文章分享

SLS 后处理秘籍：喷砂、平滑、涂层全掌握！

2024-04-12

后处理环节在3D打印过程中起着至关重要的作用，它对最终打印部件的质量和性能有着显著的影响。本文中，Formlabs 详尽地介绍了SLS后处理的基础知识，涵盖从部件提取、粉末高效回收到精细介质喷砂等核心步骤；同时深入探索先进的SLS后处理技术，包括多种平滑处理和涂覆方法，致力于呈现更加完善、精细的3D打印解决方案。

选择性激光烧结 (Selective Laser Sintering, SLS) 3D 打印作为一种久经考验、成熟的制造技术，可以使用多种高性能材料。如果再与先进的后处理方法结合使用，打印部件的性能和外观还可以进一步提升。

通过阅读本指南，您将深入了解到 SLS 3D 打印部件后处理的基本原理，以及如何实现打印件的平滑、涂层和上色等高级处理技巧。

SLS 后处理基础知识

与其他基于粉末的增材制造技术类似，SLS技术在完成打印后，也需将多余的粉末从SLS部件上清理干净。当部件打印完毕并从3D打印机中取出后，我们通常需要进行以下三个关键步骤：首先是部件提取，其次是粉末回收，最后是介质喷砂处理。

接下来，本节将为大家详细介绍 Fuse 系列的 SLS 3D 打印机、Fuse Sift 粉末回收站以及 Fuse Blast 介质喷砂站的相关信息。

01 部件提取

在开始进行后处理之前，需要先将SLS打印件进行冷却处理。比如，在一次满载的 Fuse 1+ 30W 成型过程中，冷却过程可能会耗费多达一半的打印时间。而Fuse系列打印机配有触摸屏，上面会清晰地显示推荐的冷却时间，为操作提供了便利。

冷却过程分为两个阶段。第一个阶段是等待成型室的温度降至100℃或以下，此时，成型室就可以从打印机中取出，并转移至 Fuse Sift 中继续冷却。得益于业界突出的快速冷却技术，我们能够在完成先前的打印任务后的1至2小时内，便迅速开始新的打印工作。
Fuse 系列打印机支持在打印任务完成 1－2 小时后取出成型室并移至 Fuse Sift 中。

冷却过程的第二阶段可以在成型室已经转移至 Fuse Sift 的情况下进行。冷却完成后，即可开始提取部件。Fuse Sift 会将料块从成型室中缓慢升高，便于您将烧结的部件与未烧结的粉末分离，同时，风扇会将所有散落的粉末收集至过滤器。当您在触摸打印件时，那些未烧结的粉末会从打印件上脱落，呈现出打印成品。

在使用 Fuse Blast 时，操作人员仅需5分钟便可以在 Fuse Sift 中将部件从料块中取出，随后再将仍布满粉末的部件放入滚磨篮中进行深度清洁。若您选择使用其他类型的介质喷砂机，我们建议您优先使用 Fuse Sift 中随附的专用刷子，以去除表面粉尘，从而避免对介质造成污染。
Fuse Sift 为取出打印件和回收粉末提供了一个安全高效的系统。

02 粉末回收

Fuse系列打印件上残留的任何未烧结粉末，均可回收并再次利用，从而可以减少浪费并降低材料成本。Fuse Sift用于回收这些散粉，并将其与新粉末混合，确保在未来打印中能够继续发挥效用。新粉末的添加百分比称为刷新率，而具体的刷新率则因不同制造商的机器、所采用的材料以及打印环境等因素而异。

03 介质喷砂

在完成基础清洁后，建议您进行介质喷砂处理（也被称为喷砂处理），以清除SLS部件上的粉末。这一步骤对于去除那些刷子难以触及、凹入特征处的半烧结 Surface Armor 尤为有效。
经过介质喷砂前的试件。部件凹入特征处存在一些未烧结粉末，导致边缘不清晰。
经过介质喷砂后的试件。

Formlabs Fuse Blast 作为 Formlabs 首款经济实惠的自动化介质喷砂解决方案，不仅能够完善 Fuse 系列 SLS 生态圈，还可作为介质喷砂机应用于其他类型粉末床熔融 3D 打印机，且不受打印机类型限制。
手动介质喷砂柜通常价格合理，但需要动手操作，因此难以实现一致的完成效果。
传统的自动喷砂解决方案非常昂贵、体积巨大，并且通常需要复杂的基础设施。
Fuse Blast 以经济实惠的价格和紧凑小巧的外形，解放您的双手，实现自动化专业级 SLS 部件清洁流程。

Fuse Blast 组合凭借滚磨篮旋转、压缩空气与研磨介质，可在短短10分钟内实现全自动部件清洁，并通过预编程程序确保清洁效果始终如一。其内置离子化装置可防止散粉重新沉降在部件上，进而提升部件的洁净度。

通过实现粉末清除和清洁过程的自动化，Fuse Blast 不仅能节省时间以完成高价值任务，还能降低对操作人员身体的伤害以及对工作区通风系统的损耗。此外，Fuse Blast 的附加抛光功能简化了以往手动操作工作流程，无需再使用多台机器，并能节省数小时的人工操作时间，提高了工作效率。
将打印部件转移至 Fuse Blast，以便通过组合利用滚磨篮旋转、压缩空气和研磨介质去除粉末。

先进 SLS 后处理技术概览

可用于SLS 3D打印部件的平滑、涂层和上色工艺，不仅能提升部件的机械性能，还能优化其外观。然而，每种工艺各有利弊，并会对不同的材料性能产生不同程度的影响。在进行权衡时，无论是选择将设备和技能内部化还是选择外包，都需要对相应的资本成本和所需技能进行综合评估。

以下表格针对SLS 3D打印部件，将各种先进后处理技术的入门门槛和预计效果进行总结归纳，可供参考。

通过依次执行这些步骤，我们可以实现多种性能。接下来，我们将详细探讨每一种方法的具体内容。

SLS 部件的平滑方法

在完成清洁和介质喷砂处理之后，SLS 3D打印部件表面将呈现颗粒感的砂质质地。在此，我们将为您介绍三种表面平滑技术：介质喷砂、振动滚磨（通过轻柔的方式去除多余材料）以及蒸汽平滑（为部件增添光泽感）。

若您期望在打印完成后即刻获得光滑无瑕的部件，那么，推荐您使用紧凑型Form 3+或大幅面Form 3L立体光固化(SLA) 3D打印机，该产品采用液态树脂作为打印材料，所制作出的部件自带光滑的表面处理效果。

01 抛光

介质抛光技术利用集中介质束（如玻璃珠、砂粒或塑料微粒）对表面进行平滑处理，改善部件的粗糙度和孔隙度。集中的介质珠有效地去除了导致SLS部件表面触感粗糙的微观凸起，使部件表面变得光滑，并大幅减少表面孔隙。相较于振动滚磨，介质抛光的效果相近，但由于介质能够集中在特定表面区域，因此抛光过程更为迅速。通常情况下，Fuse Blast 只需15分钟即可完成抛光，而振动滚磨则需要长达2至4小时。

通过 Fuse Blast 的可选抛光系统升级，您可以轻松实现一站式清洁与表面处理全过程。在 Fuse Blast 中，抛光部件仅需一步即可完成清洁与表面处理。短短15分钟内，您就能获得无粉末残留、光滑耐磨且具备专业半光泽效果的部件。此外，该步骤既可通过预先编程的程序自动完成，也可通过控制喷嘴，直接对准部件进行精细或复杂部件的手动处理。
借助可选的抛光附加组件，Fuse Blast 可以提供具有光滑、半光泽表面效果的部件。

02 振动滚磨

振动滚磨，亦称振动抛光或介质滚压，是一种将 SLS 3D 打印部件与其他介质共同置于滚筒中，通过滚动作用来平滑部件表面的后处理工艺。该工艺能够赋予部件哑光乃至半光泽的表面处理效果，使其触感光滑细腻。在实验中，我们观察到部件的平均表面粗糙度降低了80%。

振动抛光机器配备有用于搅拌部件与介质颗粒（如陶瓷片、塑料颗粒或核桃壳等有机材料）的碗、桶或滚筒，它们共同协作，以轻柔的方式研磨部件表面。机器的运转周期通常为两到八小时，且在整个运转过程中无需技术人员监督。

在价格方面，小型台式振动滚磨机的起售价仅为100美元，这一亲民价格使得它成为任何制造环境的理想选择。而对于需要高产量生产的环境，较大的独立式型号设备则更为适用，其起售价约为3000美元。

以下图片展示了部件与陶瓷介质在Mr. Deburr 300DB中共同滚磨六小时后的效果。
振动滚磨前后的试件，经滚磨处理的部件会呈现出浅灰色的哑光表面质地。

03 蒸汽平滑

蒸汽平滑技术是将SLS 3D打印部件浸润在化学溶剂蒸汽之中，通过控制3D打印材料的化学溶解，填补微小空腔，并在部件外围塑造出光滑、有光泽的壳体。值得强调的是，这种平滑效果不局限于肉眼可见的几何结构，因此尤其适用于那些具有内部通道或其他凹入特征的复杂部件。

部分提供蒸汽平滑设备和服务的供应商声称，经过处理的成品部件细菌滋生现象有所减少，甚至达到了可直接接触食品的安全标准。然而，Formlabs并未证实这些声明，因此，我们建议您与设备制造商进行进一步的核实，以确保获得详尽的安全信息。

不过，蒸汽平滑设备价格不菲，起售价高达60000美元。因此，小批量生产部件的企业更倾向于选择将部件寄送至专业的服务提供商处进行蒸汽平滑处理。

下图所示部件已经在DyeMansion中使用了专业混合蒸汽进行了蒸汽平滑处理。此外，AMT也可提供蒸汽平滑设备和服务。
蒸汽平滑前后的试件。

SLS 部件的涂覆方法

通过在3D打印部件的外表面增加一层功能性材料涂层，我们便能为它们赋予原3D打印材料本身并不具备的附加性能。这些附加性能包括提高强度、导电性或耐化学腐蚀性。SLS 3D 打印部件涂层有多种选择，添加不同的涂层可以实现不同的性能。接下来，本章节将简要介绍每种涂层及其适用的应用场景，以便您能够更好地了解和选择适合自己的涂层方案。

01 SLS 3D 打印部件涂层选择之一：金属

我们可通过电镀工艺为3D打印部件添加金属涂层，该工艺也被称为电解沉积。在这个过程中，首先需在3D打印部件上喷涂一层导电喷雾，然后将其置于电解池中，池中的电流会将金属从源材料（阳极）转移到3D打印部件（阴极）的表面。

部件表面可以电镀多种金属，如铬、镍、锌和钛等。有时，制造商会按顺序分层添加多种金属镀层，以便在力学性能、电性能和外观方面实现良好平衡。

尽管在家中或使用DIY装置也能对SLS打印部件进行电镀，但经验不足的用户可能会因此接触到有害化学品，且难以保证高质量的结果。所以，对于所有结构件，我们建议将部件送至专业的合同制造商进行处理。

下图中展示的部件由 RePliForm, Inc 进行了镀镍处理。
电镀前后的试件：电镀部件为银色，外观有金属光泽。

02 SLS 3D 打印部件涂层选择之一：陶瓷

Cerakote等公司可通过直接向部件喷洒含有陶瓷添加剂的聚合物，在部件表面形成一薄层陶瓷涂层。尽管无需涂抹底漆，但为确保部件表面无污染物残留，仍需使用专用介质对部件进行完全地介质喷砂处理，并用蜡和油脂去除剂进行清洁。此外，Cerakote公司可提供空气固化和烘箱固化两种方案。

陶瓷涂层是先进后处理技术中性能优卓的理想选择。它不仅赋予了部件出彩的耐化学腐蚀性和机械强度，还提供了多种颜色选择。此外，Cerakote公司还推出了具有耐腐蚀、低摩擦等特性的专业产品。
采用 Cerakote H-140 Bright White 涂层前后的试件。涂层部件呈现白色哑光外观。

03 SLS 3D 打印部件涂层选择之一：粉末

粉末涂层工艺需要将聚合物以粉末的形式，通过干法施加于基体材料上。在此过程中，采用静电应用法，并通过加热、光照或二者的结合来实现固化。值得注意的是，由于许多粉末涂层材料的使用温度较高，因此SLS 3D打印机常用的热塑性塑料并不适合作为基材。然而，也有一些粉末涂层材料可在较低温度下使用，从而可与 SLS 3D 打印部件一同使用。

紫外线固化粉末涂层专门针对热敏性基材量身打造。这些涂层也能以静电方式涂覆，并在低热条件下流动添加。待粉末熔融后，使用高强度紫外线对涂层进行照射，以实现其固化。相较于热固性粉末涂层，紫外线固化粉末所需的热量和时间大幅减少，同时保持了类似的性能，不会导致打印部件的损坏或翘曲。

与其他类型的涂层相似，粉末涂层也能够提升部件的耐化学腐蚀性、表面硬度以及机械强度。尤其是在需要进行厚涂或处理复杂几何结构的情况下，粉末涂层表现出了突出优势。因为在这些情况下，如果采用液态施用工艺（如涂漆或浸渍），可能会因为材料的流动和滴落问题，难以触及某些特征或实现均匀涂覆。

图中展示的部件由Keyland Polymer公司使用其UVMax紫外线固化粉末进行涂覆。
粉末涂覆前后的试件：涂层部件为亮橘色，半光泽外观。

04 SLS 3D 打印部件涂层选择之一：液态聚合物

市面上有多种液态聚合物涂层可供选择，它们能够提供不同程度的平滑度和耐化学腐蚀性能。这些涂层可以是透明的，着色或不透明的；可通过浸渍、刷涂或喷涂方式等不同施用方式；同时还可能基于不同的化学成分，如环氧树脂、漆树液和聚氨酯等。

然而，在材料和施用方法方面，涂层之间的性能和施用难度却存在较大差异。有些涂层材料在五金店就能轻松购买到，并且通过简单的装置进行施用；而另一些则需要工业装置才可施用。

下图展示了一个部件采用廉价的透明光泽喷漆涂覆后的效果。
采用透明涂层前后的试件：涂层部件为深灰色，半光泽外观。

SLS 部件的上色方法

无论是原型还是成品部件，您或许有需求调整全部或部分部件的颜色。染色可以使部件的颜色一致且半永久保持，即便是在铰链和内部空腔等地方。但染色无法提亮部件颜色。相对而言，喷漆则更为可控且可自定义。但与此同时，喷漆通常需要更多的人工操作，并且在部件磨损或长时间使用过程中，会出现破损的情况。接下来，让我们一起来深入了解染色与喷漆两种上色方法的特点。

01 染色

由于SLS 3D打印部件具有渗透性能，所以可以使用消费级染料对其进行染色处理。很多 SLS 3D 打印材料，如尼龙和聚酰胺，在纺织业中也有广泛应用，因此可与合成物搭配使用的织物染料同样适用于3D打印部件的染色。

由于染色所涉及的成本不高，技术难度相对较低，因此它成为了尝试先进SLS 3D打印后处理方法的理想选择。同时，染色过程易于规模化，因此也适用于生产应用。

无论是家用材料、工业设备，还是复杂程度介于这两者之间的任何设备，都可以用来对3D打印部件进行染色。不论您的设备条件如何，只要使用的是尼龙基材料（比如适用于Fuse系列的材料）进行3D打印，所得到的部件均无需进行特殊处理，仅需遵循染料制造商提供的操作指南即可。

在下图中展示的部件，就是使用了RIT织物染料进行染色的实例。
染色前后的试件：其中一个染色部件呈现黑色哑光外观，另一个则呈现深红色哑光外观。

02 喷漆

要使部件色彩鲜艳或与特定参考色相匹配，喷漆通常是比染色更理想的选择。喷漆可实现更为均匀的覆盖，易于扩展应用，而且通过手工上漆还能达到更高的精细度。对于粉末打印的部件，丙烯酸漆和瓷漆都是合适的选择。其他类型的油漆可能也有不错的效果，但Formlabs暂未在此方面进行大量测试。

为确保较好的附着效果，建议使用专为塑料设计的底漆。喷涂底漆有助于实现更均匀的覆盖。此外，利用热风枪或电吹风可加速干燥过程。

若您想深入了解3D打印件的喷漆技巧，请查阅我们的《涂底漆与上漆指南》。

下图中展示的部件，正是采用了经济实惠的喷漆进行上色的实例。
染色前后的试件：其中一个染色部件呈现黑色哑光外观，另一个则呈现深红色哑光外观。

探索 SLS 3D 打印解决方案

Formlabs 致力于满足不同规模企业的需求，而我们的旗舰产品——Fuse 1+ 30W SLS 3D打印机，将为您带来非凡的打印体验。

如果您希望进一步了解并应用这些先进技术，深入探索Formlabs全新产品，请长按识别下方二维码，我们将有专属顾问为您服务！
返回文章清单

相关新闻