如何让3D打印件防水？
如何让3D打印件防水？
3D打印技术的普及为创意设计提供了无限可能，但如何让3D打印件实现防水功能，一直是许多爱好者关注的问题。本文将从设计、材料选择、打印设置到后期处理等多个维度，为您详细介绍制作防水3D打印件的具体方法。
对于这种自动浇水花盆来说，防水底座至关重要（来源：MikolasZuza via Printables）
制作防水3D打印件
在3D打印领域，防水是指容器或器皿的设计和打印方式能够防止水进入或流出。这意味着容器不应泄漏或让液体通过，即使浸入水中、盛放液体或暴露在大雨中。
防水材料是指材料或者物体不会让水进入，物体也不会受到溅水或过多水分的影响。但是，如果长时间浸泡或暴露在水中，防水物体仍可能存在缝隙、接缝或开口，让水可以通过。
例如，想想你的手机壳。许多由高密度真空成型塑料和玻璃等材料制成的保护壳可以防水。保护壳甚至可以在一定程度上保护你的手机免受溅水或滴水的影响。然而，大多数手机壳都不防水，因为它们有缝隙、端口或其他让水通过外壳的方式。为了防水，手机壳必须覆盖或密封每个入口点以防止液体进入。
负责任地享受（来源：aeon via Printables）
安全注意事项
在我们继续之前，让我们讨论一些安全注意事项。根据您计划如何使用3D打印容器，您可能需要采取额外的安全预防措施。如果容器或器皿要盛放食物或饮料，您还应该考虑食品安全。
FDM打印由于采用逐层结构，具有固有的多孔性，这会导致水渗透。这种孔隙率是食品安全的主要问题，因为空隙为有害细菌提供了藏身和繁殖的地方——即使物体表面上看起来是防水的。因此，确保与食品和饮料接触的3D打印物体以最高的精度打印以最大限度地减少空隙至关重要。
此外，使用食品安全长丝至关重要。大多数长丝不适合与食品接触，因为它们会分解并传递有害化学物质。建议使用专门标记为食品安全的长丝，以确保您的3D打印物体适合与食品接触的应用。
除了盘子和花盆，空气罐和燃料容器等容器也需要防水。出于安全考虑，承受压力或盛放挥发性液体的容器在使用前应接受额外测试。虽然可以用3D打印技术打印遥控车的油箱，但这可能不是最明智的做法。这种油箱通常由高密度聚乙烯制成，并混合了乙基乙烯醇等其他材料，而大多数家庭爱好者无法获得这种混合物。用于盛放燃料或其他危险物品的容器通常由铝或钢制成，以最大限度地降低破裂或泄漏的风险。
3D打印制作防水件的5个简单办法
1、防水设计
预期功能将影响你的设计（来源：RaQic via Printables）
第一步是设计防水性能最佳的模型。3D打印几乎可以提供无限的设计选择。您可以构思、设计和打印任何您想要的容器或器皿。但是，如果您希望它是防水的，最好选择更简单的设计。
直角、硬角和悬垂较多的设计更容易出现渗透性。另一方面，曲线平滑且硬角较少的设计更容易防水。这归结于线材铺设的简单几何形状。打印路径的每个角落或方向变化都是形成间隙的另一个机会。
容器内部空间有隔间的设计也更难做到防水。每次打印头改变方向或开始在某一层内移动时，确保防水的难度都会增加。
例如，让我们考虑一下您的基本碗。虽然不是密封容器，但它大部分是弯曲和锥形的，几乎没有硬角（如果有的话）。打印头的移动可能在大部分过程中保持相对平稳并与打印件接触。这为打印件形成缝隙、孔洞或水渗入的口袋创造了很少的机会。
相反，开口立方体容器有多个相交的90度角。当这些角汇聚到一点时，打印头会突然改变方向，并可能在打印过程中抬起。
由于设计选择绝不会像碗或立方体那么简单，这些示例过于简化了可能出现的潜在问题。但是，一般来说，设计越简单，防水就越容易。
2、选择合适的材料
第二步是选择合适的材料。对于防水印打印件，聚丙烯(PP)是一个绝佳的选择。这种材料具有固有的疏水性，能有效防水，并具有良好的耐化学性和抗冲击性，使其成为耐用防水部件的可靠选择。
ABS和PETG是制作防水打印件的不错选择，也是很受欢迎的材料。ASA也是如此。众所周知，ABS和PETG比PLA更难打印，但只要正确设置并考虑到上述设计因素，您在制作防水打印件时就不会遇到任何障碍。
另一方面，有些材料并不适合制作防水的3D打印件。例如，PLA是一种流行且易于打印的材料，但其熔点低，不适合热液体。此外，它可能不是持久防水打印件的最佳选择，因为它会随着时间的推移而分解。
尼龙是另一种应避免的材料。虽然它是一种用途广泛且耐用的材料，非常适合打印功能部件，但有些成分不适合潮湿环境，因为它们的聚合物链在接触水时会断裂。
选择防水打印材料时要考虑的另一个重要因素是吸湿性。吸湿性材料（包括大多数常用材料）往往会吸收空气中的水分，这会影响打印质量。过多的水分会在打印过程中蒸发，导致爆裂和开裂，从而导致空隙和打印质量差，从而影响防水性。您可以考虑使用长丝干燥机来确保材料中没有水分。
3、调整切片机设置
更改切片机设置有助于实现防水打印（来源：All3DP；模型：CreativeTools via Thingiverse）
下一步是调整切片机设置。这是实现水密打印的最快方法之一。但是，这并不像提高温度和降低速度那么简单。
您所调整的设置很大程度上取决于您的材料选择、打印机设置，甚至设计。没有单一的设置可以产生防水的打印件，但综合起来，它们可以帮助您更进一步。让我们来看看！
喷嘴
虽然这不完全是一个设置，但喷嘴尺寸对物体的防水性有很大影响。虽然0.4毫米通常是标准，但使用0.6毫米或更大的直径可能会提供更好的效果。它通常会增加流速并减少层间空间。
请注意，只有使用较宽的喷嘴时，打印较厚的层才实用。这是因为较大的喷嘴需要较高的最小层高，从而减少潜在的间隙。
层高
虽然这似乎违反直觉，但使用标准0.4毫米喷嘴打印时，建议使用0.15毫米层高进行打印。使用0.4毫米喷嘴时，最低层高（0.05毫米）的防水质量最好，最高层高（0.3毫米）的防水质量最差。接缝和实体填充与周边之间的过渡是泄漏的主要来源，而不是层与层之间的接触。
周长
更大的周长和更高的填充百分比将有所帮助（来源：All3DP；模型：CreativeTools via Thingiverse）
一般而言，周界越多，防水打印的可能性就越大。这是因为额外的周界会降低水直接穿过现有屏障的可能性。以下周界可作为备用，以密封由于挤压不足、接缝或其他问题而在外围周界中可能出现的小间隙。
虽然某些材料（例如ABS）仅需两到三个周长即可，但其他材料（例如PETG和PLA）需要四个或更多周长才能表现更好。通常，周长数超过三个是一个不错的起点。
接缝
3D打印物体沿垂直方向（Z轴）延伸的可见接缝在3D打印中称为“Z接缝”。Z接缝由分层产生，即当打印机从一层前进到下一层时，材料沿Z轴连续沉积。
Z缝位置很重要，因为它不仅会影响最终打印件的美观度，还会影响防水性。更改切片机中的此设置可以使这些间隙对齐，或使它们出现在打印件中的随机位置。有些人发现，随机的接缝位置可以防止对齐的接缝造成泄漏。如果您注意到Z缝上有较大的间隙，请更改回缩设置以防止出现空隙。
填充
填充密度越高，模型中的间隙就越少。虽然自然倾向可能是简单地使填充物坚固，但如果其他设置未正确调整，您的打印件仍可能泄漏。理想情况下，不应有水进入打印件的填充区域，因为这可能会导致其他问题。如果您的打印件将受到压力（无论是来自内部还是浸没），请考虑将填充密度增加到40-100%以增加结构强度。
挤压
水进入打印件的一个明显途径是通过缝隙，而零件出现缝隙的主要原因之一是挤出不足。即使是经过精心调整的打印配置文件也会出现挤出不足的情况，因为它们通常优先考虑尺寸精度、结构强度或外观一致性等因素。要看到改进，您只需稍微增加流速。从102%开始，一直增加，直到回报开始减少。
温度
尝试稍微提高温度以提高防水性（来源：Dan via Printables）
当一层与下一层连接不当时，可能会产生间隙。改善层粘合性的一种方法是在较高温度下打印。一般来说，建议在材料可以承受的最高温度下打印。但是，要小心，因为如果打印温度过高，材料在离开喷嘴时可能会沸腾，从而产生额外的问题和潜在的孔洞。一开始每次增加5°C，直到找到最佳温度。
速度
一般来说，降低打印速度设置可以大大提高打印防水效果的几率。降低速度的程度取决于打印机、材料选择、切片机和固件等因素。总体而言，稍微降低打印速度（特别是在周边以及顶层和底层等区域）将增加附着力并有助于填补FDM打印中常见的小间隙。
冷却
切片机中冷却或风扇速度设置的变化会对打印的外观、强度甚至防水性产生巨大影响。考虑将冷却降低几个百分点。这将使灯丝保持熔融状态的时间更长一些，并可能改善层粘合性以防止泄漏。
4、后期处理打印件
即使采用正确的材料和设置，也可能需要进行后期处理（来源：Gnome_Skillet via Reddit）
打印完部件后，可能需要进行一些额外的后处理才能防水。有多种后处理方法可能就是您正在寻找的解决方案。让我们来探索一些最流行的方法。
蒸汽平滑
这是一种后处理方法，通过将物体浸入丙酮浴或蒸汽室中来平滑3D打印物体（尤其是ABS打印）的表面。此过程会加热材料，使其流动并抚平任何粗糙之处，从而产生光滑的抛光表面，这可能有助于密封间隙并提高防水性。
温度处理
使打印件防水的另一种方法是加热成品打印件以消除间隙并帮助将各层粘合在一起。加热成品打印件通常在烤箱或加热室中进行。其概念是将物体加热到足以促使各层密封而不会导致打印件变形或熔化的温度。
即使在最好的情况下也很难做到，而且由于它无法密封较大的缝隙或接缝，因此可能不是最好的方法。更大胆的人也可以尝试使用热风枪来做这种方法，但结果会好坏参半。
表面涂层
为3D打印件涂上表面涂层是实现防水效果的最简单方法；只需选择正确的涂层类型即可。例如，使用丙烯酸或搪瓷漆涂刷打印件是不错的选择，因为它们耐用且含有溶剂。
如果你想放弃油漆刷，喷漆也是一个选择。丙烯酸喷雾是一种保护涂层，用于密封和完成各种表面，包括3D打印物体。它由快干的水基丙烯酸聚合物制成，可提供清晰耐用的表面。当然，大多数“喷漆”都是有色丙烯酸基涂料，因此你可以同时密封和添加颜色。只需在模型的内部和外部喷几次，然后让它干燥即可。
然而，油漆并不是你唯一的选择。以下是一些你可能还没有考虑过的表面涂层。
A、环氧树脂
闪闪发亮、安全无毒、随时可以在水中畅游（来源：Reddit）
环氧树脂是一种常用于粘合剂、涂料和复合材料的聚合物，由两种主要成分组成：环氧树脂和硬化剂。混合后，这两种成分形成一种坚固、坚硬且耐用的材料，具有出色的附着力以及耐化学性和防水性。用环氧树脂涂覆3D打印容器（内部、外部或两者）是一项耗时、麻烦且费力的工作，并且固化时间长。但是，它是少数几种可用于食品级的方法之一。如果操作得当，它可以提供出色的效果。
B、胶水
可以使用多种胶水为3D打印容器添加防水层。这种方法对于那些希望打印防漏花盆的人来说很受欢迎。虽然许多种类的胶水都可以用于这种方法，但知名品牌的木胶（尤其是经过测试可在海洋或潮湿环境中使用的胶水）是最受欢迎的。胶水通常涂上几层，待其完全硬化后再使用。有些胶水甚至被批准用于食物附近。
C、蜡
蜡烛蜡、蜂蜡甚至冲浪板蜡等蜡都可以涂抹在打印件上。蜡会渗入并填充表面的小孔或缝隙。其他方法包括将蜡融化，然后将其涂抹在打印件上或将打印件直接浸入蜡中。
蜂蜡很受那些关心健康和安全的人的欢迎。虽然这种方法可行，但应该注意的是，蜡的熔点很低。即使是温暖的天气也会降低其密封打印件的能力。
D、指甲油
涂指甲油有助于防水，还能增添魅力（来源：Eva_BK201 via Thingiverse）
指甲油可能让人感到意外，但它最大的好处是很容易买到。你可以在任何一家药店买到，也可以向朋友借一些。指甲油种类繁多，但大多数都含有溶剂、树脂、增塑剂、成膜剂和稳定剂。本质上，它们可以形成一层保护涂层，使容器具有一定的防水性。
这种方法的主要缺点是涂抹起来很不方便，因为指甲油通常装在小瓶子里，配有小刷子。此外，与其他治疗方法相比，这种方法相当昂贵。您可能想将这种方法保留用于小面积印刷！
E、塑料浸渍
以液体形式涂抹橡胶塑料涂层并使其干燥，可以为3D打印物体提供一层防水保护。液体涂层被刷或喷到3D打印物体的表面上。或者，将物体浸入液体中，然后液体固化形成柔韧的橡胶层。
除了使打印件防水之外，它还能增强物体的抓握力，使其更易于处理，同时还能保护其免受碰伤、划痕和其他类型的损坏。有几种流行品牌提供浸液，它们使用不同的化学成分。值得注意的是，许多此类浸液在液体形式下都被认为是有毒的。
5、测试打印
测试打印件是否有泄漏是重要的一步（来源：Schmied1234 via Reddit）
最后一步是简单地测试您的打印件以确保其防水。为了正确测试，请将打印件装满水并静置至少一个小时，然后再检查是否漏水。
在不同条件下测试打印件也是一个好主意，例如不同的水位或不同类型的水（即盐水和淡水），以确保它能在预期环境中发挥作用。如果您的打印件在冷水中不漏水，请尝试用温水。重复此过程几次，每次测试之间等待。经过几次尝试后，您应该对打印件有信心，或者注意到需要进行额外的工作。
如果您的容器需要在浸没时保持干燥，您可以采取类似的步骤。不要用水灌满容器，而是将容器浸入预定深度。将其浸入水中至少一个小时，然后检查是否有泄漏。这将使您能够在使用之前解决任何问题。
请记住，防水容器可能会因吸水膨胀而随着时间的推移开始泄漏。例如，如果PLA打印件长时间与水接触，某些部分可能会膨胀。膨胀可能会导致打印件变形，甚至分裂或断裂。
打印件不会像未经处理的木材那样完全变质，膨胀也不会无限期地持续下去。相反，根据丝材的不同，它会膨胀到特定程度，然后停止。