近年來，增材制造的使用率越來越多。這種基于堆積離散原理，在軟件和數控系統控制下以高能束為熱源將絲材/粉末材料熔化逐層堆積成形的制造工藝，由于無需傳統道具和夾具以及多道加工工序，還能顯著提高原材料的使用率，減少加工時間和成本，因此受到了業界的普遍歡迎。

激光沉積過程

不過隨著制造能力的提高，業界也對增材制造件等復雜型面結構件表面拋光質量、拋光要求等都提出了更高的要求。對于結構簡單的零件，大多還可以只用機加工進行處理；但對于結構復雜的金屬粉直接成型件、修復件、精密鑄造件等，如果只用機加工處理，由于表面粗糙度較大，是無法直接應用的。

經處理后的零件表面效果

如航空航天領域中的渦輪葉片、燃油噴嘴、燃燒室導流襯套、飛機機艙隔板等，都是采用增材制造技術成形，并獲得工程應用的典型零件。航空航天零件的設計與制造最大的挑戰就是在確保一定的強度和性能的前提下優化重量，主要靠的就是仿生拓撲優化設計技術——在不損失力學性能的前提下，重量可減輕多達70%（結構中含有通道、多孔、柵格等設計）。但這些復雜構件的內表面的表面質量往往都很差，會制約其在航空航天領域的廣泛應用。

總之，為了讓增材制造能真正用于實際，能提高表面質量和光潔度的拋光處理是生產中必不可少的環節，其地位和作用越來越重要。

有哪些拋光工藝可選？

目前，傳統的機械表面拋光技術（銑削、噴砂、振動磨削和微加工等）已經發展得相當成熟，可實現自動化高效拋光效果，但它們在處理復雜結構內表面上很難取得很好的效果。因此業界又研發出了適用于復雜金屬結構上的化學、電化學、磨粒流和激光拋光等非傳統表面拋光方法，以下是這些拋光工藝的詳情。

增材制造表面拋光技術發展過程

一、傳統表面拋光技術

手工拋光質量很大程度上取決于操作者的經驗，重復性和一致性差，人工和時間成本高，并且拋光過程中產生的粉塵對人體健康有害。此外，噴砂主要是為了讓表面質量更均勻，它和CNC磨削對內表面復雜、多孔結構的零件加工可達性較差，因此一般用于零件外表面的清潔和拋光以及去除氧化層。

二、非傳統表面拋光技術

1、化學拋光

化學拋光(Chemical Polishing，CP)是在合適的化學試劑作用下使得試樣表面選擇性溶解凹凸不平區域的不規則表面、浸蝕整平的一種方法。粗糙表面凸起部位優先溶解，在溶解過程中氧化膜生成和溶解同時存在，但溶解速率有差異。

化學拋光過程中不同類型表面缺陷溶解順序

化學拋光有時會造成拋光后零件表面質量更差的現象，因為零件近表面的內部缺陷在拋光后都出現在表面導致表面粗糙度變大。對于這種情況在化學拋光前引入熱處理、熱等靜壓可以有效去除內部缺陷。

2、電化學拋光

電化學拋光（也稱電解拋光）是指在一定電解液中被拋光工件連接陽極，發生有選擇性溶解，同時在金屬表面會發生氧化膜的生成和溶解，從而降低其表面粗糙度、提高光亮度的表面拋光技術。電解拋光后的表面粗糙度與電解液成分、溫度、拋光時間、陽極電流密度等密切相關。

電化學拋光原理

3、磨粒流拋光

磨粒流拋光(Abrasive Flow Machining，AFM)最早由美國Extrude Home公司為航空航天領域合金零件的表面處理開發的精準可控的超精密流體拋光技術，是以具有一定粘性的流體作為載體，攜帶硬質顆粒，形成流體磨料，利用其流動性在一定壓力下流過被加工表面，從而對零件表面進行加工的一種方法。其原理如圖所示。

磨粒流拋光原理圖

在一定壓力下黏彈性磨粒作為可隨形變化的加工刀具不斷往復流經被加工表面，從而完成對零件待加工表面的拋光加工。磨粒流拋光技術對于“階梯效應”產生的粗糙表面的拋光效果很好，磨粒粒徑和濃度、加工循環次數、增材制造方向等都是影響拋光過程中材料去除率的重要因素。

復雜結構零件的磨料流拋光效果

4、激光拋光

激光拋光(Laser Polishing，LP)原理如圖所示，通過控制激光光束直徑、照射在表面上的時間、激光功率等工藝參數控制能量密度的輸入，使零件表面材料重新融化并在重力和熔池表面張力的作用下快速冷凝成光滑的表面。激光拋光是微觀層面上的快速熔化和凝固的過程，激光束能量必須足以融化粗糙表面的波峰，但不能超過波谷的深度。一旦參數設置的不合理，能量密度過高造成更深層材料的熔化會導致粗糙度的增加。

激光拋光原理圖

三、復合拋光技術

由于航空航天領域對增材制造零件的使用要求越來越高，因此普通單一的拋光方法效果往往都不盡如人意，因此近年來也相繼出現引入超聲波、磁場、脈沖等技術輔助拋光以進一步提高表面質量和光潔度。

另外，將多種拋光技術混合起來也是主要趨勢，如化學-機械拋光、電化學-機械拋光、化學-電化學拋光、化學-磨粒流拋光、磁場電化學拋光等。這種做法既可以利用不同的拋光加工工藝的優點，又避免了單一拋光加工工藝的局限性，在精確控制高精度的同時提高加工效率。這種復合拋光技術必將是航空航天等領域中復雜零件的超精密加工的發展趨勢之一。

結語

以上就是適用于增材制造復雜金屬件的拋光工藝的簡單總結。另外，高質量的表面拋光技術離不開相應的高性能的設備，因此開發智能化表面拋光裝備也是解決金屬增材制造零件所具有的形狀復雜難以拋光問題的重要突破口。

資料來源：

姚燕生,周瑞根,張成林,等. 增材制造復雜金屬構件表面拋光技術[J]. 航空學報,2022,43(4):237-249.

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