增材制造与创新设计：从概念到产品 课件 第5章 增材制造后处理及经验总结

第5章增材制造后处理及经验总结增材制造与创新设计：从概念到产品目录contents32145.4打印经验总结5.3打印常见问题及解决方案5.2打印模型质量评价5.1打印模型后期处理案例导入打印完成不代表打印工作结束，一件完美的打印件，必须经过后处理工艺。后处理都有哪些方法？如何评价打印模型的质量？增材制造领域的先驱者们给我们留下了什么宝贵的经验呢？。本章学习目标1、认知目标

掌握增材制造后处理的基本技巧，学习如何妥善保存和处理3D打印产品，包括防潮、防晒、避免杂质污染等，以确保打印过程的顺利进行。掌握模型打印效果的评估方法，理解不同材料对打印精度、表面质量、后处理等方面的影响，以便在设计阶段就考虑到材料的限制和优势。识别并理解常见的3D打印问题，了解层间粘连、模型翘曲、表面粗糙等常见问题及其成因，以便在打印过程中及时发现并处理。掌握问题诊断与解决的基本方法，学会通过调整打印参数、优化模型设计、改进材料处理等方式解决常见问题，提高打印成功率。。2、能力目标

培养解决复杂打印问题的能力，通过案例分析和实践经验积累，提升解决复杂打印问题的能力和水平，为应对未来可能出现的挑战做好准备。。3、素养目标培养学生团队合作精神和自主学习能力，学会将所学知识应用于实际工作中，不断总结经验教训，提高解决问题的能力。5.1打印模型后期处理后处理后期处理是3D打印过程中一个非常重要的工艺，有时甚至比打印机性能还重要。相对于优化提升3D打印机质量，后期处理更为实惠、高效、靠谱。

如图所示的模型支撑部分，支撑去除是后处理的最基本形式。通常移除支撑不需要太多工作量，除非在狭窄的角落或其他难以到达的地方有支撑。①优点●比较容易上手●不需要太多设备●可溶性支撑提供更大的设计灵活性②缺点●即使小心移除，也会留下痕迹5.1.1去除支撑除了去除支撑外，打磨是最常见的后处理形式。如图所示，通常FDM3D打印的表面可能会有些粗糙，打印后，零件表面可能会留下一些斑点，或者在移除支撑后可能会留下一些痕迹。去除这些瑕疵的理想方法是使用砂纸。最好从低粒度砂纸(150-400)开始，然后在几个打磨阶段转向更高粒度的砂纸（最高2000目）。打磨的几个关键技巧是湿打磨和圆周运动。当您打磨零件时，砂纸和表面之间的摩擦会产生热量，这可能会对打印的精细特征产生负面影响，尤其是热敏细丝。为避免这种情况，只需在打磨前弄湿零件以吸收多余的热量。①优点●适合接下来的抛光或喷漆工作●很好地抚平表面●所有FDM材料都可以打磨②缺点●比较耗时●很难在小特征和细节上执行●会影响尺寸精度5.1.2打磨如果使用ABS材料3D打印大型物体，但3D打印机的构建体积太小，焊接是完美解决方案。在这种情况下，焊接与金属没有任何关系。在FDM3D打印中，焊接是指使用丙酮连接ABS零件。丙酮具有熔化ABS的能力，因此这意味着可以使用丙酮焊接来连接ABS零件。这个过程相当简单，在要“粘合”的部分上涂抹一点丙酮。这将稍微熔化塑料，然后将另一部分连接到熔化的边缘以将它们焊接在一起。①优点●比较容易上手●不需要太多设备●可溶性支撑提供更大的设计灵活性②缺点●即使小心移除，也会留下痕迹①优点●比其他连接方法更强●便宜●所需技能水平低②缺点●使用丙酮过多会损坏整个零件●焊缝的强度不如零件的其余部分●只有ABS可以用丙酮焊接5.1.3焊接虽然焊接是合并多个3D打印部件的好方法，但只有在ABS中打印的部件才有可能，用其他材料制成的3D打印件仍然可以通过胶合来连接。与焊接类似，这通常用于由于打印机的尺寸限制而无法单件打印的情况。例如PLA和PETG是可以使用强力胶等粘合剂或3DGloop等定制产品轻松粘合在一起的材料。①优点●比较容易上手●不需要太多设备●可溶性支撑提供更大的设计灵活性②缺点●即使小心移除，也会留下痕迹①优点●适合接下来的抛光或喷漆工作●很好地抚平表面●所有FDM材料都可以打磨②缺点●比较耗时●很难在小特征和细节上执行●会影响尺寸精度5.1.4胶合底漆上色是一种后处理技术，用于准备用于绘画的表面。它只是意味着用底漆或底漆喷涂零件，作为稍后将要应用的油漆的基础层。在涂抹底漆之前，最好先用低粒度砂纸打磨零件，然后再用中等粒度砂纸打磨。这会去除层线并平滑表面。打磨零件后，涂上两层底漆，让它在两者之间尝试。一切都干燥后，可以开始使用刷子或喷雾器绘制3D打印件。如果想实现锐利的颜色交叉，使用遮蔽胶带是一个完美的解决方案。最好在通风良好的区域或户外进行底漆和喷漆，同时戴上口罩以避免吸入不需要的烟雾。①优点●比较容易上手●不需要太多设备●可溶性支撑提供更大的设计灵活性②缺点●即使小心移除，也会留下痕迹①优点●增强零件的外观和感觉●提供光滑的表面光洁度●适用于所有FDM材料②缺点●比较耗时●由于需要的设备（油漆、喷雾剂、砂纸、面具和刷子），成本可能很高●需要一些技巧取得更好的效果5.1.5上色平滑是一种流行的后处理技术，尤其是对于ABS打印。丙酮具有熔化ABS的能力，因此可以抚平零件表面上可见的层线。最简单的方法是将丙酮倒入一个大容器（可以是塑料的，但建议使用玻璃容器），然后将打印件放在丙酮上方的平台上。关闭容器盖10-20分钟，使蒸汽可以熔化部件的外层。如果需要蒸汽能够从容器中逸出，可以考虑在盖子上事先钻几个孔。①优点●增强零件的外观和感觉●提供光滑的表面光洁度●适用于所有FDM材料②缺点●比较耗时●由于需要的设备（油漆、喷雾剂、砂纸、面具和刷子），成本可能很高●需要一些技巧取得更好的效果5.1.6平滑抛光处理这种3D打印后处理技术用于实现尽可能光滑的表面。几乎每个五金店都可以使用塑料抛光机和工具来抛光3D打印件。只需要一块超细纤维布和一个塑料抛光机。在对零件进行抛光之前，需要对其进行适当的打磨，并用砂纸进行打磨。打磨后，冲洗零件并确保没有残留颗粒。如果使用的是布，将抛光剂涂在打磨过的部分上，然后以圆周运动移动布，直到对结果满意为止。①优点●产生光滑和镜面般的表面●成本低②缺点●尺寸精度可能会受到影响●需要中等技能水平5.1.7抛光水转印工艺虽然通常大规模用于工业产品，但小规模的水转印工艺可以很容易地应用于3D打印部件以获得漂亮的外观。水转印也称为水转印成像，是一种使用特殊水转印纸将印刷图形设计应用于固体物体的过程。这张纸的一面由PVA制成，上面用喷墨打印机打印图形。完成后，找一个足够大的容器来容纳你的零件，然后装满热水。取下纸张的背面，只剩下带有印刷图形的透明PVA。小心地将其放入水中并等待PVA溶解，以便您的图形自行漂浮。然后，将零件以45度角慢慢浸入图形中。可以用一只手握住它，也可以连接一根棍子以便远距离工作。零件完全浸没后，摇晃几次，就可以将完成的零件从容器中拉出。①优点●保持尺寸精度●完全的设计自由●适用于所有材料②缺点●成本比较昂贵●技术掌握比较困难●上色后不耐刮蹭5.1.8水转印工艺环氧树脂涂层可以提高3D打印件的强度，也可以密封打印件的多孔部分，并形成一个很好的保护层。环氧树脂涂层由两种不同的化学物质组成：环氧树脂本身和硬化剂。当使用环氧涂料的化学品时，需要注意选择硬化剂和树脂的比例必须正确才能获得良好的效果，否则最终可能会得到永不干燥的涂层！准备好混合物后，就可以将其应用于3D打印部件了。我们建议使用泡沫涂抹器或海绵涂抹涂层。完成第一层涂层后，让部件干燥，然后用1，000或2，000粒度的砂纸打磨。完成后，就可以涂抹第二层也是最后一层环氧树脂了。①优点●提高零件强度●添加耐用的保护层②缺点●图层线不会完全消失5.1.9环氧涂料封装电镀是将金属涂层添加到其他金属或具有导电表面的零件的过程。这是一种很棒的后处理技术，可以显着提高强度和视觉外观。这个过程本身一开始可能看起来很复杂，但它并不像看起来那样难操作。电镀原理是将金属涂层从一种金属转移到另一种金属（或具有导电表面的零件）。化学上称为是电解的过程，电解的两个主要工具是电源（电池或整流器）和电解质。电解质是一种金属盐、酸和水的混合物，正极连接用作涂层的金属，需要电镀的打印件部分连接负极，然后将正负极连接件都浸入电解质中，电解质中的盐含有阳离子和阴离子，它们需要移动到负极和正极以实现金属转移。由于3D打印部件是塑料且不导电的，因此在尝试电镀之前，需要对它们进行适当打磨并涂上导电涂料。①优点●零件变得更坚固并具有导电性●如果处理得当，尺寸精度不会受到影响●视觉外观得到改善②缺点●需要高技能水平●过程比较危险，需佩戴安全设备（手套和眼镜）5.1.10电镀

磨料流加工（AFM）是一项用于内表面精密加工的工艺。它通过磨粒和磁场的协同作用下，使携带磨料的流体在磁力线上流动，从而实现对零件表面的磨削和抛光。该工艺的独特之处在于引导携带磨料的高黏度流体穿过工件，这种流体的浓稠度类似于油灰或面团。AFM可用于平滑和抛光表面，特别适用于去除毛刺、表面抛光、形成半径，甚至去除材料。由于其特殊性质，AFM成为内表面、槽、孔、腔等其他抛光或研磨工艺难以触及的区域的理想选择。例如王坤团队以磨粒流后处理方法解决3D打印人工关节表面粗糙度高的问题，通过设计特制的磨粒流仿形工装，仿形工装的流道间隙为5倍SiC颗粒直径时磨粒流抛光效果最优。，实现了对人工关节复杂曲面的高精度抛光。①优点●抛光速度快●磨料可以重复使用●可处理复杂内壁 ②缺点●成本较高●不适合平面抛光●不适合尺寸较大的工件5.1.11磨粒流5.2打印模型质量评价3D打印模型的质量评价是对模型的整体表现进行评估，包括模型的完整性、细节清晰度、尺寸精度、表面质量、材料质量、打印速度、设备稳定性以及操作便捷性和设计创新性和色泽饱满度等多个方面。通过对这些方面的评价，我们可以得出模型的质量水平，并针对不同方面的不足之处进行改进和优化。一个高质量的3D打印模型应该具备完整性高、细节清晰度高、尺寸精度高、表面光滑无瑕疵、材料色泽均匀、打印速度快、设备稳定性强、操作便捷、设计创新性强以及色泽饱满度好等特点。而一个低质量的模型则可能存在模型缺损、细节模糊、尺寸误差大、表面粗糙、材料质量差、打印速度慢、设备故障多、操作繁琐、设计缺乏创新以及色泽暗淡等问题。因此，在进行3D打印模型质量评价时，我们需要综合考虑各个方面的因素，以便得出准确的评价结果，并为后续的模型改进和优化提供参考。5.2.1评价方法序号评价项目评分标准得分较差一般良好优秀70分以下70-80分80-90分90-100分1模型完整性无缺损、无断裂、整体完好

2模型细节细节清晰、精细度高、无模糊不清

3模型尺寸精度尺寸符合设计要求、误差小

4表面质量无粗糙、无瑕疵、表面光滑

5材料质量材料色泽均匀、无气泡、无变形

6打印速度打印速度快、节省时间成本

7设备稳定性设备运行稳定、无故障、耐用性强

8操作便捷性操作简单、易上手、无需专业技能要求

9设计创新性设计新颖、具有创意、与众不同

10色泽饱满度材料色泽鲜艳、饱满、具有吸引力

5.2.1评价实例应用如图所示，以打印恐龙头骨为实例，我们对恐龙头骨的模型质量进行评分。

恐龙头骨模型打印质量平均得分82.7分，打印质量良好。序号评价项目评分标准得分较差一般良好优秀70分以下70-80分80-90分90-100分1模型完整性无缺损、无断裂、整体完好

90

2模型细节细节清晰、精细度高、无模糊不清

78

3模型尺寸精度尺寸符合设计要求、误差小

80

4表面质量无粗糙、无瑕疵、表面光滑

70

5材料质量材料色泽均匀、无气泡、无变形

85

6打印速度打印速度快、节省时间成本

90

7设备稳定性设备运行稳定、无故障、耐用性强

85

8操作便捷性操作简单、易上手、无需专业技能要求

80

9设计创新性设计新颖、具有创意、与众不同

86

10色泽饱满度材料色泽鲜艳、饱满、具有吸引力

835.3打印常见问题及解决方案

随着3D打印技术的广泛应用，一些常见问题也逐渐浮现出来，如喷头不加热、打印质量不佳、耗材堵塞等。这些问题不仅影响了打印效率，还可能对最终产品的质量造成严重影响。因此，了解并掌握3D打印常见问题及其解决方案，对于确保打印过程的顺利进行和提高产品质量至关重要。本节将针对3D打印过程中常见的问题进行梳理，并提供相应的解决方案。通过深入了解这些问题及其成因，我们可以更好地预防和应对可能出现的问题，提高3D打印的可靠性和稳定性。

5.3.1设备调试问题1、打印开始时不出丝潜在问题及解决方案：1).在启动打印前，可能使喷头内的空气存在。设置打印skirt，可以有效地排除其中的空气。2).喷嘴与平台的距离太近时会导致无法正常挤压胶丝。调整平台底部的螺母，能够创造足够的挤压空间。3).进料齿轮未能顺利带动胶丝出丝，需要仔细检查该机械部分的结构。4).喷嘴可能发生堵塞，需要进行清理。

2、胶丝无法粘在平台上潜在问题及解决方案：1).打印平台不是水平的，需要重新调节平台和喷头之间的距离；2).喷嘴距离平台太远，没有挤压力。需要重新调节平台和喷头之间的距离；3).第一层的打印速度太快；4).调整平台的温度和风扇冷却的设置参数是很重要的；5).平台涂层或介质可能受损，需检查并更换。6).在模型底层添加裙边或垫层可辅助提高附着性。

3、层与层之间错位潜在问题及解决方案：1).打印速度过快，可以适当地降低速度；2).机械或者电子方面的问题：机械：皮带或者顶丝松动，需要定期对机器做保养检查；电子：可能电机或者电机线出问题。

4、打印过程中出现空打现象潜在问题及解决方案：1）.耗材用完了，重新安装耗材；2）.喷头堵塞，需要先疏通喷头；3）.胶丝没有被进料齿轮带动，拆机检查齿轮是否被卡住；4）.挤出电机过热，请检查风扇是否正常工作。

5、外表面有很多线条潜在问题及解决方案：1）.审查耗材质量，确保直径均匀，以保持挤出量的一致性，避免溢胶现象；2）.稳定喷头温度控制，防止温度波动过大，也影响出丝量的一致性；3）.检查机器是否晃动或Z轴丝杆是否存在问题，确保机器稳定运行。

5.3.2参数设置问题1、胶丝之间有明显的缝隙潜在问题及解决方案：1）.核查软件中有关耗材直径的设置，使其参数与实际耗材直径参数保持一致。2）.尽可能提高挤出倍数，即出胶量。以提高材料的挤出效果。

2、胶量过多地挤出潜在问题及解决方案：出胶量设置太大，造成胶量溢出，同时也要适当调远平台和喷头的距离。

3、顶层有缝隙或者小孔潜在问题及解决方案：1）.检查软件中顶部的层数设置，确保层数设置足够。2）.调整填充率，增加填充量，以提供足够的支撑。3）.增加顶层的出胶量，确保顶层能够充分粘附并保持稳定。

4、拉丝现象潜在问题及解决方案：1）.适当地增加回抽长度和回抽速度参数；2）.打印桥接特征时，喷头来回移动的过程中，因为喷头处于加热状态，胶丝仍然会继续熔融流出。适当地降低喷头的设置温度，可以减缓耗材熔融后地流动速度；3）.可以加快打印和喷头移动的速度。

5、打印温度过高的影响潜在问题及解决方案：1）.增加风扇转速，加速冷却，确保有效散热。2）.适度减小喷头的设定温度，以避免高温对打印质量的影响。3）.降低打印速度，确保充分冷却。4）.当同时打印多个模型时，提升喷头于模型之间的冷却时间，有助于提高打印质量。

6、层开裂潜在问题及解决方案：1）.调整层厚：确保层厚设置不宜过大，一般建议将层厚设置为至少比喷嘴直径小20%。2）.可以尝试调整喷头温度，适当提高温度。确保在适宜的温度范围内，以促进PLA材料的正常熔融和出胶。

7、丝料被研磨潜在问题及解决方案：1）.回抽参数设置不合适，可能回抽速度太快或者回抽长度太大；2）.适当增加喷头的设置温度，增加耗材的流动性；3）.打印速度太快；4）.检查是否喷头堵塞。

8、填充薄弱潜在问题及解决方案：1）.考虑采用不同的填充图案，以提高模型的力学性能；2）.适度减缓打印速度，有助于提高打印质量；3）.增加填充时的出胶量，确保填充充分。

9、模型表面有颗粒：如图5-26所示，堆胶等痕迹，潜在问题及解决方案：1）.需要调整回抽设置参数；2）.可以更改打印每层时的初始位置。

10、填充和外壁之间存在空隙潜在问题及解决方案：1）.提高填充和外壁之间的重叠参数；2）.适度减缓打印速度，提高打印质量。

11、翘角潜在问题及解决方案：可能温度过高，塑料在没有快速冷却的情况下发生的翘曲变形。如果发生在打印第一层时，也要留意平台和喷头的距离是否已经调节合适。

12、顶层不平整，堆料潜在问题及解决方案：1）.调整出胶量，适度减少以防止过多的胶料流出；2）.检查平台在Z轴方向下降的距离，适度调大以确保合适的间距。

13、底板的角落处有孔和缝隙潜在问题及解决方案：1）.检查软件中轮廓周长的设置，适当增加以确保足够的轮廓；2）.增加顶部实体填充层的层数；3）.调整填充密度。

14、薄壁上的缝隙潜在问题及解决方案：1.优化薄壁打印参数，提高填充和外轮廓的重叠参数；2.设置更合适的挤出宽度。

15、过小的特征无法打印潜在问题及解决方案：1）.重新设计模型，特征宽度至少要大于喷嘴的直径；2）.如果模型无法修改，可能需要更换喷嘴直径更小的喷头；3）.更改切片软件中的喷嘴直径，让打印机打印比自身喷嘴直径小的特征。

16、翘边潜在问题及解决方案：1）.确保打印平台温度适当，不同材料需要不同的设置温度；2）.外部环境冷却可能导致胶丝提前脱离平台，例如打印ABS时避免室温过低；3）.使用加热的密闭容器，保持打印机在恒温环境下工作；4）.降重：与模型的初始层提高垫层或裙边，有利于防止模型出现翘边的问题。

17、悬空部分打印质量太差潜在问题及解决方案：1）.逐渐减少打印层厚；2）.逐步提高支撑密度；3）.确保在支撑与模型之间的竖直方向有间隙，过大或过小都可能对表面质量产生影响；4）.合理调整支撑与模型之间的水平方向的偏移；5）.对于多喷头机器，考虑使用不同材料分别打印模型和支撑。5.43D打印经验总结上述章节完成了对常见打印问题以及解决方法，做出以下几点3D打印模型的经验总结，主要包括：1、在切片前，要确保模型没有问题，并且使用STL格式进行切片。切片时请注意模型的尺寸是否符合要求。2、若模型底部未添加支撑，务必确保其足以支撑整个结构。如果底部存在不平整，仅有少数接触点的底座，可以通过修复软件将其调平，或者借助切片软件进行下沉处理。3、在添加支撑时，有三个关键方面需要仔细检查。首先，确保支撑不会妨碍到模型本身，以免在移除支撑时引发不必要的问题。其次，请确认悬空位置的支撑是否足够，以防止悬空部分缺乏支撑而影响模型的完整打印。最后，请确保模型底部的支撑充足，以防止模型边缘打印不完整或由于支撑不足而导致无法顺利完成打印。4、在3D打印中，模型的细节程度和复杂性会直接影响打印质量和时间。因此，在设计和切片时需要仔细考虑模型的细节和复杂性。5、不同的3D打印材料具有不同的属性和适用范围。在选择材料时，需要考虑模型的用途、结构和外观要求，以确保打印出的模型符合要求。6、打印速度过快可能会导致模型表面粗糙或出现气孔，而速度过慢则会增加打印时间和成本。因此，需要根据打印机和材料选择合适的打印速度。7、填充密度是指打印时材料的致密度。填充密度过高会导致材料浪费和成本增加，而填充密度过低则可能导致模型支撑不足或强度不够。因此，需要根据模型的结构和使用要求选择合适的填充密度。8、在3D打印中，支撑结构是必不可少的。但是，支撑结构的设计和添加需要谨慎，以避免对模型造成损害或影响外观。9、在切片时，需要考虑模型的打印方向。正确的打印方向可以提高打印质量和效率，而错误的打印方向则可能导致模型支撑不足或出现其他问题。10、在打印过程中冷却时间是影响模型质量和强度的重要因素。如果冷却时间不足可能会导致模型变形或强度不足；而冷却时间过长则会导致材料浪费和成本增加。因此，需要根据打印机和材料选择合适的冷却时间。11、采用激光分区扫描方式，3D打印模型能有效减少孔隙量，通过调整光斑形状可降低粉末飞溅。此外，通过添加支撑结构以降低残余应力，或在打印前对基板和材料进行加热处理，也是可行的方法。在恰当的位置添加适量的支撑能有效防止翘曲现象。12、ABS，PLA材料打印模型要求最小壁厚0.6mm，SLA材料打印模型要求最小壁厚0.25mm-0.30mm，将模型的壁厚修改为超过要求的最小壁厚即可打印。注意建模时，一定保证是有壁厚的实体模型solid，而不是面片即surface。13、首先要说下只有物体是闭合水密性的模型才能将其3D打印，注意：只有封闭的曲线，拉伸的曲面才会闭合。所以，但是3D打印机一般都是闭合路径打印的。14、如果模型出现破面现象，打印会默认打印不来及时打印出模型也会烂掉。注意：一般stl文件是以三角面片拟合成的实体，在某些曲率变化大的地方就会出现拟合不上，露面的地方，这样打印就容易出错，还有就是曲面法向问题，有些建模软件如Rhino软件转换成stl文件，就容易出现法向错误，使得3D打印机不知道哪面打印是正确的，切片的时候就会出现错误。所以一般的3D打印软件在导入模型时都会显示模型状态，以