FDM 產(chǎn)品后處理工藝應(yīng)用研究

王志勇

(共享智能鑄造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司，寧夏銀川 750001)

0 引言

基于FDM成形技術(shù)制作的產(chǎn)品，存在打印缺陷——支撐和毛刺；同時(shí)，受打印工藝的制約，產(chǎn)品表面存在層紋感，產(chǎn)品打印完成后需要進(jìn)行表面缺陷處理及美觀度提升。FDM產(chǎn)品后處理工藝提供了FDM產(chǎn)品后處理技術(shù)方案。本文歸納總結(jié)FDM 技術(shù)成形產(chǎn)品后處理技術(shù)，闡述FDM 產(chǎn)品后處理工藝過程，為產(chǎn)品制作和后處理提供了參考方案，該技術(shù)的應(yīng)用可以提高產(chǎn)品外觀質(zhì)量及美觀度，并提升后處理效率。

1 背景及其產(chǎn)品分析

增材制造技術(shù)是近幾年發(fā)展熱門、發(fā)展迅速的一類新型智能制造技術(shù)。增材制造的種類多樣化，熔融沉積成型技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一；因其成型工藝簡(jiǎn)單，成型材料相對(duì)低廉，被越來(lái)越多的企業(yè)或單位所應(yīng)用。以下基于FDM的快速原型制作技術(shù)為例，對(duì)產(chǎn)品原型制作及后處理關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析。介紹如何運(yùn)用FDM快速成型技術(shù)和產(chǎn)品原型后處理技術(shù),快速制作出符合要求的產(chǎn)品和樣件。

FDM成型技術(shù)原理：通過將PLA 顆粒熔融擠出構(gòu)造單層二維輪廓圖案；構(gòu)造完成一層二維輪廓圖案后，打印平臺(tái)下降一個(gè)層厚高度，繼續(xù)構(gòu)造下一個(gè)二維輪廓圖案，如此循環(huán)直至構(gòu)建出整個(gè)實(shí)體模型。其成型工藝特點(diǎn)主要有：

（1）采用PLA 為原材料，綠色、環(huán)保、無(wú)污染；

（2）操作簡(jiǎn)便，與普通打印機(jī)操作一樣；

（3）用途廣泛，如外形設(shè)計(jì)、裝配、測(cè)試等，還可作為產(chǎn)品直接使用，且產(chǎn)品表面可打磨、上色、拋光等。

2 FDM 產(chǎn)品后處理工藝

隨著增材制造技術(shù)的日益發(fā)展，且智能制造亦逐步走進(jìn)百行萬(wàn)業(yè)。增材制造產(chǎn)品越來(lái)越受歡迎，遍及各個(gè)領(lǐng)域；應(yīng)用最為廣泛的FDM 成型技術(shù)，以其便捷的操作和低廉的制造成本，已遍地開花，涉及多個(gè)領(lǐng)域，小到一個(gè)花瓶，大到室外大型藝術(shù)雕塑。

2.1 FDM 產(chǎn)品后處理

FDM 產(chǎn)品后處理是指對(duì)FDM 產(chǎn)品進(jìn)行除去支撐、毛刺、拼裝、表面后處理等工序，最終交付合格產(chǎn)品的過程。FDM產(chǎn)品后處理工藝流程如圖1所示。

圖1 FDM產(chǎn)品后處理工藝流程

2.2 FDM 產(chǎn)品后處理工藝流程

2.2.1 核對(duì)FDM產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝圖

依據(jù)FDM產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)圖紙，核對(duì)FDM產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形態(tài)、拼裝部位及數(shù)量。

2.2.2 確認(rèn)FDM產(chǎn)品拼裝機(jī)打磨部位

依據(jù)FDM產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)圖紙，確認(rèn)各部件拼裝面、打磨部位。

2.2.3 除去產(chǎn)品支撐、毛刺

單塊FDM 產(chǎn)品表面會(huì)存在打印支撐及打印毛刺等，去除支撐和毛刺以獲得FDM產(chǎn)品。常用的工具有銼刀和砂紙，通常為手工打磨；特殊情況下可使用打磨機(jī)、風(fēng)磨筆進(jìn)行處理；如大面積時(shí)可用打磨機(jī)處理，窄縫或手觸及不到的地方使用風(fēng)磨筆進(jìn)行。需要注意的是一定要沾水進(jìn)行打磨，可以防止材料過熱起毛。如圖2 所示為FDM產(chǎn)品毛刺。

圖2 支撐及毛刺

2.2.4 FDM產(chǎn)品拼裝

單塊FDM產(chǎn)品按設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖紙，進(jìn)行組裝拼接。拼裝時(shí)使用工具有塑料焊槍，材料有：原材料焊條、結(jié)構(gòu)膠；拼接部位涂覆結(jié)構(gòu)膠，膠厚1mm，對(duì)位后使用塑料焊槍進(jìn)行接縫焊接處理，以保證拼裝粘接位置，如圖3 所示。

圖3 單體拼裝

2.2.5 拼接部位打磨

拼裝后，接縫處會(huì)遺留焊接凸臺(tái)及毛刺，選取合適打磨工具進(jìn)行處理，達(dá)到隨型、過渡自然。

2.2.6 表面后處理

是指將涂料覆于產(chǎn)品表面基材形成具有防護(hù)、裝飾功能的過程，是FDM 產(chǎn)品后處理工藝的重要工序。依據(jù)處理工藝的不同，可將后處理分為：刮膩?zhàn)蛹按蚰ィ粐娡科崃稀婂儭?/p>

2.2.6.1 刮膩?zhàn)蛹按蚰?/p>

去除FDM產(chǎn)品表面支撐或毛刺后，表面質(zhì)量就會(huì)有所降低，加之FDM成形產(chǎn)品表面層紋感。需要對(duì)產(chǎn)品表面進(jìn)行刮膩?zhàn)犹幚恚⑦M(jìn)行表面打磨處理，以使表面平整、光滑。

刮膩?zhàn)忧斑M(jìn)行底灰噴涂，噴涂前將噴漆搖勻，在距離工件20～25cm 處開始噴涂。檢查工件表面是否完全噴涂底灰，對(duì)未噴涂的部位進(jìn)行補(bǔ)噴。直到工件完全被漆覆蓋，工件噴涂完成。

刮膩?zhàn)拥哪康氖菫榱颂钛a(bǔ)產(chǎn)品表面缺陷，并填平產(chǎn)品表面臺(tái)階紋，修補(bǔ)表面以光整。常用的膩?zhàn)邮悄竟つ佔(zhàn)樱厥庖笫褂闷嚹佔(zhàn)樱M(jìn)行手工刮覆。

（1）按100:2 比例調(diào)和原子灰與固化劑，調(diào)和混合后建議2～3min 內(nèi)使用完，兩者攪拌混合至微微黏稠即可。

（2）填補(bǔ)工件時(shí)使用刮刀工具，使用刮刀刮蹭少量原子灰，均勻涂抹在工件的表面上，涂抹后使用刮刀刮平。補(bǔ)灰時(shí)應(yīng)逐個(gè)面進(jìn)行填補(bǔ)，不要同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)一個(gè)面的缺陷填補(bǔ)完成后可接著填補(bǔ)另一個(gè)面。

（3）曲面涂抹時(shí)需均勻，使用軟刀進(jìn)行施工，以免影響特征。直至工件表面的缺陷填補(bǔ)完成為止，原子灰填補(bǔ)工件完成。

圖4 FDM產(chǎn)品表面膩?zhàn)庸瓮?/p>

打磨是進(jìn)一步平滑表面，以達(dá)到后續(xù)工藝要求。常使用砂紙進(jìn)行人工打磨；也會(huì)使用打磨機(jī)進(jìn)行大幅面作業(yè)，以節(jié)省時(shí)間。一般使用800 目水砂紙打磨2～3 遍即可達(dá)到噴涂漆料要求。砂紙目數(shù)越高，表面打磨得就越細(xì)膩。

砂紙打磨原則：先粗后細(xì)，先進(jìn)行粗打磨再進(jìn)行細(xì)打磨。

2.2.6.2 噴涂漆料、噴鍍

噴涂漆料是將涂料涂覆于產(chǎn)品表面形成具有防護(hù)、裝飾或特殊功能涂層的過程。產(chǎn)品外觀不僅反映產(chǎn)品表面質(zhì)量、裝飾性能，也是產(chǎn)品價(jià)值的構(gòu)成要素。常見的噴漆工具有噴槍、噴壺。

為使FDM產(chǎn)品表面更具美觀及質(zhì)感，常常對(duì)表面進(jìn)行噴涂涂料處理，比如：?jiǎn)」馄帷⒘凉馄帷⒕郯滨ァ⒕垭逋苛系取?/p>

上色的一般流程：

（1）底色整體進(jìn)行，用噴槍選取貼近成品顏色的底漆，一般采取薄涂，層層疊加。細(xì)節(jié)部分和整體顏色反差較大的部分可以先預(yù)留不用噴。

（2）色塊上色一般來(lái)說(shuō)要遵循從大面積到小面積，從噴涂到手涂的流程，這樣有利于提高效率。首先進(jìn)行大面積色塊的噴涂，再到小面積色塊手涂，噴涂加手涂，完成整體色彩的繪制。

（3）色彩調(diào)整噴涂潤(rùn)色階段，這一步主要是通過一層層疊加，疊色、罩染、漸變、過渡等色彩調(diào)整，強(qiáng)調(diào)顏色結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)。

（4）局部細(xì)節(jié)上色主要針對(duì)細(xì)節(jié)部分描繪，例如人物五官、服裝細(xì)節(jié)、做舊、仿銅等斑駁痕跡、紋路等。通過對(duì)細(xì)節(jié)描繪，高度還原模型原始形象，突出造型特征，塑造最真實(shí)的模型。

（5）光感調(diào)整精細(xì)上色主要分為兩大類：?jiǎn)」馓幚砗土凉馓幚怼８鶕?jù)客戶需求，使用啞光油或亮光油進(jìn)行質(zhì)感調(diào)整，打造整體啞光或亮光，部分啞光或亮光，來(lái)實(shí)現(xiàn)高度仿真的模型質(zhì)感。

圖5 FDM產(chǎn)品噴涂效果

針對(duì)不同表面要求的FDM產(chǎn)品，需要對(duì)其進(jìn)行表面特殊處理，比如：噴鍍工藝。噴鍍有效果多樣、色澤鮮艷、質(zhì)感強(qiáng)、亮度高等特點(diǎn)，能滿足不同效果應(yīng)用，如圖6 所示。設(shè)備為噴鍍機(jī)，原材料為特制水性材料。

圖6 FDM產(chǎn)品噴鍍效果

3 結(jié)束語(yǔ)

快速成型技術(shù)在近幾年來(lái)發(fā)展速度越來(lái)越快，成型設(shè)備的價(jià)格也普遍走低，許多廠家都設(shè)計(jì)生產(chǎn)出了更為廉價(jià)、有效的快速成型設(shè)備，而它們將迅速地進(jìn)入企業(yè)，成為企業(yè)升級(jí)的重要助手。目前，F(xiàn)DM成型技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越普遍，本文通過闡述FDM產(chǎn)品的后處理工藝，切實(shí)有效地解決了表面缺陷問題，有效提升了產(chǎn)品表面質(zhì)量及美觀度。