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高效后处理工艺对3D打印实现量产的重要性

作者: 15**15

来源:客户端

发布时间:2019-04-13 15:51:02

点击量:680

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几乎所有3D打印设备制造出来的零件都不能直接使用,而是需要进行不同程度上的后处理,如清洁多余粉末、树脂材料、去除打印支撑结构,热处理、精加工等。

正如3D科学谷在《3D打印与工业制造》一书中所提到的从技术本身来说,3D打印技术所涉及的并非仅包括那些以逐层叠加的方式进行材料成型的设备,更是涵盖了从仿真技术、优化技术、打印过程质量控制、检测、后处理工艺等等多种技术与工艺组合。

随着产量的增加,3D打印零件的高效后处理工艺也变得更加重要。


3D打印过程是多种技术与工艺的组合

通常在谈到3D打印-增材制造技术的优势时会谈到,该技术对产品的复杂性不敏感,其制造成本不会因为产品复杂程度高而明显的上升。这一优势的确为产品设计优化带来了更大的空间,使得设计师能够专注于实现产品的功能和性能,而尽可能少的顾虑产品的可制造性。

然而,3D打印件后处理的成本和效率会受到产品复杂性的影响,通过后处理实现设计师对于产品功能和美学上的要求,将产生相关成本,而这一成本应计算在3D打印件的总成本当中。根据某3D打印服务机构的反馈,在他们的工厂中后处理技术人员和设备占三分之二,3D打印制造本身占三分之一。

3D打印本身是个广泛的概念,它包括多种不同的工艺,例如:定向能量沉积工艺、粉末床熔融工艺、光聚合工艺、粘结剂喷射工艺等等。因此,不同的3D打印零件所需要的后处理工艺也是多样化的。


一文看懂高效后处理工艺对3D打印实现量产的重要性

图:不同3D打印技术所需后处理工艺


没有哪一种技术可以对所有的3D打印零部件进行后处理。3D打印零部件的表面质量受到打印机类型、打印技术和材料粒度多种因素的影响。后处理技术需要与打印材料、打印技术和零件几何形状相匹配,有时多种不同技术可以用于一种零件的后处理。


一文看懂高效后处理工艺对3D打印实现量产的重要性

图:DyeMansion Powershot C 后处理系统为戴姆勒巴士3D打印备件去除多余粉末,打印技术为粉末床激光烧结。


以下是其中几种与3D打印相关的后处理工艺:

- 去除支撑结构。简单来说,3D打印是增材制造技术,在加工时材料被逐层添加,从而形成一个完整的零件。正如大楼在施工期间可能需要支撑以保持墙壁和地板稳定一样,许多增材制造工艺也需要格子状结构的支撑结构,以防止新生工件在生产过程中下垂或翘曲,而这些支撑结构在打印完成后是需要拆除掉的。

- 表面加工。逐层构建过程还会在所有非水平零件表面上产生阶梯效应,当零件离开腔室,这些打印层通常需要一定程度的平滑,功能表面可能需要二次加工。例如,孔通常需要铰孔或钻孔;螺纹部件必须攻丝或螺纹铣削; 并且,根据工件的尺寸、几何形状以及所使用的增材制造工艺类型,尺寸规格小于±0.005英寸(约0.127毫米)左右的特征需要在CNC加工中心、车床、EDM或磨床上完成。

- 清洁多余打印材料。无论是基于粉末床工艺的3D打印,还是基于光聚合工艺的3D打印,在打印完成后,新工件上会有多余的粉末材料或树脂。此时就需要通过相关后处理技术清洁多余材料,并回收剩余打印材料供以后使用。

- 一系列后处理组合。近年来,粉末床激光熔化金属3D打印技术(SLM)在最终零部件生产中的应用得到加强,通过SLM 3D打印设备在完成工件制造后,需要进行一系列后处理,包括将打印件与底板进行切割分离,通过热处理去除打印过程中产生的内应力,二次加工,以及零件涂漆、阳极氧化或电镀。类似地塑料3D打印零件也需要表面清洁、表面强化、染色等后处理。


后处理的自动化趋势

尽管针对3D打印件的后处理工艺种类多而看起来难以操作,但实际上很多传统加工领域所使用的零件后处理技术对3D打印零件是同样有效的。3D打印后处理技术的挑战是,随着该技术从少量的原型件制造转变为主流的最终零件生产技术,如何扩展和实现后处理的自动化,以支持增材制造技术在批量生产中的应用。

目前3D打印技术正在快速的发展变化中,原本使用人工来完成原型甚至几十个零件可能具有成本效益,但当通过3D打印技术制造的零件数量为1000件或更多时,人工方式将会失去成本效益,这就是为什么更高效的后处理方法现在变得越来越重要。而高效、自动化的后处理不仅仅是对速度的需求,质量可重复性和一致性是同等重要的属性。

数据驱动和智能化软件,是实现高效、自动化3D打印后处理的要素。以针对塑料3D打印零件的后处理工艺为例,自动化、经济高效的后期处理取决于:硬件、软件和化学工艺。3D打印是一种数据驱动的数字化制造技术,数据能够用于管理塑料3D打印零件在后处理时所需的化学能和机械能。

根据3D科学谷的市场观察,有的企业针对塑料3D打印件开发了智能化软件,用于驱动自动化支持移除和表面处理,并精确控制后处理所需的化学能和机械能。这类自动化的3D打印后处理技术,也是3D打印实现批量生产应用的重要条件。

从零件后处理的角度来看,零件是通过哪种工艺制造的并不重要,重要的是找到合适的后处理工艺组合,实现最终用户对于零件表面质量、力学性能等要求。对于包括3D打印、后处理工艺在内的整个生产工艺链的良好理解,有助于为3D打印零件找到最具成本效益的制造解决方案。

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