蒸汽平滑与振动精抛光3D打印部件表面精加工技术对比

    为提升3D打印部件的表面精致度，工程师采用涂层、喷砂及手工精加工等多种工业技术，其中蒸汽平滑与振动精抛光作为主流工艺备受关注。尽管3D打印能制造复杂零件，但初始打印件常存在粗糙表面与明显层线，尤其在熔融沉积建模（FDM）工艺中更为显著。后处理作为生产关键环节，可通过添加或去除材料层实现表面平滑。本文系统介绍并对比当前主流的两种表面精加工技术——蒸汽平滑与振动精抛光，涵盖工艺原理、操作流程、优缺点及适用场景，为技术选型提供参考。

    蒸汽平滑技术

    蒸汽平滑（VaporSmoothing），又称化学蒸汽平滑技术，通过将3D打印部件置于蒸发溶剂环境中实现表面处理。工业级蒸汽平滑需将单个或多个部件悬挂于密闭腔室，确保最大程度暴露。化学溶剂混合物（如FA326）被注入并喷射至腔室内，在部件表面凝结硬化，通过可控熔融消除表面不规则性。随腔室温度升高，残留溶剂蒸发并回收，最终部件获得防水性能，同时保留光滑内腔、精确尺寸及原始材料体积。

    为达到最佳效果，建议使用专为3D打印蒸汽平滑设计的工业设备，在受控环境中实施该工艺。对DIY方案感兴趣的用户，可采用丙酮或乙醇作为溶剂进行蒸汽平滑（或称溶剂浸渍），但需严格遵守安全规范并配备专业设备。

    振动精抛光技术

    振动精抛光技术摒弃化学试剂，转而利用研磨介质实现3D打印部件的表面精加工。其工艺流程为：将多个3D打印零件与研磨介质、化合物润滑液共同置于振动桶中，启动设备后，桶体运动产生机械摩擦，通过减材方式温和去除最外层材料，从而提升表面质量。该技术分振动法与翻滚法两种模式，其中振动法更适合处理大型、低细节零件，且能更快达成目标效果。

    磨料选择对振动精抛光至关重要。陶瓷磨料（适合不锈钢、金属、塑料）因高密度可承受高压，兼具去毛刺与光亮表面功能；塑料磨料（金字塔形、圆锥形）适用于柔软精细表面；WaltherTrowal开发的乳头形磨料则专攻超小零件及复杂区域处理；钢磨料（球形）因极小材料去除量，常用于金属、银、铝制零件的抛光与清洁，确保无划痕表面。

    除磨料外，润滑液（化合物）的作用不可或缺：其可吸收并清除零件磨损碎屑，同时完成清洁与脱脂。酸性化合物适用于金属零件的酸洗处理。抛光后需进行干燥：振动干燥机通过加热介质（如玉米芯粉、坚果粉、木块）与零件共振动实现干燥；带式干燥机则利用热风系统，特别适合含内部通道或孔洞的敏感、笨重零件。

    两种技术的处理时间因零件数量与复杂度而异，范围从十分钟至数小时不等。

    材料兼容性分析

    蒸汽平滑技术兼容多数3D打印聚合物与弹性体，适用材料包括丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯（ASA）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、高抗冲聚苯乙烯（依设备而定）、尼龙11（PA11）、尼龙12（PA12）、聚丙烯（PP）、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（PC-ABS）。但需注意，TPU及部分特种长丝不建议采用此工艺。溶剂选择（如丙酮、甲乙酮（MEK）、四氢呋喃（THF）、二氯甲烷（DCM）、乙酸乙酯）需结合材料特性与工艺要求。

    振动精抛光的材料适应性更广，除热固性塑料、热塑性塑料、弹性体（如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET））外，还可处理铝、不锈钢、黄铜、铜等金属材料。因此，该技术可作为FDM/FFF、粉末床熔融等多种3D打印技术的后处理方案，通用性显著。

    工艺优缺点对比

    两种技术均能提升表面质量，但特性各异。蒸汽平滑可实现与注塑成型相当的光滑、防水表面，同时改善零件的伸长率、拉伸性能、弯曲性能，保持原有特性、强度与精度。振动精抛光虽无法达到防水效果，但能消除涂层痕迹，生成防刮擦、防污表面。两者均可赋予零件光泽外观，但蒸汽平滑的表面更闪亮，而振动精抛光的触感更柔软、愉悦。

    蒸汽平滑的局限性在于：复杂、微小、过大或过平的模型可能因过度暴露而变形、丢失细节，处理后可能出现桥接、起泡、咬痕、边缘池、斑点、孔洞或特征缺失等问题。柔性材料相比刚性材料更易出现表面缺陷，因此对含接头的活动部件需严格控制处理时间，避免损害接头或因蒸汽过度渗透导致粘连。

    振动精抛光的优势在于适应性强，可通过调整磨料与方法满足不同零件的个性化需求、材料特性及结构要求，专业操作下几乎适用于所有3D打印零件。但该工艺可能导致几何形状损失，如零件的棱角与尖端因过度圆化而失真，此问题在蒸汽平滑中不会发生。此外，振动精抛光后常需额外干燥程序，延长整体处理时间。

    典型应用领域

    蒸汽平滑技术在医疗、汽车及航空航天领域应用广泛，可处理防水、抗菌且无化学残留的部件。例如，汽车内饰件（仪表板、门把手、中控台元件）及航空航天零件（机翼、空气管道、发动机部件）均采用此工艺。

    振动精抛光在医疗、汽车、体育等行业需求显著，尤其适用于金属部件的光滑表面处理，以确保功能与安全。汽车零件（如发动机部件）、体育器材（溜冰鞋、健身设备）及消费品（珠宝、餐具）均通过该技术实现表面精加工。

    两种技术贯穿产品开发全周期，从概念模型、原型到最终产品均有应用，为3D打印部件的商业化与功能化提供了关键支持。