3D打印中的热处理工艺：技术原理与重要性解析

南极熊导读：后处理是增材制造的关键阶段。事实上，行业中使用了许多不同的方法，这些方法根据所使用的3D技术而有所不同：例如除粉、去除支撑和着色等。本文将详细介绍增材制造中的另一种方法：热处理工艺。

后处理对于3D打印的重要性

后处理工艺可以采用多种形式，具体选择取决于所需的结果、使用的材料以及首选的制造技术。这些包括烧结、金属退火、固化和热等静压。这种类型的后处理有一个明确的目标：减少3D打印零件的内应力并提高其机械性能。根据所选择的技术，当然会获得不同的结果，但目的是影响打印过程中可能出现的残余应力。

在增材制造中，根据所选的打印工艺，生产的零件会受到不同温度的影响，并经历不同程度的加热和冷却阶段。这些阶段对积累残余应力的零件有直接影响。因此，打印后的热处理至关重要，不仅要消除这些残余应力，还要影响零件的机械特性，例如弯曲强度、延展性和最终硬度。南极熊将向大家介绍几种基础的处理方法及其作用。

△一系列设备可用于增材制造中的热处理

烧结，金属和陶瓷的关键后处理步骤

烧结是可用于增材制造的热处理方法之一。请注意，烧结更多的是制造过程中的一个步骤，而不是其本身的后处理方法。事实上，在使用粘合剂喷射或间接3D打印时，这是强制性的。后者是指使用含有金属颗粒的塑料丝的方法。

通过烧结打印后获得的生坯，我们除去了粘合剂并将金属颗粒固化在一起。为了实现这一点，需要一个烧结炉：将温度升至略低于所用材料的熔点。该技术去除了原始粉末颗粒，减少了零件的孔隙率并增加了其硬度。它主要与金属或陶瓷粉末一起使用。

考虑到最终零件的收缩现象。在烧结过程中，材料颗粒结合在一起并取代粘合剂，从而减小了原始零件的尺寸。这一减少幅度约为15%至20%。

△固化是树脂3D打印零件的常见热处理方法

聚合物3D打印零件的固化、热处理

如果我们现在将注意力转向增材制造中的聚合物，就会发现零件使用了一种特殊的热处理技术，以提高其最终性能。这当然是固化，主要用于树脂3D打印。

树脂由几种在液态时不结合在一起的单体组成。当暴露于紫外线源时，这些相同的单体结合在一起形成所需的部分。然而，打印后，某些区域不会实现最佳交联，从而有损害打印组件整体强度的风险。这是固化阶段可能令人感兴趣的地方，因为它将使所有可能的交联发生。

零件制作完成后，将对其进行清洁，以去除多余的非光聚合树脂和印刷支撑物，然后可以将零件放置在合适的机器中。通常，树脂3D打印机制造商会提供自己的固化站，例如Formlabs及其Form Cure解决方案。这是一个紫外线室，可硬化打印部件并赋予其最终特性。这降低了脆弱性和破损风险。固化还可以固定树脂的颜色，使其处理起来更安全。

其结果是零件更加耐用，这在许多领域都至关重要。所使用的树脂类型和零件尺寸等因素将直接影响该热处理阶段。通常情况下，零件越大，硬化所需的时间就越长。这是您的制造过程中需要考虑的一个因素。

△一些热塑性塑料与退火兼容，使其能够用作热处理方法

退火作为3D打印热处理方法

这种热处理方法涉及将3D打印部件暴露在一定温度下。根据所使用的材料，热量可以更高或更低。加热后，逐渐冷却以增加其强度。该技术广泛用于金属，也用于玻璃。有些塑料也可以退火，例如PLA和PETG。对于其它热塑性塑料，例如ABS，退火是不合适的，因为热量会导致翘曲。

但它究竟是如何运作的呢？具体而言，退火是将材料加热到高于其结晶温度但低于其熔点的温度。对于聚合物，这将使分子重组，从而提高最终部件的稳定性。对于金属，退火允许晶粒通过再结晶而尺寸增大。

在这两种情况下，退火的持续时间都会影响最终零件的结构。暴露在热量下的时间越长，其结构变化就越大。例如，塑料部件在退火后会变得更小，因为热量会加速其收缩。这是设计零件时需要考虑的重要一。

△热等静压水箱安装在3D打印部件的顶部

金属热处理方法

请注意，3D金属打印中的退火可提高所创建零件的延展性和强度。该技术特别适用于钢材。我们将用一些专门用于金属的热处理方法来结束我们的工艺解析。第一种是热等静压（HIP）。它结合了非常高的温度和等静压惰性气体压力，同时应用时，可以增加零件的密度和强度。具体来说，该部件被封闭在高压安全壳中并暴露在这种热/压力组合下。这消除了所有内部空隙和残余孔隙。该技术也与陶瓷兼容。

3D打印的金属部件也可以通过淬火来强化：这需要将部件加热到非常高的温度，然后快速冷却。这将对部件的微观结构产生影响。淬火通常需要使用液体来冷却零件。目前还存在许多其他与增材制造兼容的热处理方法，这里不再详细举例。此外，南极熊最后提醒大家在设计阶段因考虑一些重要参数，例如零件的收缩率等。