后處理作為增材制造流程中的核心環節，至今已形成多種標準化方法，涵蓋除粉、支撐去除、著色等操作。本文將聚焦另一關鍵步驟——3D打印零件的熱處理工藝。根據材料特性、目標性能及所選技術，熱處理可采取燒結、金屬退火、后固化（硬化）、熱等靜壓（HIP）等多種形式。這些工藝的核心目標在于消除打印過程中產生的殘余應力，并優化零件的機械性能。以下將系統解析增材制造領域常見的熱處理方法及其技術挑戰。

    熱處理在增材制造中的必要性

    3D打印過程中，零件會經歷不同工藝的加熱與冷卻階段，導致內部殘余應力的積累。后處理階段的熱處理至關重要，其不僅用于消除缺陷，還直接影響零件的機械特性，如抗彎強度、延展性及最終硬度。通過針對性熱處理，可有效調控材料微觀結構，提升成品性能。

    燒結工藝：從生坯到致密零件

    燒結（或稱燒結工藝）是增材制造中一種特殊的熱處理方式，嚴格意義上屬于制造流程的中間步驟而非后處理。該工藝在粉末粘合或間接3D打印中不可或缺，例如使用含金屬顆粒的塑料絲進行打印時，需通過燒結去除粘合劑并固化金屬顆粒。

    具體操作中，燒結爐將生坯加熱至略低于材料熔點的溫度，使金屬顆粒結合并去除原始粉末顆粒，從而降低孔隙率、提升硬度。需注意的是，燒結過程中材料會因顆粒重組導致尺寸收縮，收縮幅度通常為15%-20%。該工藝主要適用于金屬粉末或陶瓷材料。

    聚合物后固化：優化樹脂性能

    針對樹脂類材料的增材制造，后固化（硬化）是提升零件性能的關鍵步驟。樹脂由液態單體組成，打印過程中紫外線雖能引發部分交聯，但某些區域可能交聯不充分，導致零件強度不足。

    后固化工藝通過專用設備（如Formlabs的FormCure固化站）對打印件進行紫外線照射，完成剩余單體的交聯反應。此過程不僅能降低零件脆性、提升耐久性，還可固定樹脂顏色并確保使用安全性。固化時間受樹脂類型和零件尺寸影響，通常零件體積越大，所需固化時間越長。

    退火處理：調控材料微觀結構

    退火是一種通過可控加熱與冷卻改善材料性能的熱處理方法，廣泛應用于金屬、玻璃及部分塑料（如PLA、PETG）。其原理是將材料加熱至結晶溫度以上、熔點以下的溫度區間，促使分子或晶粒重組，從而提升穩定性。

    對聚合物而言，退火可加速收縮、減少內應力；對金屬而言，退火通過再結晶增大晶粒尺寸，提升延展性與強度。需注意，退火工藝參數（如溫度、時間）需嚴格匹配材料特性，否則可能導致ABS等熱塑性塑料翹曲變形。

    金屬專用熱處理技術

    針對金屬3D打印零件，還可采用以下附加熱處理方法：

    熱等靜壓（HIP）：結合高溫與惰性氣體等靜壓，將零件封裝于高壓容器中，通過熱-壓復合作用消除內部空隙與殘余孔隙，顯著提升密度與強度。該技術同樣適用于陶瓷材料。

    通過合理選擇熱處理工藝并精準控制參數，可有效優化3D打印零件的微觀結構與宏觀性能，滿足不同行業對材料強度、耐久性及尺寸精度的嚴苛要求。