快速成型后處理綜述

摘 要 光固化快速成型是目前世界上研究最深入、技術最成熟、應用最廣泛的一種快速成型方法。對后處理部分的必要性、工藝流程、專業設備進行敘述，并對成型精度產生的影響進行分析。

關鍵詞 快速成型；后處理；工藝流程

中圖分類號：TH161+.5 文獻標識碼：B 文章編號：1671-489X(2011)24-0116-02

1 前言

快速成型制造（Rapid Prototype Manufacturing，簡稱RPM）技術是20世紀后期起源于美國，并很快發展起來的一種先進制造技術，由計算機輔助設計（CAD）、反求工程（RE）、快速成型（RP）和快速制模（RT）技術在信息互聯網支持下，形成一套快速制造系統的技術[1]。RPM技術采用（軟件）離散/（材料）堆積的原理，制造零件通過離散獲得堆積的順序、路徑、限制和方式，通過堆積材料“疊加”起來形成三維實體。RPM技術的過程包括CAD模型建立、前處理（如生成STL文件格式，將模型分層切片）、快速原型過程和后處理（去除支架、清理表面、固化處理）等4個步驟[2]。

2 快速成型原件后處理的必要性

光固化快速成型（SL）技術是基本疊加成型思想其中的一種新型技術[3]。由于成型機理的影響，光固化原型表面不可避免地存在臺階效應，當原型表面為傾斜面或球型面時，傾斜角α越小，臺階效應的影響越明顯。特別是將光固化快速原型應用于模具制作、熔模鑄造等方面時，原型表面質量直接影響到最終產品的表面質量；當SL快速原型作為二次翻模使用時，如果對原型表面的臺階效應不做處理就用作模型，原型表面的臺階效應將會復制在模具上，那么最終的產品將會有相同的臺階表面，產品表面質量很難保證。因此，提高SL原型表面精度在光固化成型技術的應用尤為重要。

目前提高光固化原型表面精度主要通過兩個方面來實現：對快速成型機的控制（前處理）和原型的后處理（機械加工）。所以后處理是必不可少的一道工序。

3 快速成型后處理工藝流程分類

原型的后處理可以分為：去除后處理和涂覆后處理。

3.1 去除后處理

去除后處理是將疊加效應形成的階梯去除到統一的基本平面，對原型進行打磨后處理來提高原型表面精度。這種方法可以基本消除臺階效應造成的粗糙度的影響，獲得光潔的表面質量，但是同時會帶來由機加工引起的尺寸精度誤差。而且在原型成型過程中還需要預留一定的加工余量，增加了加工成本；且這種方法不適用于復雜形貌的零件表面，特別是具有復雜型腔的內表面。同時還有在打磨后噴漆對原型進行后處理，噴漆后對原型再進行打蠟拋光，存在與打磨處理一樣的缺點。

3.2 涂覆后處理

對于具有復雜型腔的原型件，傳統的去除后處理就顯得難以實現整體的效果。而涂覆法對于原型表面進行處理，可以不受零件復雜程度的限制而獲得降低原型表面粗糙度，改善原型內外表面質量并且不影響原型的尺寸精度。

3.3 后處理工藝流程

成型件清洗→支撐→表面處理打磨→補缺→噴漆→打磨→質量檢查→包裝→交付。第一步：清洗，用純度在90%以上的酒精、丙醇或異丙醇等進行清洗。第二步：去支撐。第三步：吹干打磨。打磨的基本要點：用型刀對表面進行刮削處理；水砂紙由粗到細打磨。在進行表面處理時應看圖視物，先用卡尺對應檢查，找出不符之處做標記。第四步：補缺。由于光固化成型在制作過程中光敏樹脂表面會有氣泡，或者光敏樹脂含有雜質，都會給成型件帶來一定的缺陷：制作過程中預留的工藝孔；用于連接或粘接用的連接頭、孔、銷、柱等。針對上述情況，如果零件在后續處理需要噴漆，一般采用汽車維修用的膩子，或者自己調配的速干膩子，如用502混合粉類塑料。如果原型件要求原色原狀，就要用專業的紫外光修補設備[4]。將原型件要修補的地方清理干凈，涂上相同牌號的光敏樹脂，用紫外光照射；過度照射會影響表面顏色的統一，所以要掌握時間。

常溫固化材料涂覆工藝需要配備經驗豐富、技藝熟練的高級工。涂覆工藝清洗麻煩，人為因素、環境因素會影響產品質量。

涂覆工藝本身可以較大程度地改變成型件的表面質量，改善零件表面因為固化層效應產生的粗糙度。在噴涂過程中，影響噴涂效果的因素主要有粘度和固化條件。粘度影響操作難度、噴霧粒度、平流程度等指標；而固化條件則關系到操作時間、涂覆膜厚度和強度等。此外還有樹脂體系本身的性能因素，包括其與被涂覆件間的潤濕效果、霧化時的飽和度、固化后的吸濕性等。

3.4 后處理專業設備

對于樣品、首版、報樣、工藝品、投標件等有較高表面要求的零件就需要用涂覆后處理的方法，涂覆后處理工藝改進表面粗糙度機理，用涂覆后處理專用熱固化箱和紫外線固化箱。

3.5 后處理過程對成型精度的影響

1）工件成型完成后，去除支撐時，可能表面質量產生影響，所以支撐設計時要合理，不多不少，一般支撐間距為6 mm。支撐的設計與成型方向的選取有關，在選取成型方向時，要綜合考慮添加支撐要少并便于去除等。

2）由于溫度、濕度等環境狀況的變化，工件可能會繼續變形并導致誤差，并且由于成型工藝或工件本身結構工藝性等方面的原因，成型后的工件內總或多或少地存在殘余應力，這種殘余應力會由于時效的作用而全部或部分地消失，這也會導致誤差。設法減小成型過程中的殘余應力有利于提高零件的成型精度。

3）制件的表面狀況和機械強度等方面還不能完全滿足最終產品的要求，采用修補、打磨、拋光是為了提高表面質量，表面涂覆是為了改變制品表面顏色，提高其強度和其他性能，但在此過程中若處理不當都會影響原型的尺寸及形狀精度，產生后處理誤差。

參考文獻

[1]張伯霖.高速加工技術在美國的最新發展[J].制造技術與機床，1999(4):8-9

[2]李指俊，馮同建.特種加工技術及其發展趨勢[J].機械制造，1996(4):7-10

[3]盧秉恒.快速響應制造[M].西安:西安交通大學出版社，2003

[4]于殿泓.紫外光快速成型技術及其應用研究[D].西安:西安理工大學機械與精密儀器工程學院，2001