金屬 3D 打印（如 SLM、DMLS）的零件剛從設(shè)備取出時，更像 “帶瑕疵的半成品”—— 表面有未熔化的粉末顆粒、層間紋路，內(nèi)部還藏著肉眼看不見的內(nèi)應(yīng)力，直接使用容易出現(xiàn)開裂、磨損快等問題。而打磨和熱處理這兩項(xiàng)后處理，就像給零件 “做康復(fù)訓(xùn)練”，能讓性能提升 50% 以上，從 “能用” 變成 “耐用”。

很多用戶覺得 “打印完就夠了”，忽略后處理，結(jié)果零件用幾天就壞；也有人盲目打磨導(dǎo)致尺寸超標(biāo)，或熱處理參數(shù)錯誤讓零件報廢。本文從 “打磨提升外觀與耐磨性”“熱處理消除應(yīng)力與增強(qiáng)強(qiáng)度” 兩個核心，拆解具體操作方法、材料適配要點(diǎn)和避坑技巧，讓你花最少時間，把金屬 3D 打印零件的性能拉滿。

一、打磨：從 “粗糙半成品” 到 “精密成品”，3 步提升外觀與耐磨性

金屬 3D 打印零件的表面粗糙度通常在 Ra12.5-25μm（類似砂紙質(zhì)感），不僅影響美觀，還會導(dǎo)致磨損加快（粗糙表面易藏污垢、摩擦系數(shù)大）。通過科學(xué)打磨，能讓表面粗糙度降至 Ra0.8-3.2μm，同時提升耐磨性和密封性。

（一）打磨前準(zhǔn)備：選對工具，事半功倍

不同打磨階段需要不同工具，盲目用粗砂紙會刮傷零件，用細(xì)砂紙又效率太低，按 “粗磨→細(xì)磨→精磨” 選工具：

? 材料適配提醒：

? 鈦合金（TC4）：硬度高（HV300-350），選碳化硅砂紙（比普通砂紙耐磨 3 倍），避免砂紙快速磨損；

? 不銹鋼（316L）：易生銹，打磨時用濕磨（蘸肥皂水），減少金屬粉末殘留導(dǎo)致的氧化；

? 工具推薦：新手用 “手持打磨機(jī)”（帶調(diào)速功能，約 200 元），轉(zhuǎn)速調(diào)至 3000-5000 轉(zhuǎn) / 分鐘，比手動打磨效率高 5 倍。

（二）實(shí)操步驟：按 “方向 + 力度” 把控，避免尺寸超標(biāo)

打磨的核心是 “循序漸進(jìn)”，跳過中間步驟會導(dǎo)致表面不平整，甚至刮傷零件，按以下 3 步操作：

1. 粗磨：快速去除缺陷（關(guān)鍵 10 分鐘）

? 重點(diǎn)處理支撐殘留和表面凸起：用角磨機(jī)裝 80 目砂輪片，沿零件表面平行方向打磨（別垂直按壓，力度輕到 “砂輪片剛好接觸零件”），支撐殘留處先磨掉根部，再慢慢修平，避免磨傷零件本體；

? 注意：粗磨只磨 “多余部分”，比如支撐殘留、邊緣毛刺，別過度打磨功能面（如安裝孔、密封面），否則會導(dǎo)致尺寸偏差（如 φ10mm 的孔，磨成 φ9.8mm 就裝不上）；

? 案例：不銹鋼 316L 齒輪零件，粗磨前表面有 0.3mm 凸起粉末，用 120 目砂輪片磨 5 分鐘后，凸起完全去除，表面粗糙度從 Ra25μm 降至 Ra12.5μm。

1. 細(xì)磨：消除劃痕，細(xì)化表面（核心 30 分鐘）

? 用 240 目砂紙沿粗磨劃痕的垂直方向打磨（交叉打磨能更徹底消除劃痕），力度比粗磨輕 1/2（如握筆力度），每磨 30 秒清理一次零件表面粉末，觀察劃痕是否消除；

? 劃痕消失后，換 400 目砂紙重復(fù)操作，再換 600 目砂紙，此時表面粗糙度能降至 Ra3.2-6.3μm，用手摸無明顯顆粒感；

? 避坑點(diǎn)：打磨曲面零件（如醫(yī)療植入物的球形頭部）時，用 “海綿砂紙”（柔韌性好，能貼合曲面），別用硬砂紙，否則會磨出平面，影響零件精度。

1. 精磨：提升美觀與耐磨性（可選，按需操作）

? 若需要鏡面效果（如儀器外殼）：用 800 目砂紙濕磨（蘸清水），再換 1200 目砂紙，最后用拋光輪（蘸拋光膏，如氧化鋁拋光膏）拋光，轉(zhuǎn)速調(diào)至 8000 轉(zhuǎn) / 分鐘，拋光 5-10 分鐘，表面粗糙度可達(dá) Ra0.8μm，像鏡子一樣反光；

? 若只需啞光效果（如機(jī)械零件）：用 800 目砂紙干磨即可，無需拋光，既能提升耐磨性，又避免鏡面易留指紋的問題；

? 效果驗(yàn)證：精磨后的鈦合金零件，耐磨性提升 40%（摩擦系數(shù)從 0.6 降至 0.36），在相同使用頻率下，使用壽命從 300 小時延長到 420 小時。

（三）常見錯誤：這 3 個坑別踩

1. 用粗砂紙直接精磨：80 目砂紙的劃痕太深，后續(xù)用 1200 目砂紙也無法消除，導(dǎo)致表面坑洼不平；

2. 打磨力度過大：新手怕磨不掉劃痕，用力按壓砂紙，結(jié)果零件尺寸超差（如 10mm 厚的零件，磨成 9.5mm），必須輕力度、多遍數(shù)；

3. 不銹鋼零件干磨后不清理：干磨產(chǎn)生的不銹鋼粉末殘留，會導(dǎo)致零件生銹，磨完后必須用酒精棉片擦干凈，再涂一層防銹油。

二、熱處理：消除內(nèi)應(yīng)力，讓零件 “更抗造”，4 種工藝適配不同需求

金屬 3D 打印是 “局部熔化 - 快速冷卻” 的過程，零件內(nèi)部會產(chǎn)生巨大內(nèi)應(yīng)力（如鈦合金零件冷卻時內(nèi)應(yīng)力可達(dá) 600MPa，超過材料屈服強(qiáng)度），若不消除，使用中容易開裂、變形。熱處理能通過 “加熱 - 保溫 - 冷卻”，釋放內(nèi)應(yīng)力，同時調(diào)整零件的金相組織，提升強(qiáng)度、硬度等性能。

（一）核心熱處理工藝：按材料和需求選，別盲目套用

不同金屬材料的熱處理工藝差異大，選錯工藝會導(dǎo)致零件性能下降（如不銹鋼過度加熱會變軟），以下 4 種是最常用的工藝：

1. 去應(yīng)力退火：消除內(nèi)應(yīng)力，防止開裂（通用工藝）

? 原理：將零件加熱到 “低于相變溫度” 的溫度，保溫一段時間，讓內(nèi)應(yīng)力緩慢釋放，再隨爐冷卻；

? 適配材料：所有金屬（鈦合金、不銹鋼、高溫合金），是最基礎(chǔ)的熱處理工藝；

? 參數(shù)設(shè)置：

? 案例：某企業(yè)用 SLM 打印的鈦合金無人機(jī)支架，未熱處理前，從 1 米高度跌落有 30% 概率開裂；去應(yīng)力退火后，跌落開裂率降至 5% 以下。

1. 固溶處理：提升不銹鋼的耐腐蝕性（不銹鋼專屬）

? 原理：將不銹鋼加熱到高溫（1050-1150℃），讓碳元素充分溶解到基體中，再快速水冷，形成均勻的奧氏體組織，提升耐腐蝕性；

? 適用場景：不銹鋼零件用于化工、海洋等易腐蝕環(huán)境（如管道閥門、水下配件）；

? 操作要點(diǎn)：加熱時需用惰性氣體保護(hù)（如氬氣），避免不銹鋼表面氧化；水冷速度要快（水溫≤25℃），否則碳元素會析出，降低耐腐蝕性；

? 效果：固溶處理后的 316L 不銹鋼，耐鹽霧腐蝕能力提升 50%，在 3.5% 鹽水中浸泡 1000 小時，腐蝕速率從 0.05mm / 年降至 0.025mm / 年。

1. 時效強(qiáng)化：提升鈦合金的強(qiáng)度（鈦合金專屬）

? 原理：鈦合金經(jīng)固溶處理（920-960℃加熱后水冷）后，再在低溫（450-550℃）下保溫，讓合金元素（如鋁、釩）析出細(xì)小的第二相，阻礙位錯運(yùn)動，從而提升強(qiáng)度；

? 適用場景：鈦合金承重零件（如航空發(fā)動機(jī)支架、醫(yī)療植入物）；

? 參數(shù)設(shè)置：TC4 鈦合金先固溶（940℃×1 小時，水冷），再時效（500℃×4 小時，空冷），拉伸強(qiáng)度從 860MPa 提升至 950MPa，屈服強(qiáng)度從 795MPa 提升至 880MPa；

? 避坑點(diǎn)：時效溫度不能太高（超過 600℃），否則第二相過度長大，反而導(dǎo)致強(qiáng)度下降。

1. 熱等靜壓（HIP）：消除內(nèi)部孔隙，提升致密度（高端需求）

? 原理：將零件放入高壓容器，在高溫（鈦合金 920-980℃，不銹鋼 1100-1150℃）和高壓（100-150MPa）下保溫，讓零件內(nèi)部的微小孔隙（直徑≤0.1mm）閉合，致密度從 95%-98% 提升至 99.8% 以上；

? 適用場景：航空航天關(guān)鍵零件（如渦輪葉片）、醫(yī)療植入物（如人工關(guān)節(jié)），要求零內(nèi)部缺陷；

? 成本提醒：熱等靜壓設(shè)備昂貴（單次處理成本約 500-1000 元 / 件），普通零件無需使用，優(yōu)先選去應(yīng)力退火。

（二）熱處理操作注意事項(xiàng)：3 個細(xì)節(jié)決定成敗

1. 加熱速度要慢：從室溫升至目標(biāo)溫度，速度控制在 5-10℃/ 分鐘（如鈦合金從 25℃升至 700℃，需要 1.5-2 小時），避免零件因溫差過大產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力；

2. 保溫時間要足：保溫時間按零件厚度計算（如 10mm 厚的零件，保溫 2 小時；20mm 厚的零件，保溫 4 小時），時間太短，內(nèi)應(yīng)力釋放不徹底；

3. 冷卻方式要對：去應(yīng)力退火需 “緩冷”（隨爐冷卻），固溶處理需 “快冷”（水冷），冷卻方式錯了，不僅達(dá)不到效果，還可能導(dǎo)致零件變形（如不銹鋼固溶后慢冷，會變軟、易生銹）。

三、不同材料的 “打磨 + 熱處理” 組合方案：直接套用，少走彎路

鈦合金和不銹鋼是金屬 3D 打印最常用的材料，兩者的后處理需求不同，按以下方案操作，能最大化提升性能：

（一）鈦合金（TC4）：側(cè)重 “強(qiáng)度 + 耐腐”，適合航空、醫(yī)療

1. 打磨方案：

? 粗磨：120 目砂輪片去除支撐殘留；

? 細(xì)磨：240 目→400 目→600 目碳化硅砂紙，濕磨（蘸肥皂水），避免粉末飛揚(yáng)；

? 精磨（醫(yī)療植入物）：800 目→1200 目砂紙，最后用拋光輪拋光至 Ra0.8μm，提升生物相容性（光滑表面不易滋生細(xì)菌）；

1. 熱處理方案：

? 普通零件：去應(yīng)力退火（700℃×2 小時，隨爐冷卻）；

? 承重零件：固溶 + 時效（940℃×1 小時水冷 + 500℃×4 小時空冷）；

? 高端零件：去應(yīng)力退火 + 熱等靜壓（950℃×3 小時，120MPa）。

（二）不銹鋼（316L）：側(cè)重 “性價比 + 耐腐”，適合工業(yè)、日常

1. 打磨方案：

? 粗磨：80 目砂輪片磨掉毛刺，角磨機(jī)轉(zhuǎn)速 5000 轉(zhuǎn) / 分鐘；

? 細(xì)磨：240 目→400 目砂紙干磨，再 600 目砂紙濕磨（蘸清水），防止生銹；

? 精磨（儀器外殼）：800 目砂紙干磨，無需拋光，保留啞光質(zhì)感；

1. 熱處理方案：

? 普通零件：去應(yīng)力退火（600℃×1.5 小時，隨爐冷卻）；

? 腐蝕環(huán)境零件：去應(yīng)力退火 + 固溶處理（600℃×1.5 小時隨爐冷 + 1100℃×1 小時水冷）；

? 避坑點(diǎn)：不銹鋼別做時效處理，會導(dǎo)致硬度下降、耐腐蝕性變差。

四、避坑總結(jié)：新手最容易犯的 4 個錯誤

1. 零件打印完直接打磨，不清理粉末：表面殘留的金屬粉末會導(dǎo)致打磨時 “打滑”，還會磨損砂紙，必須先用壓縮空氣吹掉粉末，再用酒精棉片擦干凈；

2. 熱處理時零件堆疊放置：零件之間接觸會導(dǎo)致加熱不均，出現(xiàn)局部應(yīng)力未釋放，必須將零件分開擺放（間距≥5mm），或用耐火材料隔開；

3. 鈦合金零件用不銹鋼的熱處理參數(shù)：鈦合金的去應(yīng)力退火溫度（650-700℃）比不銹鋼（550-600℃）高，用不銹鋼參數(shù)處理鈦合金，內(nèi)應(yīng)力釋放不徹底；

4. 過度打磨功能面：安裝孔、密封面等關(guān)鍵部位，打磨后尺寸偏差不能超過 ±0.05mm，建議用卡尺實(shí)時測量，磨到接近設(shè)計尺寸時，換細(xì)砂紙輕磨，避免超差。

五、總結(jié)：后處理的 “核心邏輯”

金屬 3D 打印后處理不是 “可選步驟”，而是 “性能保障”—— 打磨解決 “表面問題”（外觀、耐磨性），熱處理解決 “內(nèi)部問題”（內(nèi)應(yīng)力、強(qiáng)度），兩者結(jié)合才能讓零件達(dá)到最佳狀態(tài)。

新手不用追求 “極致工藝”，先掌握基礎(chǔ)的 “去應(yīng)力退火 + 粗磨 + 細(xì)磨”，就能滿足 80% 的使用需求；高端場景（如航空、醫(yī)療）再逐步嘗試時效強(qiáng)化、熱等靜壓、精磨拋光。記?。汉筇幚淼哪康氖?“讓零件更適配需求”，不是 “越復(fù)雜越好”，科學(xué)操作才能既提升性能，又避免浪費(fèi)時間和成本。

現(xiàn)在就按本文的方法，給你剛打印完的金屬零件做一次 “打磨 + 熱處理”，你會發(fā)現(xiàn)，原本粗糙易裂的零件，會變得光滑、結(jié)實(shí)，真正發(fā)揮金屬 3D 打印的價值。