王志勇

(共享智能铸造产业创新中心有限公司，宁夏银川 750001)

0 引言

基于FDM成形技术制作的产品，存在打印缺陷——支撑和毛刺；同时，受打印工艺的制约，产品表面存在层纹感，产品打印完成后需要进行表面缺陷处理及美观度提升。FDM产品后处理工艺提供了FDM产品后处理技术方案。本文归纳总结FDM 技术成形产品后处理技术，阐述FDM 产品后处理工艺过程，为产品制作和后处理提供了参考方案，该技术的应用可以提高产品外观质量及美观度，并提升后处理效率。

1 背景及其产品分析

增材制造技术是近几年发展热门、发展迅速的一类新型智能制造技术。增材制造的种类多样化，熔融沉积成型技术是应用最为广泛的技术之一；因其成型工艺简单，成型材料相对低廉，被越来越多的企业或单位所应用。以下基于FDM的快速原型制作技术为例，对产品原型制作及后处理关键技术进行了分析。介绍如何运用FDM快速成型技术和产品原型后处理技术,快速制作出符合要求的产品和样件。

FDM成型技术原理：通过将PLA 颗粒熔融挤出构造单层二维轮廓图案；构造完成一层二维轮廓图案后，打印平台下降一个层厚高度，继续构造下一个二维轮廓图案，如此循环直至构建出整个实体模型。其成型工艺特点主要有：

（1）采用PLA 为原材料，绿色、环保、无污染；

（2）操作简便，与普通打印机操作一样；

（3）用途广泛，如外形设计、装配、测试等，还可作为产品直接使用，且产品表面可打磨、上色、抛光等。

2 FDM 产品后处理工艺

随着增材制造技术的日益发展，且智能制造亦逐步走进百行万业。增材制造产品越来越受欢迎，遍及各个领域；应用最为广泛的FDM 成型技术，以其便捷的操作和低廉的制造成本，已遍地开花，涉及多个领域，小到一个花瓶，大到室外大型艺术雕塑。

2.1 FDM 产品后处理

FDM 产品后处理是指对FDM 产品进行除去支撑、毛刺、拼装、表面后处理等工序，最终交付合格产品的过程。FDM产品后处理工艺流程如图1所示。

图1 FDM产品后处理工艺流程

2.2 FDM 产品后处理工艺流程

2.2.1 核对FDM产品结构工艺图

依据FDM产品工艺设计图纸，核对FDM产品结构形态、拼装部位及数量。

2.2.2 确认FDM产品拼装机打磨部位

依据FDM产品工艺设计图纸，确认各部件拼装面、打磨部位。

2.2.3 除去产品支撑、毛刺

单块FDM 产品表面会存在打印支撑及打印毛刺等，去除支撑和毛刺以获得FDM产品。常用的工具有锉刀和砂纸，通常为手工打磨；特殊情况下可使用打磨机、风磨笔进行处理；如大面积时可用打磨机处理，窄缝或手触及不到的地方使用风磨笔进行。需要注意的是一定要沾水进行打磨，可以防止材料过热起毛。如图2 所示为FDM产品毛刺。

图2 支撑及毛刺

2.2.4 FDM产品拼装

单块FDM产品按设计结构图纸，进行组装拼接。拼装时使用工具有塑料焊枪，材料有：原材料焊条、结构胶；拼接部位涂覆结构胶，胶厚1mm，对位后使用塑料焊枪进行接缝焊接处理，以保证拼装粘接位置，如图3 所示。

图3 单体拼装

2.2.5 拼接部位打磨

拼装后，接缝处会遗留焊接凸台及毛刺，选取合适打磨工具进行处理，达到随型、过渡自然。

2.2.6 表面后处理

是指将涂料覆于产品表面基材形成具有防护、装饰功能的过程，是FDM 产品后处理工艺的重要工序。依据处理工艺的不同，可将后处理分为：刮腻子及打磨；喷涂漆料、喷镀。

2.2.6.1 刮腻子及打磨

去除FDM产品表面支撑或毛刺后，表面质量就会有所降低，加之FDM成形产品表面层纹感。需要对产品表面进行刮腻子处理，并进行表面打磨处理，以使表面平整、光滑。

刮腻子前进行底灰喷涂，喷涂前将喷漆摇匀，在距离工件20～25cm 处开始喷涂。检查工件表面是否完全喷涂底灰，对未喷涂的部位进行补喷。直到工件完全被漆覆盖，工件喷涂完成。

刮腻子的目的是为了填补产品表面缺陷，并填平产品表面台阶纹，修补表面以光整。常用的腻子是木工腻子，特殊要求使用汽车腻子，进行手工刮覆。

（1）按100:2 比例调和原子灰与固化剂，调和混合后建议2～3min 内使用完，两者搅拌混合至微微黏稠即可。

（2）填补工件时使用刮刀工具，使用刮刀刮蹭少量原子灰，均匀涂抹在工件的表面上，涂抹后使用刮刀刮平。补灰时应逐个面进行填补，不要同时进行。当一个面的缺陷填补完成后可接着填补另一个面。

（3）曲面涂抹时需均匀，使用软刀进行施工，以免影响特征。直至工件表面的缺陷填补完成为止，原子灰填补工件完成。

图4 FDM产品表面腻子刮涂

打磨是进一步平滑表面，以达到后续工艺要求。常使用砂纸进行人工打磨；也会使用打磨机进行大幅面作业，以节省时间。一般使用800 目水砂纸打磨2～3 遍即可达到喷涂漆料要求。砂纸目数越高，表面打磨得就越细腻。

砂纸打磨原则：先粗后细，先进行粗打磨再进行细打磨。

2.2.6.2 喷涂漆料、喷镀

喷涂漆料是将涂料涂覆于产品表面形成具有防护、装饰或特殊功能涂层的过程。产品外观不仅反映产品表面质量、装饰性能，也是产品价值的构成要素。常见的喷漆工具有喷枪、喷壶。

为使FDM产品表面更具美观及质感，常常对表面进行喷涂涂料处理，比如：哑光漆、亮光漆、聚氨酯、聚脲涂料等。

上色的一般流程：

（1）底色整体进行，用喷枪选取贴近成品颜色的底漆，一般采取薄涂，层层叠加。细节部分和整体颜色反差较大的部分可以先预留不用喷。

（2）色块上色一般来说要遵循从大面积到小面积，从喷涂到手涂的流程，这样有利于提高效率。首先进行大面积色块的喷涂，再到小面积色块手涂，喷涂加手涂，完成整体色彩的绘制。

（3）色彩调整喷涂润色阶段，这一步主要是通过一层层叠加，叠色、罩染、渐变、过渡等色彩调整，强调颜色结构和细节。

（4）局部细节上色主要针对细节部分描绘，例如人物五官、服装细节、做旧、仿铜等斑驳痕迹、纹路等。通过对细节描绘，高度还原模型原始形象，突出造型特征，塑造最真实的模型。

（5）光感调整精细上色主要分为两大类：哑光处理和亮光处理。根据客户需求，使用哑光油或亮光油进行质感调整，打造整体哑光或亮光，部分哑光或亮光，来实现高度仿真的模型质感。

图5 FDM产品喷涂效果

针对不同表面要求的FDM产品，需要对其进行表面特殊处理，比如：喷镀工艺。喷镀有效果多样、色泽鲜艳、质感强、亮度高等特点，能满足不同效果应用，如图6 所示。设备为喷镀机，原材料为特制水性材料。

图6 FDM产品喷镀效果

3 结束语

快速成型技术在近几年来发展速度越来越快，成型设备的价格也普遍走低，许多厂家都设计生产出了更为廉价、有效的快速成型设备，而它们将迅速地进入企业，成为企业升级的重要助手。目前，FDM成型技术应用越来越普遍，本文通过阐述FDM产品的后处理工艺，切实有效地解决了表面缺陷问题，有效提升了产品表面质量及美观度。