FDM 產品后處理工藝應用研究

王志勇

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

0 引言

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

1 背景及其產品分析

增材制造技術是近幾年發(fā)展熱門、發(fā)展迅速的一類新型智能制造技術。增材制造的種類多樣化，熔融沉積成型技術是應用最為廣泛的技術之一；因其成型工藝簡單，成型材料相對低廉，被越來越多的企業(yè)或單位所應用。以下基于FDM的快速原型制作技術為例，對產品原型制作及后處理關鍵技術進行了分析。介紹如何運用FDM快速成型技術和產品原型后處理技術,快速制作出符合要求的產品和樣件。

FDM成型技術原理：通過將PLA 顆粒熔融擠出構造單層二維輪廓圖案；構造完成一層二維輪廓圖案后，打印平臺下降一個層厚高度，繼續(xù)構造下一個二維輪廓圖案，如此循環(huán)直至構建出整個實體模型。其成型工藝特點主要有：

（1）采用PLA 為原材料，綠色、環(huán)保、無污染；

（2）操作簡便，與普通打印機操作一樣；

（3）用途廣泛，如外形設計、裝配、測試等，還可作為產品直接使用，且產品表面可打磨、上色、拋光等。

2 FDM 產品后處理工藝

隨著增材制造技術的日益發(fā)展，且智能制造亦逐步走進百行萬業(yè)。增材制造產品越來越受歡迎，遍及各個領域；應用最為廣泛的FDM 成型技術，以其便捷的操作和低廉的制造成本，已遍地開花，涉及多個領域，小到一個花瓶，大到室外大型藝術雕塑。

2.1 FDM 產品后處理

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

圖1 FDM產品后處理工藝流程

2.2 FDM 產品后處理工藝流程

2.2.1 核對FDM產品結構工藝圖

依據FDM產品工藝設計圖紙，核對FDM產品結構形態(tài)、拼裝部位及數量。

2.2.2 確認FDM產品拼裝機打磨部位

依據FDM產品工藝設計圖紙，確認各部件拼裝面、打磨部位。

2.2.3 除去產品支撐、毛刺

單塊FDM 產品表面會存在打印支撐及打印毛刺等，去除支撐和毛刺以獲得FDM產品。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、風磨筆進行處理；如大面積時可用打磨機處理，窄縫或手觸及不到的地方使用風磨筆進行。需要注意的是一定要沾水進行打磨，可以防止材料過熱起毛。如圖2 所示為FDM產品毛刺。

圖2 支撐及毛刺

2.2.4 FDM產品拼裝

單塊FDM產品按設計結構圖紙，進行組裝拼接。拼裝時使用工具有塑料焊槍，材料有：原材料焊條、結構膠；拼接部位涂覆結構膠，膠厚1mm，對位后使用塑料焊槍進行接縫焊接處理，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，接縫處會遺留焊接凸臺及毛刺，選取合適打磨工具進行處理，達到隨型、過渡自然。

2.2.6 表面后處理

是指將涂料覆于產品表面基材形成具有防護、裝飾功能的過程，是FDM 產品后處理工藝的重要工序。依據處理工藝的不同，可將后處理分為：刮膩子及打磨；噴涂漆料、噴鍍。

2.2.6.1 刮膩子及打磨

去除FDM產品表面支撐或毛刺后，表面質量就會有所降低，加之FDM成形產品表面層紋感。需要對產品表面進行刮膩子處理，并進行表面打磨處理，以使表面平整、光滑。

刮膩子前進行底灰噴涂，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，對未噴涂的部位進行補噴。直到工件完全被漆覆蓋，工件噴涂完成。

刮膩子的目的是為了填補產品表面缺陷，并填平產品表面臺階紋，修補表面以光整。常用的膩子是木工膩子，特殊要求使用汽車膩子，進行手工刮覆。

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

（2）填補工件時使用刮刀工具，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。補灰時應逐個面進行填補，不要同時進行。當一個面的缺陷填補完成后可接著填補另一個面。

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

圖4 FDM產品表面膩子刮涂

打磨是進一步平滑表面，以達到后續(xù)工藝要求。常使用砂紙進行人工打磨；也會使用打磨機進行大幅面作業(yè)，以節(jié)省時間。一般使用800 目水砂紙打磨2～3 遍即可達到噴涂漆料要求。砂紙目數越高，表面打磨得就越細膩。

砂紙打磨原則：先粗后細，先進行粗打磨再進行細打磨。

2.2.6.2 噴涂漆料、噴鍍

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

為使FDM產品表面更具美觀及質感，常常對表面進行噴涂涂料處理，比如：啞光漆、亮光漆、聚氨酯、聚脲涂料等。

上色的一般流程：

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

（2）色塊上色一般來說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）色彩調整噴涂潤色階段，這一步主要是通過一層層疊加，疊色、罩染、漸變、過渡等色彩調整，強調顏色結構和細節(jié)。

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

（5）光感調整精細上色主要分為兩大類：啞光處理和亮光處理。根據客戶需求，使用啞光油或亮光油進行質感調整，打造整體啞光或亮光，部分啞光或亮光，來實現高度仿真的模型質感。

圖5 FDM產品噴涂效果

針對不同表面要求的FDM產品，需要對其進行表面特殊處理，比如：噴鍍工藝。噴鍍有效果多樣、色澤鮮艷、質感強、亮度高等特點，能滿足不同效果應用，如圖6 所示。設備為噴鍍機，原材料為特制水性材料。

圖6 FDM產品噴鍍效果

3 結束語

快速成型技術在近幾年來發(fā)展速度越來越快，成型設備的價格也普遍走低，許多廠家都設計生產出了更為廉價、有效的快速成型設備，而它們將迅速地進入企業(yè)，成為企業(yè)升級的重要助手。目前，FDM成型技術應用越來越普遍，本文通過闡述FDM產品的后處理工藝，切實有效地解決了表面缺陷問題，有效提升了產品表面質量及美觀度。