如何打磨3D打印零件獲得光滑表面？

導(dǎo)讀：所有的制造過程都有一定的局限性，因?yàn)榧词故菣C(jī)器也無法生產(chǎn)出特別光滑的形狀。3D打印由于自身的制造原理，由于層厚的存在，剛打印出的部件不會(huì)十分光滑，因此總是需要一些后處理。打磨是3D打印中最常見的后處理技術(shù)，也是最消耗勞動(dòng)力的環(huán)節(jié)。那么如何對打印后的零件進(jìn)行打磨呢？南極熊整理了關(guān)于打磨零件的相關(guān)信息，我們一起看下去吧！

打磨零件總是耗時(shí)耗力，這也是最令人“勸退”的步驟。但是，有一些技術(shù)可以幫助人們更快、更專業(yè)的打磨。今天主要以打磨PLA為例，南極熊將介紹打磨零件時(shí)的注意事項(xiàng)以及操作方法，從而獲得光滑的零件表面。

打印光滑的零件

△打印光滑零件以節(jié)省打磨時(shí)間

為了避免后續(xù)大量的打磨工作，最有效的辦法就是在打印零件時(shí)就提高零件的精度，比如打印容易打磨的零件，減小層厚�？梢栽谇衅瑱C(jī)進(jìn)行設(shè)置，分層的層厚越小，精度越高，打磨量越少。

●與大多數(shù)塑料一樣，PLA具有吸水性，這意味著它會(huì)吸收空氣中的水分。通過打印機(jī)噴嘴的PLA會(huì)留下粗糙表面。剛開封進(jìn)行使用的新的線材大多是真空包裝的并帶有干燥劑，所以使用新線材能夠規(guī)避吸水性的影響。但是，使用超過幾周的線才應(yīng)存放在干燥的地方或在打印前干燥，最大程度避免吸水性的影響。

●從設(shè)計(jì)軟件導(dǎo)出3D模型的方式也會(huì)對最終打印件的表面質(zhì)量產(chǎn)生影響。弦高是 STL 文件與源模型的最大允許偏差。弦高越低，意味著模型將具有較高的多邊形數(shù)，從而減少曲面上看到的多面角。導(dǎo)出STL文件時(shí)，保持弦高遠(yuǎn)低于打印層高度會(huì)提高表面質(zhì)量。如果您從Thingiverse等共享網(wǎng)站下載了 STL 文件，您將無法更改弦高。通常，但存儲(chǔ)庫上的 STL 文件往往具有不錯(cuò)的分辨率，因此您無需擔(dān)心這一點(diǎn)。

●獲得平滑的 STL 文件后，可以更改切片器的設(shè)置，有很多設(shè)置可以幫助減少所需的打磨量。此處列舉了幾個(gè)設(shè)置，可供參考：

1. 打印方向在表面質(zhì)量中起著重要作用。懸垂區(qū)域需要支撐，從而形成非常粗糙的表面。如果可能，選擇合適的打印方向，減少明顯的支撐痕跡。
2.在合理范圍內(nèi)，層高可以設(shè)置為小值。非常低的層高會(huì)增加大量打印時(shí)間，但會(huì)產(chǎn)生更平滑的光潔度。具有垂直墻壁和平頂?shù)男螤畋扔薪嵌鹊膲Ρ诨驁A頂頂部更能更平滑。
3.壁厚對于打磨非常重要。在打印前可以設(shè)置一點(diǎn)額外的壁厚，以防后期打磨得太深。否則，可能會(huì)產(chǎn)生孔洞等缺陷。當(dāng)后期打磨時(shí)，薄壁會(huì)偏斜，在填充物中留下印記圖案。另外，打印時(shí)需要牢牢固定住零件，以防易碎部件的折斷。
4.打印速度的合理設(shè)置，速度過快可能會(huì)導(dǎo)致打印機(jī)振動(dòng)，產(chǎn)生粗糙的避免。因此，請減慢機(jī)器的打印速度以減少振動(dòng)。
5.獨(dú)特的切片軟件功能還有助于實(shí)現(xiàn)更平滑的3D打印。Ultimaker Cura和PrusaSlicer提供了一種稱為“熨燙”的功能，可以平滑打印的頂層。

△平滑頂層功能（來源：Jackson O'Connell via All3DP）

為什么打磨？


△打磨后的模型（來源：Steffenator7 via Thingiverse）

打磨過程確實(shí)是一個(gè)耗時(shí)耗精力的過程，那么究竟為什么需要打磨呢？有以下幾個(gè)原因：

●安全和舒適：去除鋒利的邊緣和粗糙的表面提高安全性能是有必要的。PLA不是很鋒利，但在服裝或假肢等可穿戴應(yīng)用中可能引起人的不適。在打磨時(shí)，可以先用粗砂紙或銼刀去除尖銳的東西�？梢愿�容易地在后續(xù)步驟中進(jìn)行強(qiáng)力打磨，而不會(huì)撕裂砂紙。

●精密配合：如果您要組裝機(jī)械零件，精度很重要。軸和孔需要基于其功能的精確間隙進(jìn)行間隙、過盈或過渡的配合，但根據(jù)打印機(jī)的精度，這些配合尺寸需要進(jìn)行一些調(diào)整。在打磨之前和打磨過程中，測試配合部件并標(biāo)記要去除的區(qū)域，并注意不要打磨得過深。

●美學(xué)：打印品的外觀很重要，特別是對于電影道具或營銷演示等功能性作品。

打磨時(shí)需要的工具

△不同砂紙進(jìn)行打磨（來源：Tool Tango）

無論出于何種原因進(jìn)行打磨，都需要先從快速去除材料開始，即粗磨開始。這可以加速打磨的整體速度。砂紙有各種類型的砂礫（粗糙度）。粗粒度（60 或更�。┯糜诳焖偃コ�材料。中等粒度（60到80）用于在打底前進(jìn)行平滑處理。細(xì)粒度（100到120）。非常細(xì)的砂礫（150 到 220）。超細(xì)（400 或更高）用于噴漆后的拋光和拋光。

通常，較便宜的砂紙使用的粘合劑較差，沙子會(huì)從從紙上脫落。更糟糕的情況是砂紙粒度不一致。一張細(xì)紙上的單個(gè)粗粒會(huì)留下很深的劃痕，讓之間的打磨過程“前功盡棄”。出于這個(gè)原因，在更換更細(xì)的砂紙之前清潔零件是十分重要的，以去除任何殘留的粗顆粒。

DIY工具

△制作自己的打磨工具（來源：hansus via Thingiverse）

某些零件的幾何形狀可能需要專門的工具來打磨特定的表面或難以到達(dá)的地方。幸運(yùn)的是，這并不一定很昂貴，因?yàn)橛性S多DIY解決方案。例如，可以通過將砂紙包裹在一塊硬質(zhì)材料（通常是木材）周圍來制作砂磨塊。砂紙和砂塊之間的泡沫、布或橡膠墊有助于砂紙貼合零件的形狀。該砂墊適用于軟化硬邊和去除STL文件偽影。較厚的墊將使砂紙符合零件的形狀。但請注意，如果用力過猛，用厚軟墊打磨尖角會(huì)導(dǎo)致紙張撕裂。通常只需折疊一張砂紙就可以很好地處理深凹槽和角落。在銷釘周圍滾動(dòng)砂紙以擴(kuò)大或平滑孔。當(dāng)然，您也可以打印自己的打磨工具。

打磨設(shè)備


△使用電動(dòng)工具輕壓（來源：Dremel UK via YouTube）

打磨工具也十分實(shí)用，可以處理人手難以觸及的區(qū)域。PLA不會(huì)磨損銼刀，但會(huì)堵塞銼齒，因此利用精細(xì)打磨工具是個(gè)不錯(cuò)的解決方案。另一個(gè)需要隨身攜帶的好物品是粘性布，用于在打底或涂漆之前清潔物體，將所有的打磨灰塵去除！

●電動(dòng)工具
電動(dòng)工具非常適合在大面積上快速去除材料。這可以節(jié)省很多時(shí)間，但需要注意的是如果壓力或速度太高，特別是壁薄或零件小的情況下，摩擦作用會(huì)在幾秒鐘后軟化或熔化PLA。

南極熊建議您從不太關(guān)鍵的打磨區(qū)域開始，了解并適應(yīng)它的升溫速度，同時(shí)注意不要長時(shí)間打磨一個(gè)區(qū)域。如果零件在打磨時(shí)變得不那么光滑，那么它就會(huì)變得太熱。這時(shí)可以使用一些散熱裝置，例如風(fēng)扇進(jìn)行解決。

●其他材料
填充劑和底漆對于隱藏深層線、間隙和其他低洼缺陷至關(guān)重要。較大的間隙可以用木膩?zhàn)踊蝾愃频奶畛湮镄扪a(bǔ)，而底漆是一種可以很好地粘附在基面上的多孔涂料。
可打磨底漆適用于光滑的表面。刷涂底漆成本更低，適用于現(xiàn)場填充或非常大的項(xiàng)目。噴涂底漆很方便，不會(huì)留下刷痕。

打磨技術(shù)

△粗糙表面到光滑表面（來源：Michael Heit via All3DP）

零件的打印表面具有波峰和波谷。波峰值由打印層、支持材料、打印機(jī)工件或 STL 節(jié)點(diǎn)組成。波谷是由中斷的噴嘴流動(dòng)引起的層之間的空間和間隙。為了使表面光滑，需要通過去除材料使波峰變平，并用填充物或底漆填充波谷。打磨過程一遍先用粗砂紙進(jìn)行一次打磨，去除幾乎所有的峰。然后，使用更精細(xì)的砂紙進(jìn)一步消除上一步的劃痕。濕磨可用于更細(xì)的砂礫。使用一點(diǎn)水有助于清除碎屑并防止紙張被粘住，因?yàn)榈灼岷吞盍蠒?huì)粘在紙上并堵塞砂礫。但最重要的是：記得在打磨時(shí)始終使用防塵口罩和護(hù)目鏡！

打磨其他材料


△用中砂紙打磨泡沫部件（來源：Priority Prototypes）

掌握了打磨PLA的方法后，您可以嘗試其他材料。要注意，硬度、紋理和軟化溫度的變化會(huì)影響零件的打磨方式。

●ABS 和 PETG 是流行的印刷細(xì)絲，可以進(jìn)行蒸汽平滑處理，從而使用溶劑暫時(shí)溶解表面材料。

●如果施加過大的力，橡膠材料往往會(huì)弄臟。快速、輕柔的打磨效果最佳。對粘性材料使用濕磨，以避免抓住材料和堵塞。如果橡膠想要抓住砂礫，請使用更細(xì)的砂紙。

●木材和復(fù)合長絲等纖維材料應(yīng)按紋理方向打磨。打磨時(shí)要記得帶上手套，不然一些纖維會(huì)劃傷手指。濕磨可防止復(fù)合纖維在空氣中傳播，但仍需始終佩戴防塵面罩。

●金屬需要更長的時(shí)間打磨，但可以達(dá)到高光澤。隨著時(shí)間的推移，氧化會(huì)使鋁和銅等一些金屬變鈍。添加透明涂層以防止氧化或拋光以恢復(fù)光澤。

●高密度聚氨酯泡沫很容易用中等粒度打磨。由于打磨的灰塵會(huì)在空氣中不斷漂浮，因此請保持真空運(yùn)行。聚苯乙烯泡沫可以被油漆熔化，所以在你在零件上投入太多時(shí)間之前先用廢料進(jìn)行測試。

●玻璃和陶瓷比某些砂紙中的砂粒更硬。需要使用專門的砂石、木棍或泥漿。

打磨3D打印后的零件不是一件易事，它直接決定了零件的表面質(zhì)量，那么在看完南極熊整理的打磨方法后，你是否會(huì)有一些啟發(fā)呢？快動(dòng)手試一試吧，期待你的光滑零件哦！