如何让3D打印件防水

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  要点速览
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  3D打印件实际从哪里泄漏
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  设计零件，让水无路可走
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  选择耐水的聚合物
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  涂层、退火与蒸汽平滑对比
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  测试零件，再决定是否继续打印
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  让3D打印件防水的步骤
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  哪种密封路线适合你的零件

FDM 零件由熔融聚合物料条并排铺叠而成。每条料条在下一条落下前冷却收缩一点，层间结合从来不是完全熔合。在 0.2 bar 水压下，两条料条间 20–40 μm 的间隙就足以渗水。该间隙在零件外部看不见。

最差的路径在外壁与填充之间。切片软件按设计在此留出小气隙，以免填充重叠推挤外壁。水沿该间隙顺层线到达壁内。若零件有四层外壁和 0.15 mm 间隙，就等于造了一条通道。

层线是第二条路径。0.2 mm 层高配 0.4 mm 喷嘴会留下可见凸棱。两层之间的凹谷形成毛细管。常压下它不会滴漏，但会毛细渗透。把零件放入 60 °C 水中，因黏度下降，渗透会加快。

螺纹与嵌件是第三条路径。打印的 M6 螺纹沿牙侧有螺旋间隙。若该螺纹是接口的唯一密封，1 bar 下就会泄漏。承压接口上密封垫圈或 O 形圈槽不是可选项。

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  外壁与填充间隙将切片间隙设为 0 mm，或使用至少 1.2 mm 的实心顶面和底面。
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  层线毛细更小层高和更高挤出温度可收窄凹谷，但不能闭合。
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  打印螺纹用 O 形圈或粘接嵌件密封，绝不能只靠螺纹。

从壁厚开始。对溅水或短时浸水的零件，1.6 mm 实心壁是实用下限。高于 0.5 bar 或持续接触水时，用 2.4 mm，即 0.4 mm 喷嘴下的 6 层外壁。低于 1.2 mm 时壁面几乎全是外壁，层间结合承担载荷。

湿侧避免尖锐内角。0.5 mm 圆角就够。尖角集中应力，也给涂层提供剥离点。外侧也倒圆，圆边比刀刃边更能贴合垫片。

设计专用密封面。3 mm 宽的平坦台面，机加工或打印平整，给 O 形圈或垫片提供压缩面。不要依赖零件的一般表面。若密封面为打印，应使其贴打印平台取向，以保证取下时平整。

为密封件留槽。1.5 mm 深、2.5 mm 宽的矩形槽可容纳 2 mm 线径 O 形圈，压缩量约 20%。槽宽打印时放大 0.1 mm。打印槽会略窄，槽窄会夹紧线径。

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  壁厚至少 1.6 mm承压或持续接触水时用 2.4 mm。
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  内圆角 0.5 mm尖角会开裂涂层并积水。
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  3 mm 平坦密封台面在打印平台上取向以保证平整度。

PLA 不适合任何潮湿场合。它按重量吸湿约 0.5%，近 60 °C 软化，在温水中水解。盛冷水一周的 PLA 件可能看起来没事。放在热车或洗碗机里就会翘曲和龟裂。

PETG 是打印水件的默认选择。吸湿低于 0.2%，打印温度 235–250 °C，层间结合好。它并非不受强溶剂应力开裂影响，但对水和温和洗涤剂可承受。ASA 和 ABS 紧随其后，零件在户外时耐 UV 更好。

PP 和 PA12 是更高一档。PP 近乎非极性，水几乎不与其作用。因翘曲，在开放机器上难打印。PA12，尤其 SLS PA12，致密且各向同性。密度 95%+ 的 SLS PA12 件常无需涂层即可通过低压泄漏测试。

对 60 °C 以上热水或蒸汽，这些聚合物都不是好的长期方案。PEEK 和 PEI 存在，但需要 400 °C 热端和加热腔。到那时，带 O 形圈的机加工铝或 316L 本体更便宜也更可靠。

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  潮湿零件避免用 PLA在中等温度下水解并软化。
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  默认选 PETG打印温度 235–250 °C，吸湿率低。
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  SLS PA12 用于致密件各向同性，打印后通常即不漏。

环氧和聚氨酯涂层通过填充层间沟谷起作用。两道薄涂优于一道厚涂，因为厚涂会滞留溶剂并在拐角处流挂。喷涂或浸涂，然后按数据表固化。防溅用 40–60 μm 干膜即可。浸没场合分两遍做到 100–150 μm。

退火让聚合物链松弛并跨层界扩散。PETG 在 65–70 °C 保温 2 小时，然后以低于 1 °C/min 冷却。冷却过快会使零件翘曲。PLA 退火约 60–70 °C，但收缩 1–3%，图纸中要预留。

丙酮蒸汽抛光适用于 ABS 和 ASA。它熔化外层 50–100 μm 形成光洁表皮，封闭层间沟谷。它不密封壁内部，所以薄壁件抛光后仍会渗。只用于外表面，并让溶剂远离嵌件。

SLS 件可用低粘度氰基丙烯酸酯或真空下环氧浸渍密封。真空把树脂吸入表面孔隙。无真空时树脂浮在表面，孔隙仍开放。这是唯一值得配真空腔的工艺。

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  两道薄涂优于一道厚涂防溅用 40–60 μm 干膜，浸没用 100–150 μm。
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  退火强化层间结合PETG 在 65–70 °C 保温 2 小时，缓慢冷却。
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  丙酮抛光只封外表面内壁仍多孔。

用气测，不用水测。水槽注水，封住零件，加压到 0.2 bar。气泡立刻显示漏点位置。水测会掩盖路径，因为水润湿表面，看不到进水处。用调压阀，不要用车间空压机全管路压力。

在温度下测试，不只在室温。20 °C 下能承受 0.2 bar 的零件在 50 °C 可能失效，因为聚合物软化、层间结合减弱。若工况含热，把零件放入温水再测一次。

清楚上限。打印聚合物件适合防溅、淋雨、冲洗和低压静态水。不适合 1 bar 以上持续压力、60 °C 以上热水、蒸汽或燃油溶剂接触。到那时失效模式不是渗漏，而是壁裂。

实用分界约 200 件。低于此，打印加涂层常是做出可用组件的最快路径。高于此，或零件需多年承压，我们用 6061 或 316L 加工本体，O 形圈槽切到 ±0.005 mm，密封面做到 Ra 0.8–1.6 μm。密封依赖机加工面，不依赖涂层。

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  0.2 bar 气测气泡显示漏路；水会掩盖。
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  温热复测温度升高，聚合物结合减弱。
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  超限改用机加工金属高于 60 °C、高于 1 bar 或长寿命。