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第 9 卷 - 2021 年 6 月刊
增材制造后处理
NAM清洁工艺前后的MJF印刷埃菲尔铁塔
HP PA12：原料–NAM清洁–染色–NAM表面处理
NAM表面处理目标
用于表面处理测试的尺寸尺–NAM清洁工艺前后
HP PA12粗糙度表
彩色印花太阳镜-由Raleri Srl提供
清洁前后的SLM组件
Norblast 3D打印生产线
Riccardo Cristiani
设想
近年来，增材制造技术的特点是不断发展，在工业生产周期中的应用越来越多，从而将重点从用于原型制造转向大规模生产目标。这种新型制造范式的多功能性，即在需要的地方“添加”材料，而不是“去除”多余的材料，为公司带来了一系列好处，因此被证明是工业领域最具影响力的解决方案之一。
除了仔细定义印刷工艺和材料之外，实施增材制造的组件生产可能还需要后处理，以使组件符合项目的技术和美观要求。
目前，由于增材印刷技术固有的局限性，所获得物体的表面光洁度可能不足以满足生产链中所要求的质量操作标准：印刷残留物、表面粗糙度、所制造组件的美学外观。
从概念的角度来看，根据材料的类型(塑料、金属或其他材料)以及打印方法，可以使用各种增材制造技术。
如果我们把重点放在塑料聚合物粉末床熔化技术上，最常见的打印方法是SLS(选择性激光烧结)和MJF(多射流熔化)。使用激光束或高温灯选择性地熔化粉末。当打印完成时，将打印的项目从未熔化的粉饼中取出，并回收粉末以在后续的打印过程中再次使用。该过程会使一些半熔粉末残留物仍然附着在产品上；因此，生产流程还包括通过喷砂完成的清洁阶段。
增材印刷制造复杂形状的潜力是显而易见的。但是，如果考虑到打印易碎组件(带有销钉或薄壁、通道、孔和咬边)，则在打印和后处理时关键问题会增加。此外，从工业生产的角度来看，表面处理工艺的可重复性和自动化对于在质量、时间和成本方面获得预期结果是必不可少的。
出于这些考虑，如果未正确执行后处理，可能会出现美观缺陷，表面和颜色均匀性问题以及技术缺陷，导致表面可能不够光滑或某些区域可能没有正确处理，从而影响成品。因此，这证明不适合该项目。
用于增材制造的Norblast和表面精加工处理
Norblast集团
Norblast集团在制造压缩空气喷砂清理和喷丸强化方面拥有40多年的经验。
通过与大学和研究中心合作，以及在Norblast Lab中进行测试以对客户需求进行详细检查，可以对这些工艺进行深入研究，Norblast研究人员的经验可供客户和合作伙伴使用，从而测试最佳解决方案并满足最复杂的要求，最终不断改进技术和服务，使最佳解决方案产业化。
Norblast集团还依赖于Peen Service的持续研究，Peen Service是代表第三方进行喷丸强化加工的集团子公司，在使用许多机器人系统方面拥有直接的现场经验。
Norblast如何走向增材制造市场
增材制造技术已经有20多年的历史了。在FDM丝网印刷对象上进行的初步测试产生了一些非常有趣的结果，但是，Hewlett Packard突破性的Multi Jet Fusion技术要求提高了增材制造印刷组件的表面处理标准。实际上，生产流程涉及喷砂处理，这是制造过程中不可或缺的一部分：通过清洁粘附在产品上的半熔粉末，才有可能使印刷产品发挥功能。
因此，从2017年开始，一些客户要求Norblast提供优化的解决方案，以对使用HP MJF技术打印的产品进行适当的表面处理。
因此，Norblast有针对性地开展研究项目，利用其在传统技术领域多年积累的经验，积极与长期客户合作，并直接与制造商HP合作。事实上，我们与HP Barcelona合作，起草了一份关于优化清洁过程的白皮书，对几种喷砂介质、使用条件进行了比较，并且针对复杂产品中常见的关键问题评估了全面自动化处理的效果。
完善的塑料粉末床熔化增材制造工艺
由于进行了许多测试，我们开发了一些完善的NAM(Norblast增材制造)工艺。
NAM C(清洁)：这是塑料MJF和SLS组件生产流程的核心工艺。回收打印粉末后，会进行清洁以去除半熔粉末；经过优化，凭借非常适合这一目的的创新喷砂介质，它可以非常快速地清洁表面。由于有大量的印刷粉末粘附或包含在打印产品中，因此这是最关键的过程。考虑到增材制造印刷组件的自然复杂性，我们特别注意了销钉和薄壁等易碎组件，以及孔和咬边等难以触及的区域。随着技术的发展，产品的CAD设计也开始考虑后处理要求，例如通孔的尺寸和弯曲度、非通孔的最小直径以及销钉和墙壁的尺寸。此工艺也是任何后续处理的基础：通过喷射加工、振动翻滚、化学平滑、染色、喷漆、金属化等进行表面处理。
此工艺可以获得完全清洁且均匀的浅灰色组件。
NAM F(表面处理)：此工艺可以在清洁后进行。它可以使组件“光滑”，从而降低表面粗糙度。这也使组件表面更加紧凑，清洁处理后，组件具有明显更大的耐刮擦性和更深的灰色。再加上染色工艺，还可以使组件具有半光泽效果。
NAM B(黑色)：此工艺可以通过将钢喷砂介质作为第一步清洁步骤或表面处理来执行。这样即使在清洁过程中也可以得到具有低粗糙度的完美清洁组件，这些组件往往是黑色的。然而，在石墨化过程中，可能有铁残留在组件表面。
NAM PA Colour：这是一种特殊的清洁工艺，用于处理彩色打印的组件(例如HP MJF 580)，以强调产品的彩色产量。
其他增材制造技术的后处理
其他塑料聚合物印刷技术可以受益于喷砂，以减少金属丝或树脂层的形状因数，从而使表面粗糙。也可以使打印过程中的位置变化引起的颜色不均匀变得均匀。也可以准备表面以进行进一步的处理，例如喷漆。
对于金属粉末床熔化(SLM、EBM)，后处理被广泛用于清洁表面上的颗粒，以降低粗糙度并使表面均匀，从而产生特定的美观效果。将在专门的文章中讨论金属增材制造的表面处理主题，尤其是通过应用Norblast喷丸强化技术提高组件的疲劳强度。
优化的工业解决方案
在聚合物粉末床熔化工艺中，需要解决一些关键问题，特别是在清洁半熔粉末的第一道工艺中。这些关键问题是由于进入喷砂机中的残留打印粉末量所致。
这些残留的粉末非常细且易挥发，并具有通过摩擦而带静电的自然趋势。如果被处理的组件带静电，它会吸引在处理后仍然附着在其上的悬浮粉末。此外，标准喷砂机的气动回路可能不具备适当的尺寸来处理这种数量的粉末。在清洁过程中，从印刷组件上去除的粉末可能会与喷砂介质混合，从而影响该工艺的有效性和效率。
这就是Norblast开发3D打印生产线的原因，这是与塑料粉末3D打印机的大量用户合作的成果，具有优化功能。为了最大程度地传输粉末，对气动抽吸回路进行了改良。对于静电，已经实施了特殊的电离压缩空气解决方案，该解决方案可使静电保持在最低水平，以便在工作周期结束时获得干净的组件。
还实施了创新系统，以将印刷粉末与使用的喷射介质分离。这样，可以确保在处理后的工件上正确提供砂粒，即使在长时间密集使用期间也能获得有效而高效的工艺，并且在工作期间向机器中装入无数的构建单元，同时显著节省所用砂砾的消耗量。
通过大规模系统，可能在很大程度上实现自动化处理。从而实现了工作周期的自动化，涵盖了从机器进料处覆盖粉末的零件到机器出料处的成品和吹塑零件。通过PLC和连接附件进行管理，可以满足如今与工厂网络互连的要求。用户界面也得到了优化，在增材制造环境中特别易于操作员使用。
即使对于面对极其复杂的形状必须用到的手动使用，得益于特殊的人体工程学套件和观察镜的清洁，Norblast已经开发出了最佳的用户体验，即使是经过几次轮班的密集手动使用也是如此。
结语
事实证明，增材制造是一项令人兴奋的突破性技术。Norblast运用了多年经验，并且对使用3D打印的所有行业可用的工艺和机器进行了持续研究。
通过成功地应用技术，印刷和后处理的结合成果可以引导创新公司取得非凡的成果。
Norblast S.r.l.
Via Carpigiani, 7
40138 Bologna, Italy
电话：+39.051.531037
传真：+39.051.530133
邮箱：norblast@norblast.it
www.norblast.it; www.peenservice.it
