蒸汽平滑：一种改善3D打印部件光洁度的技术

许多部件在3D打印后不能直接使用，并且根据所选择的打印工艺，部件可能需要清洁和精加工。这样就可以提高物体的机械性能，或者改善表面状况。有许多技术可以用于此目的，但它们始终取决于印刷技术、材料和应用。在塑料零件表面处理的方法中，我们发现蒸汽平滑处理，其英文名称也为Vapor  Smoothing。

这是一个物理化学过程，可以使热塑性塑料的表面变得致密和光滑。将化学物质通过蒸汽注入施加到零件上。化学处理越密集、时间越长，3D打印部件就会越有光泽、越光滑。但它是如何工作的以及您应该注意什么？

蒸汽平滑处理是一种后处理工艺，用于使3D打印部件表面光滑（图片来源：Xometry）

蒸汽平滑是如何进行的？

蒸汽平滑的原理是在蒸汽和化学物质的作用下液化印刷品的顶层，并重新排列表面分子，从而改善其结构。该过程在密封的加热室内进行，3D打印部件放置在其中。然后加热选定的化学溶剂并通过进料系统将蒸汽引入室内。在那里，蒸汽凝结在硬币表面并引发反应，使硬币的顶层部分融化。这种效果可以使粗糙的区域或毛孔变得平坦，留下光滑、平衡的表面。

在专用解决方案中，该平滑室已经集成。精加工过程分几个阶段自动进行。将零件加热、添加溶剂并化学熔化后，溶剂会自动吸入零件内部，使零件上不会留下任何残留物。零件也直接在机器中干燥。

为了获得最佳效果，各个组件不应互相接触，而应放置或悬挂在架子上。这可确保化学处理在各个侧面进行，并且结果均匀。然而，增材制造所制造的零件通常具有复杂的几何形状，使得悬挂和放置变得复杂。在这种情况下，根据房间的几何形状，有必要在设计过程中放置临时孔眼甚至考虑悬挂。经过蒸汽平滑处理后即可将其除去。

3D打印件挂在卧室里（图片来源：DyeMansion）

与打印技术和材料的兼容性

蒸汽平滑处理是热塑性材料的一种后处理方法。这意味着该技术兼容多种材料-包括PA、ABS、PC、PLA、PP、TPU、PETG-可以使用不同的3D打印技术进行处理。该工艺特别适用于SLS或MJF部件，因为这些部件打印后表面会变得粗糙。但通过FDM制造的零件也可以通过蒸汽平滑处理进行返工。

根据材料的不同，使用不同的化学品来获得最佳效果。因此，建议对ABS和ASA使用丙酮，而对PLA建议使用四氢呋喃(THF)。对于ABS、PETG和PC，也可以使用甲基乙基酮(MEK)。

对于由许多不同材料制成的部件，都可以进行蒸汽平滑处理。（图片来源：Protolabs）

优点和应用

蒸汽平滑的主要优点是它可以对3D打印组件进行处理，使其表面质量和美观度与注塑部件相当。外观和感觉是支持蒸汽平滑的两个决定性论据，因为它可以让您校正表面高度和深度并获得均匀和光滑的表面。这反过来又促进了组件的清洁，从而提高了卫生水平。经过化学处理的组件更耐污渍和细菌，这使得经过处理的组件具有广泛的应用范围。

此外，蒸汽平滑处理也有助于改善组件的性能。经过处理后，它们的机械稳定性增强，弯曲强度和抗拉强度更高，滑动能力增强。这一优势尤其适用于薄壁部件，因为在平滑过程中孔隙率的降低对机械承载能力有积极的影响。

通过熔化然后重新密封顶层，蒸汽平滑处理还可以使零件具有防水和耐化学腐蚀性能，这对于传导液体和提供密封的零件尤其重要。光滑的表面也有利于后续的染色或涂漆，并确保着色均匀。

通过蒸汽平滑处理可以显著改善3D打印部件的表面光洁度（图片来源：ASM）

还应该提到成本，因为与其他精加工方法相比，蒸汽平滑可以提供快速且廉价的结果。它高效、灵活，并且与多种热塑性塑料兼容，开辟了广泛的应用范围。因此，光滑零件可以替代注塑件，既可用作原型，又可用作系列零件。

上述密封面对于承载液体的部件很重要，例如流体力学测试的通道、管道和部件。因此，结合零件改进的机械性能，该工艺对于机械结构、汽车工业以及航空航天中使用的部件都很有吸引力。

另一方面，改善卫生在医疗环境中起着核心作用，经过化学平滑处理的部件可以满足医药、牙科以及食品工业的标准。设计应用也受益于这种精加工方法，因为光滑、均匀的表面和光泽的表面可以产生令人印象深刻的可见部分。

光滑部件用于不同行业（图片来源：ASM）

边界

尽管蒸汽矫直具有许多优点，为许多应用打开了大门，但也值得一提的是它也存在一些局限性。事实上，与任何过程一样，必须考虑某些会影响结果的点。为了达到最佳效果，必须将组件正确放置在平滑室中。正如开头所提到的，房间几何形状中的自然凹口和挂钩是一种优势，否则应该添加孔眼或挂钩。然而，这些可能会在零件上留下痕迹并降低其质量。

此外，零件不宜太薄，因为蒸汽平滑不适用于壁厚小于1-2毫米的零件。即使零件的翘曲小于0.4%，化学蒸汽处理也会对大型扁平物体造成扭曲和翘曲效应。

最后，应当注意的是，处理化学品总是存在一定的风险。正确的操作和认真的程序对于自身安全至关重要。

平滑前（左）和平滑后（右）（照片来源：ATM）

蒸汽平滑解决方案提供商

尽管蒸汽平滑在3D打印部件的后处理中越来越受欢迎，但该工艺的机器供应商名单却有限。英国制造商AMT凭借其PostPro  SFX系统提供高性能办公解决方案，堪称业界先驱。另一方面，PostPro SF Pure和PostPro SF  PP机器则针对工业用户。DyeMansion还利用其Powerfuse S系列来实现工业应用的自动蒸汽平滑。

德国初创公司ASM也专门提供蒸汽矫直解决方案。该公司通过VX1提供快速后处理解决方案，周期为1.5至2小时。

编译整理：3dnatives