金属3D打印后处理全流程: 热处理表面抛光技术详解

完成金属3D打印，并不等同于获得了可以直接使用的优质零件。就像刚开采出的矿石需要冶炼提纯，金属3D打印的 “毛坯” 件也必须经过一系列精细的后处理工序，才能真正释放性能潜力、满足实际应用需求。从去除支撑结构到提升表面光洁度，从优化内部组织到增强防护性能，本文将为你全面解析金属3D打印后处理全流程，带你掌握提升零件品质的关键技术。

一、支撑结构去除：释放零件原始形态

在金属3D打印过程中，支撑结构用于固定悬空部分、分散热应力，但打印完成后必须将其去除。不同的打印工艺和零件结构，对应不同的去除方法。

（一）机械去除法

对于结构简单、支撑与主体连接较松散的零件，可采用钳子、锯条等工具手动拆除。操作时需小心控制力度，避免划伤零件表面。例如，打印小型金属支架，用尖嘴钳逐步夹断支撑与主体的连接部位，再用砂纸打磨残留痕迹。对于连接紧密的支撑，可使用线切割机床，利用细金属丝通过放电腐蚀原理精准切割，常用于航空航天领域复杂零件的支撑去除。

（二）化学溶解法

针对一些难以机械去除的支撑结构，可选择化学溶解法。使用特定的腐蚀性溶液（如氢氧化钠溶液对铝合金支撑），将零件浸泡其中，使支撑材料逐渐溶解。此方法适用于复杂内腔结构的零件，但需严格控制浸泡时间，避免主体材料被过度腐蚀。溶解完成后，要用清水彻底冲洗零件，并进行干燥处理，防止残留溶液对零件造成二次损害。

二、热处理：改善内部组织结构与性能

热处理是金属3D打印后处理的核心环节，通过加热、保温、冷却等操作，改变金属的内部组织结构，从而优化其力学性能。

（一）退火处理

退火的主要目的是消除零件内部的残余应力、降低硬度、提高塑性。将打印件加热至略低于其相变温度的区间（如碳钢退火温度一般在 600 - 700℃），保温一定时间（根据零件尺寸设定，通常 1 - 3 小时）后随炉缓慢冷却。退火后的零件，内部应力大幅降低，后续加工不易变形，且塑性提升便于进行机械加工或冷变形处理。

（二）正火处理

正火处理的加热温度比退火略高，保温后在空气中快速冷却。这种处理方式能细化晶粒、改善组织均匀性，提高零件的强度和韧性。例如，对于打印的中碳钢零件，正火处理后其抗拉强度可提升 10% - 15%，适用于对综合力学性能要求较高的机械零件。

（三）淬火与回火

淬火是将零件加热到相变温度以上，保温后迅速放入冷却液（如水、油）中冷却，使金属获得马氏体组织，显著提高硬度和耐磨性。但淬火后的零件脆性大，需要通过回火来降低脆性、调整硬度和韧性。回火分为低温回火（150 - 250℃）、中温回火（350 - 500℃）和高温回火（500 - 650℃），根据零件的使用需求选择合适的回火温度。例如，打印的模具零件经过淬火和低温回火后，表面硬度可达 HRC58 - 62，能有效提高模具的使用寿命。

（四）时效处理

对于铝合金、钛合金等金属，时效处理可进一步强化材料性能。将零件加热到一定温度（如铝合金时效温度 150 - 200℃），保温数小时后冷却，使固溶体中的溶质原子析出并聚集，产生弥散强化效果。经过时效处理的铝合金零件，屈服强度可提升 20% - 30%，常用于航空航天领域的轻量化结构件。

三、表面抛光：提升外观与功能性

粗糙的打印表面不仅影响美观，还可能降低零件的耐腐蚀性、增加摩擦阻力。表面抛光通过去除材料表面的瑕疵和不平，获得理想的表面光洁度。

（一）机械抛光

1.研磨：使用不同粒度的砂纸、研磨膏，通过手工或机器对零件表面进行摩擦磨削。从粗粒度（如 80 目）砂纸开始去除较大的凸起和台阶，逐步更换到细粒度（如 2000 目）砂纸，使表面粗糙度不断降低。此方法适用于小型零件和局部抛光。

2.喷砂：利用高压空气将砂粒（如氧化铝、玻璃珠）喷射到零件表面，通过砂粒的冲击力去除杂质和粗糙层。喷砂后的表面呈均匀的哑光效果，可提高零件的表面附着力，常用于后续需要喷涂或电镀的零件预处理。

（二）化学抛光

将零件浸泡在化学抛光液中，利用化学反应溶解表面凸起部分，使表面平整光亮。化学抛光液根据金属材料不同而不同，如不锈钢抛光液主要成分包括磷酸、硫酸和硝酸。该方法适用于复杂形状零件的整体抛光，但抛光液具有腐蚀性，操作时需做好防护，使用后的废液也需妥善处理。

（三）电解抛光

电解抛光是利用电解原理，将零件作为阳极，浸入电解液中，通过电流作用使零件表面的微观凸起部分优先溶解，从而达到抛光效果。电解抛光能获得极高的表面光洁度（Ra 值可达 0.1μm 以下），常用于医疗器械、珠宝等对表面质量要求极高的领域。不过，电解抛光需要专业设备，且对电解液成分和电解参数控制要求严格。

四、涂层处理：赋予零件特殊性能

为满足不同的使用需求，金属 3D 打印零件常需要进行涂层处理，赋予其耐磨、防腐、绝缘等特殊性能。

（一）耐磨涂层

在金属零件表面涂覆碳化钨、陶瓷等耐磨材料，可显著提高其耐磨性。常见的涂覆方法有热喷涂（如等离子喷涂、火焰喷涂）和化学气相沉积（CVD）。例如，在打印的机械轴表面喷涂碳化钨涂层，可使轴的耐磨性提高 3 - 5 倍，延长使用寿命。

（二）防腐涂层

对于暴露在腐蚀性环境中的零件，如海洋工程设备零件，可喷涂环氧树脂、锌基涂层等防腐材料。喷涂前需对零件表面进行清洁和粗糙化处理，以增强涂层附着力。经过防腐涂层处理的零件，能有效抵御酸碱、盐雾等腐蚀介质的侵蚀，延长服役时间。

（三）绝缘涂层

在电子设备用金属零件表面涂覆绝缘漆（如聚酰亚胺漆），可实现电气绝缘功能。涂覆方式包括刷涂、喷涂和浸涂等，根据零件尺寸和形状选择合适的方法。绝缘涂层的厚度和均匀性直接影响绝缘性能，需严格控制涂覆工艺参数。

五、质量检测：确保零件符合标准

完成上述处理后，还需对零件进行全面的质量检测，确保其满足设计要求。

（一）尺寸精度检测

使用游标卡尺、千分尺、三坐标测量仪等工具，测量零件的关键尺寸，与设计图纸对比，判断是否在公差范围内。三坐标测量仪能对复杂形状零件进行高精度测量，可检测出微米级的尺寸偏差。

（二）表面质量检测

通过目视检查、显微镜观察或表面粗糙度仪测量，评估零件的表面光洁度、是否存在裂纹、砂眼等缺陷。对于要求较高的零件，还可使用光学显微镜或电子显微镜观察表面微观结构。

（三）力学性能检测

采用拉伸试验、硬度测试、冲击试验等方法，检测零件的强度、硬度、韧性等力学性能指标。例如，通过拉伸试验可获得零件的抗拉强度、屈服强度和伸长率等数据，判断其是否满足使用要求。

金属 3D 打印后处理是一个系统且精细的过程，每个环节都对最终零件的质量和性能起着关键作用。从支撑结构去除到质量检测，只有严格把控每一步工艺，才能将 3D 打印的金属零件从 “半成品” 转化为高质量的成品。无论是航空航天的精密部件，还是日常使用的功能性零件，掌握后处理全流程技术，都能让金属 3D 打印发挥更大的价值。随着技术的不断发展，后处理工艺也在持续创新，未来将为金属 3D 打印带来更多可能。