后處理是增材制造的關(guān)鍵步驟，到目前為止，無(wú)論使用哪種3D打印工藝，我們都已經(jīng)看到了行業(yè)中使用的幾種方法：除粉、去除支撐、著色等。現(xiàn)在是時(shí)候解決另一點(diǎn)了：3D打印零件的熱處理。根據(jù)預(yù)期結(jié)果、使用的材料和首選技術(shù)，這可以采取多種形式。然后我們將討論燒結(jié)、金屬退火、硬化（固化）甚至熱等靜壓。此后處理步驟有一個(gè)特定目標(biāo)：減少3D打印零件的內(nèi)應(yīng)力并提高其機(jī)械性能。根據(jù)所選擇的技術(shù)，我們顯然會(huì)得到不同的結(jié)果，但目標(biāo)是影響打印過(guò)程中可能出現(xiàn)的殘余應(yīng)力。我們邀請(qǐng)您回顧增材制造中存在的熱處理方法并了解它們各自的挑戰(zhàn)。

在增材制造中，生產(chǎn)的零件會(huì)受到不同的溫度影響，并根據(jù)所選的打印工藝經(jīng)歷或多或少重要的加熱和冷卻階段。這些階段對(duì)積累殘余應(yīng)力的零件有直接影響。打印后進(jìn)行熱處理至關(guān)重要，因?yàn)樗粌H涉及消除這些缺陷，而且還影響零件的機(jī)械特性，例如抗彎曲性、延展性甚至最終硬度。

不同的設(shè)備允許在增材制造中進(jìn)行熱處理（照片來(lái)源：Markforged）

燒結(jié)

燒結(jié)或燒結(jié)是可用于增材制造的熱處理之一。我們提請(qǐng)您注意，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，這更多的是制造過(guò)程中的一個(gè)步驟，而不是后處理方法。事實(shí)上，在使用粉末粘合甚至間接3D打印時(shí)，這是強(qiáng)制性的。我們指的是使用摻有金屬顆粒的塑料絲的方法。通過(guò)燒結(jié)打印后獲得的生坯，我們?nèi)コ苏澈蟿┎⒔饘兕w粒固化在一起。為此，需要一個(gè)燒結(jié)爐：溫度升高，略低于所用材料的熔化溫度。該技術(shù)可以去除原始粉末顆粒，減少零件的孔隙率并增加其硬度。它將主要與金屬粉末或陶瓷一起使用。

考慮到最終件的回縮現(xiàn)象。事實(shí)上，在燒結(jié)過(guò)程中，材料顆粒會(huì)粘合在一起并取代粘合劑，這將減小原始零件的尺寸。這一減少幅度約為15%至20%。

聚合物固化

如果我們現(xiàn)在看看增材制造中的聚合物，就會(huì)發(fā)現(xiàn)有一種處理零件并改善其最終性能的技術(shù)。這是一個(gè)硬化或固化階段。這主要用于樹(shù)脂3D打印。您應(yīng)該知道，樹(shù)脂是由幾種在液態(tài)下不連接在一起的單體組成的。當(dāng)暴露于紫外線(xiàn)源時(shí)，這些相同的單體將結(jié)合在一起形成所需的部件。然而，打印后，某些區(qū)域不會(huì)實(shí)現(xiàn)最佳交聯(lián)，從而有損害打印組件整體電阻的風(fēng)險(xiǎn)。這就是硬化步驟有趣的地方，因?yàn)樗鼘⒃试S進(jìn)行所有可能的交聯(lián)。

照片來(lái)源：Formlabs

零件創(chuàng)建完成后，將對(duì)其進(jìn)行清潔，以去除多余的非光聚合樹(shù)脂并去除印刷支撐件。然后就可以將零件放入合適的機(jī)器中——通常，樹(shù)脂3D打印機(jī)制造商會(huì)提供固化站，例如Formlabs及其Form Cure解決方案。這是一個(gè)紫外線(xiàn)室，可硬化打印部件并賦予其最終特性。這降低了其脆弱性并降低了破損的風(fēng)險(xiǎn)。固化還可以固定樹(shù)脂的顏色，使其處理起來(lái)更安全。我們獲得的零件隨著時(shí)間的推移具有更強(qiáng)的抵抗力，這在許多領(lǐng)域都是一個(gè)至關(guān)重要的方面。

所使用的樹(shù)脂類(lèi)型或零件尺寸等因素將直接影響該熱處理步驟。大多數(shù)情況下，零件越大，固化所需的時(shí)間就越長(zhǎng)。這是您在制造過(guò)程中需要考慮的事情。

3D打印中的退火

顧名思義，這種熱處理方法涉及將3D打印部件暴露在一定溫度下，該溫度或多或少取決于所使用的材料。加熱后，逐漸冷卻以增加其強(qiáng)度。這是一種廣泛用于金屬和玻璃的技術(shù)。某些塑料也可以進(jìn)行這種退火，例如PLA和PETG。對(duì)于其他熱塑性塑料，例如ABS，它并不適用，因?yàn)闊崃客鶗?huì)產(chǎn)生過(guò)多的翹曲或變形。

一些熱塑性塑料適合退火（照片來(lái)源：UltiMaker）

具體而言，退火包括將材料加熱到高于其結(jié)晶溫度但低于其熔點(diǎn)的溫度。對(duì)于聚合物，這將使分子能夠自我重組，從而提高最終部件的穩(wěn)定性。對(duì)于金屬，退火將有可能由于其再結(jié)晶而增加晶粒尺寸。在這兩種情況下，退火的持續(xù)時(shí)間都會(huì)對(duì)最終零件的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響：暴露在熱量下的時(shí)間越長(zhǎng)，其結(jié)構(gòu)變化就越大。例如，在退火步驟后可以獲得更小的塑料部件，因?yàn)闊崃考铀倭怂鼈兊氖湛s。設(shè)計(jì)房間時(shí)要考慮的重要一點(diǎn)。

請(qǐng)注意，金屬3D打印中的退火將提高所制造零件的延展性及其強(qiáng)度。這是一種特別適用于鋼材的技術(shù)。

金屬熱處理方法

我們將用一些專(zhuān)門(mén)用于金屬的附加熱處理方法來(lái)完成我們的指南。首先，我們可以引用熱等靜壓（HIP）。它結(jié)合了非常高的溫度和惰性氣體的等靜壓，同時(shí)施加，增加了零件的密度及其電阻。具體來(lái)說(shuō)，我們將零件封裝在高壓密封容器中，該容器將暴露在這種熱/壓力組合下。這將消除所有內(nèi)部空隙并消除殘余孔隙。請(qǐng)注意，該技術(shù)也適用于陶瓷。

HIP水箱安裝在3D打印部件的頂部（照片來(lái)源：Bodycote）

我們還可以使用回火強(qiáng)化3D打印金屬零件：這是一種將零件加熱到非常高的溫度并快速冷卻的操作。這將影響部件的微觀(guān)結(jié)構(gòu)。淬火通常需要使用液體來(lái)冷卻零件。

編譯整理：3dnatives