金属3D打印的表面处理方法

导读：增材制造中一项未解决的挑战是表面处理和光洁度。

理论上，增材制造能够自由创建复杂形状，但实际上，表面光洁度通常需要设计约束。虽然提高金属粉末质量、优化构建方向和工艺参数可以在一定程度上提高增材制造零件的表面质量，但零件表面粗糙问题并不能完全解决。因此，对3D打印零件进行后处理是有必要的。目前主要的后处理方法包括精加工和机械加工。下面我们来仔细看看这些方法吧。

△金属3D打印表面处理

精加工工艺

精加工方法主要包括手工抛光、喷砂或数控磨削。手工抛光质量很大程度上取决于操作者的经验，重复性和一致性差，人工和时间成本高，并且抛光过程中产生的粉尘对人体健康有害。此外，喷砂和CNC磨削对内表面复杂、多孔结构的零件加工可达性较差，因此一般用于零件外表面的清洁和抛光以及去除氧化层。

对于高表面质量要求：Ra在0.8μm~1.6μm的复杂结构件，精加工工艺面临很大挑战。除上述方法外，还有形状自适应磨削、激光抛光、化学抛光和磨粒流加工。

△电抛光医疗植入物

形状自适应磨削

形状自适应磨削 (SAG) 是一种用于自由曲面加工难加工材料（如陶瓷和硬金属）的新工艺。尽管加工设备的设备刚度较低，但工具的半弹性可以实现具有高表面光洁度的延性模式磨削。据悉，有研究人员采用球形柔性磨头的形状自适应磨削方法对钛合金3D打印零件的自由曲面进行抛光。通过粗抛和精抛去除增材制造表面的缺陷层，最终表面粗糙度Ra小于10nm。

激光抛光

激光抛光利用高能激光束再次熔化零件表面材料以降低表面粗糙度。目前，激光抛光零件的表面粗糙度Ra在2~3μm左右。由于激光抛光设备成本较高，在实际的3D打印后处理工艺中并未得到广泛应用。

化学抛光

化学抛光的直接结果是微粗糙度平滑和抛光形成，以及上层的平行溶解。在小型增材制造中，去除中空结构或带有中空结构零件表面松散易脱落的球状层有显著效果。通过化学抛光和电化学抛光，多孔植入物的表面粗糙度从6~12μm降低到0.2~1μm。

△复杂结构零件的磨料流抛光效果。

磨料流加工

磨料流加工 (AFM) 是一种内表面精加工工艺，其特征在于使载有磨料的流体流过工件。这种流体通常非常粘稠，具有油灰或面团的稠度。AFM可以平滑和抛光粗糙表面，专门用于去除毛刺、抛光表面、形成半径，甚至去除材料。AFM的性质使其成为其他抛光或研磨工艺难以到达的内表面、槽、孔、腔和其他区域的理想选择。

粉末床融合技术可以实现所有金属增材制造工艺中最好的表面质量。除了上述精加工方法外，有时还需要对关键零件进行加工。这两种后处理手段在3D打印模具应用中得到了广泛的应用。让我们期待未来会有更多简单、有效的表面加工工艺出现！

参考阅读：

A look at surface treatment methods for metal 3D printing