2）直线运动机构目前3D打印机最常见的结构就是X、Y轴使用同步带和铬钢圆形硬轨，X、Y轴可以覆盖平面内的任意一个点，Z轴工作台搭配梯形丝杠，只负责打印工作台的上下移动。4.23D打印技术的精度三、任务实施1.

3D打印设备

（3）高品质的步进电动机和控制芯片步进电动机是直接带动滑动单元的部件，它是一种特殊的电动机，可以很精确地控制转动角度。它的运行需要控制芯片来驱动。4.23D打印技术的精度三、任务实施1.

3D打印设备

（4）喷嘴直径与层厚喷嘴直径决定挤出丝的宽度，进而影响成品精细程度。由于3D打印的材料是一层一层堆叠起来的，故层厚的设置同样也会影响成品的粗糙度。4.23D打印技术的精度三、任务实施2.

打印速度

3D打印是一个打印速度与挤出速度相互合理匹配的过程，若打印速度远快于挤出速度，喷嘴移动速度大于材料供给速度，则容易导致断丝；反之则会使熔丝来不及铺开，堆积在挤出头，粘连已经凝固的部分，导致材料分布不均，打印层产生起伏。4.23D打印技术的精度三、任务实施2.

打印速度

（1）层高层高是指每层材料堆叠的高度，从字面意思看，层高对于打印质量的影响是显而易见的，如果层高设置得很大，就可以很明显地看见每层之间的厚度和波纹。如果层高设得很小，则模型的表面会很精细，相应的打印时间也会变得更长。4.23D打印技术的精度三、任务实施2.

打印速度

（2）外壳层数外壳层数是指模型的外壁厚度，通常来讲，这个厚度取值是喷嘴直径的倍数即可。4.23D打印技术的精度三、任务实施2.

打印速度

（3）填充率填充率是指在模型内部填充的比例，通常来讲，模型的内部是被外壳封闭的，因此内部结构不需要完全填满。填充率的设置原则是在保证模型不塌陷、不变形的基础上尽可能的小，它的数值大小主要影响模型的强度和打印时间。4.23D打印技术的精度三、任务实施2.

打印速度

（4）回抽回抽是指在打印某些特殊镂空结构的时候，喷嘴移动到非打印区域时需要保证没有材料喷出，以免产生额外的支撑结构导致镂空部分被错误填充。4.23D打印技术的精度三、任务实施2.

打印速度

（5）打印材料打印材料对打印质量的影响也是一个不能忽视的因素，

这点从材料凝固的过程中可以体现。质地均匀的优质材料在凝固的过程中会比较均匀地收缩，而稍差的材料则在这一过程中会有不

规则的收缩，客观上导致一定程度的卷曲、翘边、变形等打印错误。4.23D打印技术的精度三、任务实施3.

模型的设计方式

3D打印机虽然可以很快捷地打印三维模型，但是并不代表模型可以随意

设计摆放，模型的设计要符合一定的力学和空间要求，

否则有很大概率导致打印失败。4.23D打印技术的精度三、任务实施4.

模型的支撑类型3D打印时产生的支撑类型主要有无支撑、接触面局部支撑和全部支撑3种，选择合适的支撑将极大地提高打印成功率和打印质量。4.23D打印技术的精度三、任务实施5.

打印温度家用FDM（熔融堆积式）3D打印机使用的材料为PLA和ABS。经过验证的结论是，当打印PLA材料时喷嘴的温度为180~210℃为宜;当打印ABS材料时喷嘴的温度为210~240℃为宜。最好可以保证环境温度在25℃左右，这样可以避免模型底部收缩变形。4.23D打印技术的精度四、拓展阅读影响FDM打印机精度的因素FDM机械系统主要由喷嘴、送丝机构、运动机构、加热工作室和工作台五部分组成。熔融沉积过程中使用的材料分为成型材料和支撑材料两部分。影响FDM成型零件精度的因素有哪些？FDM过程是一个集成制造过程，涉及CAD/CAM、资料的编制，物料的准备，物料的准备，过程参数的设定和后处理。每一个环节的误差都会影响到FDM成型零件的精度。以下打印讲述几个主要因素:一是材料性能二是分层厚度三是喷头温度四是填充速度和挤出速度4.23D打印技术的精度五、课堂讨论请同学们根据自己对3D打印技术的精度的理解，分组讨论以下问题：●3D打印技术的精度是指什么？●成形件误差产生的原因有哪些？●成形件的表面质量有哪些方面？4.23D打印技术的精度六、思考与练习1.如何提高3D打印的打印精度？2．哪些因素会影响FDM成形件的精度？3.如何提高FDM成形件的精度呢？提纲4.13D打印成形件后处理4.23D打印技术的精度4.33D打印技术的比较与选用项目四3D打印成形件后处理

3D打印技术包括三维建模、模型数据处理、3D打印过程以及成形件后处理。3D打印获得的成形件，表面和内部都会残留材料，表面通常会出现比较粗糙，有细微瑕疵的现象。同时表面粗糙度和力学性能也达不到要求，因此后处理非常重要。【模块目标】（1）掌握3D打印成形件的后处理方法。（2）掌握3D打印成形件后处理流程。【知识目标】（1）理解3D打印成形件的各种后处理方法。（2）理解3D打印技术精度。（3）理解3D打印成形件后处理流程。【能力目标】（1）会分析如何提高3D打印成形件的精度。（2）会根据成形件要求选用3D打印技术。（3）能动手进行3D打印后处理操作。提纲4.13D打印成形件后处理4.23D打印技术的精度4.33D打印技术的比较与选用4.33D打印技术的比较与选用一、任务引入3D打印技术3D打印产业链主要涵盖3D打印技术研究、3D打印材料研发、软件开发、D打印设备研发制造、3D建模、3D打印应用与服务等若干重要环节。4.33D打印技术的比较与选用二、相关知识1.主要3D打印技术的优、缺点

FDM：容易操作和维护，与其它打印技术相比更加经济实惠，相对干净不需要使用刺激性化学药品

。SLA：适合形状复杂的模型，表面质量较好适合做精细的零件。SLS：成品带有少量粉末，没有层积纹理，零件具有较高的机械能，打印是不需要支撑。

4.33D打印技术的比较与选用二、相关知识1.主要3D打印技术的优、缺点

3DP：可以采用任何材料来成形工件，能形成比较复杂的空腔，更细致表现细节。但是成形件的强度低，只能做概念型使用。LOM：成形效率高，设备价格和材料价格低，成形材料收缩和翘曲变形小，尺寸稳定性好。但是材料应用范围小，需要制作特定厚度的薄层材料，且层和层之间的结合力较差。4.33D打印技术的比较与选用二、相关知识2.国外3D打印厂商

（1）3DSystem（3D系统）（2）Stratasys（斯特塔西）（3）EOS（EOS打印机）4.33D打印技术的比较与选用二、相关知识3.国内3D打印厂商

（1）杭州先临三维（2）铂力特（3）闪铸科技（4）极光尔沃（5）创想三维4.33D打印技术的比较与选用三、任务实施4.33D打印技术的比较与选用三、任务实施1.成形件的用途

成形件可能有多种不同的用途要求，但是，每种类型的快速成形机只能满足有限的要求。（1）检查和核实形状、尺寸用的样品（2）性能考核用样品（3）模具（4）小批量和特殊复杂零件的直接生产（5）新材料的研究4.33D打印技术的比较与选用三、任务实施2.成形件的形状

对于形状复杂、薄壁的小工件，比较适合用SLS.SLA和FDM快速成形机制作;对于厚实的中、大型工件，比较适合用LOM型快速成形机制作。4.33D打印技术的比较与选用三、任务实施3.

成形件的尺寸大小

每种型号的快速成形机所能制造的最大制件尺寸有一定的限制。通常，工件的尺寸不能超过上述限制值。4.33D打印技术的比较与