3D打印中的热处理

烧结是可用于增材制造的热处理方法之一，严格来说，这更多的是制造过程中的一个关键步骤，而不是后处理方法。事实上，在使用粘结剂喷射或其他间接 3D打印时，这是不可或缺的重要环节。通过这两种工艺将获得零件的生坯，里面包含了无机或有机的粘结剂，目前多通过热脱脂的方法进行去除，之后继续在更高的温度下实现金属颗粒的冶金结合。

来源：Markforged

目前， 光固化3D打印的聚合物也需要通过后固化来改善其最终性能，这是一个硬化或固化阶段。树脂是由几种在液态下不连接在一起的单体组成的，当暴露于紫外线源时，这些相同的单体将结合在一起形成所需的部件。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电阻的风险。这就是硬化步骤起作用的地方，它将使交联反应充分完成。

来源：Formlabs

零件创建完成后，将对其进行清洁，以去除多余的非光聚合树脂。然后就可以将零件放入合适的机器中——通常，树脂3D打印机制造商会提供固化站。这是一个紫外线室，可硬化打印部件并赋予其最终特性。这降低了其脆弱性并降低了破损的风险。固化还可以固定树脂的颜色，使其处理起来更安全。零件随着时间的推移具有更强的强度，这在许多领域都至关重要。

所使用的树脂类型或零件尺寸等因素将直接影响该热处理步骤。大多数情况下，零件越大，固化所需的时间就越长。

这种热处理方法将3D打印部件暴露在一定温度下，该温度取决于所使用的材料。加热后，逐渐冷却以增加其强度。这是一种广泛用于金属的技术。某些塑料也可以进行这种退火，例如PLA和PETG。对于其他热塑性塑料，例如ABS，它并不适用，因为热量往往会产生过多的翘曲或变形。

一些热塑性塑料适合退火（照片来源：UltiMaker）

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，这将使分子能够自我重组，从而提高最终部件的稳定性。对于金属，退火将有可能由于其再结晶而增加晶粒尺寸。在这两种情况下，退火的持续时间都会对最终零件的结构产生影响——暴露在热量下的时间越长，其结构变化就越大。例如，在退火步骤后可以获得更小的塑料部件，因为热量加速了它们的收缩。在进行相关设置时，需要考虑这一点。

金属3D打印中的退火将提高所制造零件的延展性及其强度。

去应力退火是金属3D打印常用的热处理方法之一，残余应力是快速加热和冷却的必然产物，这是激光粉末床熔融工艺的固有特性。应力退火的过程中，内应力会逐渐消失或降低，同时伴随着材料的晶体再排列和细化。这样可以提高材料的塑性、韧性和延展性，降低材料的硬度和强度。从而改善材料的综合性能。

此外，还可以使用回火强化3D打印金属零件，这是一种将零件加热到非常高的温度并快速冷却的操作，它将影响零件件的微观结构；淬火通常需要使用液体来冷却零件。

3D打印进行HIP处理（来源：Bodycote）

热等静压是另一项极为重要的步骤，无论是航天还是医疗都不可省却。热等静压（简称HIP）是将制品放置到密闭的容器中，向制品施加各向同等的压力，同时施以高温，在高温高压的作用下，制品得以烧结和致密化。经过热等静压过程，可以消除缺陷，改善组织形态和力学性能。

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3D打印仅仅是该制造手段中的其中一个环节，这一观点已经被大多数用户所接受。尤其与后处理或热处理相关的步骤是零件在应用过程中的关键，涉及到设备与温度及时间设置等，直接影响零件最终的性能。更多内容，可查看延伸阅读中的相关话题。