3D打印金属零件的精密后处理：从打印态到功能件的去毛刺与抛光技术综述

在增材制造（3D打印）领域，金属零件的直接制造已广泛应用于航空航天、医疗植入、精密模具等高附加值行业。然而，无论是通过SLM（选择性激光熔化）、SLS（选择性激光烧结）还是EBM（电子束熔化）技术成形的零件，其“打印态”表面都存在固有的缺陷，严重制约了零件的疲劳性能、装配精度和美学价值。因此，精密的后处理——特别是去毛刺和抛光——是3D打印金属零件从“原型”走向“功能件”不可或缺的关键环节。

一、 问题本质：3D打印金属零件的表面复杂性

与传统加工件不同，3D打印件的表面问题更具挑战性：

黏着粉末与部分熔融颗粒： 零件表面，特别是下表面和悬垂结构，会附着未完全熔化的金属粉末，形成粗糙的颗粒状纹理。层间台阶效应： 分层制造原理导致微观上的阶梯状表面形貌。支撑残留与毛刺： 支撑结构与零件接触点断裂后形成凸起毛刺；零件内部复杂流道或网格结构的支撑去除困难，易产生内部毛刺。表面张力与球化现象： 熔池不稳定会导致微小的金属球体黏附在表面。高表面活性： 打印态的粗糙表面具有较高的表面积和化学活性，更易氧化或腐蚀。

这些缺陷不仅影响外观，更是应力集中点，会显著降低零件的疲劳强度和使用寿命。

二、 技术方案：针对不同缺陷与需求的精密抛光工艺

根据技术原理，主流精密抛光技术可分为以下几类：

1. 减材式物理抛光：机械整平

磁力抛光：原理： 利用高频磁场驱动不锈钢针在工件周围高速旋转流动，通过无数次细微切削完成去毛刺抛光。优势： 对复杂内腔、交叉孔、细缝的去毛刺效果极佳，无加工死角，自动化程度高。局限： 对宏观台阶效应的整平能力有限。流体抛光：原理： 将混有磨料的粘性流体以高压喷射至工件表面，依靠磨料颗粒的冲击实现抛光。优势： 可处理任何复杂几何外形，一致性高，不会改变工件的宏观尺寸精度。局限： 设备及耗材成本较高。

2. 增材/等材式化学与电化学抛光：分子级整平

电解抛光：真正的镜面效果： 可获得极高的表面光泽度。保持几何精度： 宏观切削量极小，不损害零件原始设计特征。改善耐腐蚀性： 形成均匀、致密的钝化膜。无机械应力： 适用于薄壁、易变形零件。原理： 工件作为阳极浸入电解液，通直流电后，表面微观凸起处电流密度更高，金属离子优先溶解进入电解液，从而实现整体平滑与光亮。优势：挑战： 工艺控制复杂（温度、电流、时间），对材料成分敏感，电解液处理需考虑环保。化学抛光：原理： 依靠化学试剂的氧化还原反应，对工件表面进行选择性溶解。优势： 设备简单，无需电源，可处理复杂工件。挑战： 光洁度通常低于电解抛光，溶液寿命和一致性控制难度大，环保审批严格。

3. 能量束抛光：面向未来的非接触加工

激光抛光：原理： 使用低能量密度的激光束扫描零件表面，使极薄表层材料重熔。在表面张力作用下，熔融金属从微观凸起流向凹陷处，实现“液平滑”，凝固后得到光滑表面。优势： 非接触、无工具磨损、可编程、可达性极好，能针对性处理特定区域。局限： 设备昂贵，工艺研发成本高，对材料的热物理性质敏感，可能引入热影响区。

三、 专业工艺路线设计：从粗糙“打印态”到高性能“功能件”

一个专业的后处理方案，往往不是单一技术的应用，而是多种技术的组合。我们建议以下路线：

路线A（通用高性能路线）：粗整平 → 精抛光 → 清洁

粗整平（宏观缺陷去除）： 采用喷砂或振动光饰，快速去除黏着粉末和较大毛刺，降低整体粗糙度（例如从Ra 15μm降至Ra 4μm）。清洁与钝化： 彻底清洗残留磨料或化学介质，并进行钝化处理，以增强耐腐蚀性。

路线B（超复杂结构件路线）：内部处理 → 外部整平 → 最终光亮

3D打印金属零件的后处理是一个高度专业化的领域，其技术选择需基于材料特性、零件几何复杂度、表面质量要求（Ra, Rz值）、生产批量和成本预算进行综合考量。超越简单的“去支撑”，通过科学的工艺链设计，才能真正释放3D打印技术在制造高性能、高可靠性金属零件方面的巨大潜力。