SLS 3D 打印部件染色指南

在选择染色系统时，应综合考虑部件尺寸、数量、价格和对颜色的一致性要求。染色系统的价格从几百美元到几万美元不等，其定价往往与最终可实现的品质和稳定性成正比。针对 3D 打印部件的四种常见染色方法各有千秋，因此在选定方案前，明确您对颜色质量和预算的预期至关重要。

罐染是最容易实现的方法，仅需耐高温罐和染液即可，但与其他所有方法相比，这种方法的效果不太稳定，劳动强度最大，有时还会因高温和搅拌而导致部件损坏。

超声波染色在一致性和保持部件完整性方面比罐染有所改进。相对于罐染，这种方法的劳动强度较低，用户只需在超声波清洗器上设置所需的温度、添加部件，并设置定时器即可。利用超声波振动搅动溶液可减少染色过程中部件受损的几率，并提供一致的染色结果。

压力染色过程使用压力锅（类似于电压力锅等烹饪器具）进行。这种方法可以达到比罐染或超声波染色更高的温度。将部件放入高压锅内的溶液后，密封高压锅，最高温度可达 120℃。结合使用热量和压力有利于使部件实现强烈的色彩饱和，但缺点在于高温也有可能损坏部件：120℃ 超过了 Formlabs TPU 90A Powder 的维卡软化点。

对于体积较大的部件和需要极其稳定的结果时，工业系统（如 DyeMansion DM60）具有很高的性价比。这些较大规格的解决方案可省去染色过程中的大量手工劳动，并包括针对不同类型部件和颜色的程序设置。诸如 DM60 等“轻松设置，无需管控”的系统，可以帮助 SLS 3D 打印客户将更多的时间投入在优先级更高的任务中，如部件设计和打印优化。 

我们推荐的染色硬件是 Winco ESVC-28 - Spectrum Thermal Circulator（Spectrum 热循环器）。这款机器经济实惠，采购渠道广泛，而且安装简便，易于上手。

美国地区售价：699.99 美元

欧洲、中东及非洲地区售价：659.99 欧元

亚太地区售价：299 美元

任何能够达到 80°C 至 90°C 这一必要温度区间并能使溶液循环的系统都足以满足染色要求。此外，我们建议在设备旁常备不锈钢夹钳，以便从染料浴中取出部件。

市面上亦有针对 SLS 部件染色的工业级解决方案，例如 DyeMansion DM60。对于体积较大的部件和需要极其稳定的结果时，这种解决方案具有很高的性价比。该机型每批染色最多可容纳 60 升的部件，并能自动完成染料注入及染色后的部件漂洗工序。

相较于罐染，DM60 的色彩一致性更高，染料的紫外线稳定性也更好。DyeMansion 提供的另一项服务是定制颜色开发。对于对颜色有严格要求或需处理超大批量部件（成品部件、单次生产 1000 件以上）的用户，选择 DM60 这样的工业级设备无疑是明智之选。

这些较大规格的解决方案可省去染色过程中的大量手工劳动，并包括针对不同类型部件和颜色的程序设置。当然，较高的前期成本投入意味着，唯有在大批量打印生产的背景下，其投资回报才能更加可观。

长期循环加热的水浴环境可能会腐蚀浴槽的钢制衬里。本白皮书中提及的部分染料在反复加热的情况下会逐渐腐蚀钢材，这与家庭热水器常见的腐蚀情况非常相似。解决潜在腐蚀问题最简单的方法是在浴槽中加入镁阳极，并确保其与钢制内衬形成有效电气接触，例如导电夹具或紧密连接来实现。Formlabs 的内部测试数据显示，加入镁阳极后，染料浴的使用寿命将比不加入镁阳极时延长 8 倍以上。镁阳极可以通过多种现成便捷的渠道采购，如亚马逊或当地的五金店。在测试过程中，Formlabs 便在染料浴中使用了这种镁阳极。

此外，若希望进一步延长染料浴寿命，还可考虑使用较温和的染料溶液，如 Jacquard 酸性染料，或在较低温度下操作染料浴。

在染料选择方面，对于追求快捷简易效果的用户，我们推荐 RIT ProLine 染料。虽然 RIT 无法提供超出其现有颜色范围的配色或染色，但它确实是一种高度简化的解决方案。通过调整染料浴的时间和温度，用户可以获得各种深浅不同的颜色。有关温度和时间影响的更多信息，请参阅本白皮书的“染色工作流程”章节。RIT ProLine 染料可通过亚马逊或 RIT 网站购买。

经测试，Jacquard 酸性染料解决方案同样被证实有效。尽管 Jacquard 酸性染料在色彩饱和度上并未表现出优于 RIT 的显著差异，但极大地拓展了可选颜色的范围。

如果使用 RIT ProLine 染料，我们建议的浓度是每 1kg 水加 100g 染料和 100g 柠檬酸。增加染料和/或柠檬酸的用量，可能会增强部件的上染效果。上染效果增强会使最终产品的饱和度更高，颜色更浓郁。建议先从推荐浓度入手，利用测试部件评估颜色和时间对最终外观的影响，随后再根据需要添加更多染料或其他颜色的染料，以调整至理想的视觉效果。

我们还对去离子水和自来水进行了对比测试，没有发现两者之间有明显的差异。本次测试所用的自来水取自马萨诸塞州萨默维尔市，平均水质硬度为 16mg/L。对于水质硬度较高地区的用户，使用自来水与去离子水可能会呈现出不同的结果。

正如本指南后文详述的那样，Formlabs 的客户和成品部件制造 Ken Pillonel 发现，法国公司 Techniques Chimiques Nouvelles 的染料能带来更鲜艳的色彩。在我们的内部测试中，该染料确实表现出了鲜艳的效果，但伴随有明显的气味。如果您的工作场所通风条件不佳，那么 RIT 染料无疑是更安全稳妥的选择。

确保部件在染色前彻底清洁至关重要。残留在部件表面的松散粉末与烧结粉末对染料的吸收能力不同，会导致染色效果难以控制、不均，并降低部件的耐水洗性能。我们建议使用 Fuse Blast 自动清洁和抛光解决方案清洗部件。这能确保所有松散粉末被彻底清除，且不会给工作流程增加额外的人工操作时间。或者，也可以使用手动介质喷砂机来确保部件完全清洁。

在对 Nylon 12 White Powder 打印件进行清洁时，不建议使用此前处理过灰色粉末的喷砂柜，以免残留的粉末导致白色部件表面泛灰。

开始时将浴槽加热至 90°C，以最大限度地提高颜色饱和度。根据所用染料浴的不同，浴槽加热过程可能需要数小时。浴槽达到峰值温度后，可取一个测试部件浸入浴中 1 分钟。这段时间足以让您初步判断颜色效果，并决定是否需要进一步调整染料配比或延长浸泡时间。

温度和时间

温度和时间是影响最终部件颜色的两大关键因素。根据测试结果，温度越高，单位时间内获得的色彩饱和度就越高。

如果需要浅色，可考虑将染液温度降至 70°C 或更低。在温度较高的情况下，饱和过程会极其迅速，导致允许的偏差余地非常小，可能导致成品部件颜色出现差异。虽然随着时间的推移，部件对染料的吸收量会有所增加，但这种趋势会在 20-25 分钟达到饱和点后趋于平稳，染料无法再渗透到表面。

添加剂

某些添加剂可以改变染色工艺，提高染色均匀度或染料吸收率。对于 RIT ProLine 和 Jacquard 酸性染料，通常使用柠檬酸或醋酸作为酸化染料浴的必要成分。

硫酸铵也可以 1:1 的比例替代大部分或全部柠檬酸或醋酸。硫酸铵是一种较温和的酸源，同时也是一种匀染剂，能减缓部件吸收染料的速度。这对于实现浅色的均匀上色，或需要在色调控制上更为精准的染色工作流非常有帮助。除酸源外，其他可用的匀染剂还包括硫酸钠、醋酸钠以及阳离子或非离子表面活性剂。

表面活性剂在染料浴及染后清洗工序中均能发挥作用。在染料浴中添加表面活性剂有助于染料渗入部件的微小孔隙或通道，并促进匀染。您可以使用非离子家用洗涤剂，如 Alcojet 低泡洗涤剂，建议每 1kg 染料浴添加 10g。但不建议使用洗洁精等离子型表面活性剂，可能导致起泡或泡沫过多。

为尽量减少部件的染料渗色，可在染色后用温和的表面活性剂清洗部件，以去除多余或未固着的染料。操作时需谨慎，因为强力表面活性剂和/或热水会导致染色褪色。我们建议使用专门设计的洗涤剂，如 Synthrapol，并按照制造商的使用说明进行操作。

清洗完成后，还可以通过使用染料固色剂来防止染料渗出。此类产品用于已清洗并干燥的染色部件，网上有多种选择可供购买。请务必选用标明适用于酸性染料、尼龙、丝绸或羊毛的固色剂。此外，作为使用固色剂的补充或替代方案，可对染色部件进行涂层处理，以获得最佳的耐水洗和耐光性。聚氨酯涂层通常用于染色织物，但操作难度较大。对于规模较小或追求简易工作流程的用户，可将织物涂层和保护剂用作染色部件的表面涂层。请务必选择与尼龙织物兼容的涂层产品。

更换染料浴颜色

更换染料浴颜色时，首先要将当前溶液全部排出，并根据当地法规和染料的安全数据表 (SDS) 进行妥善处置。另外，也可以根据当地的安全规定，将染料浴以液态形式储存起来，以便日后使用。

染料溶液在加热和循环过程中可能会产生沉淀。因此在排空溶液后应擦拭槽壁和底部，确保不会发生颜色交叉污染。完成上述两个步骤后，建议用清水进行一次冲洗，确保彻底清除循环系统中残留的染料。

只有在彻底清洁机器后，才能配制新的染料溶液。如果需要频繁切换多种颜色，可以考虑购置多台循环器，以省去频繁更换的麻烦。

针对这一繁琐步骤，Ken Pillonel 设计了一种简易的变通方案，即在水槽内放置装满染液的大型烧瓶，并在其底部安装旋转磁铁来搅动瓶内液体。这样一来，他就可以为每种颜色的染料准备不同的烧瓶，无需等待设备冷却和清洗即可快速切换颜色。要进一步了解他的操作方法及这一变通方案，请观看文末所附的视频。

染料浴衰减

随着一批又一批部件在染料浴中循环，染料颜料会被部件表面吸收，导致染料浴中的染料浓度逐渐降低。为弥补这一损耗，可能需要在溶液中补充添加染料。为了获得最稳定的染色效果，最好每次循环都使用新的染料浴。

清洗

染色后，需用水清洗部件。这道后处理清洗工序旨在去除残留在部件表面的多余染料溶液。多余的染料会使部件在干燥时着色不均，且在受潮时可能渗色。清洗部件时，只需在温水中冲洗一到五分钟，或直到水流变清为止。如果一次从浴槽中取出多个部件，应立即将其浸入冷水中。如果未经冲洗，多余的染料在部件上干燥，会导致着色不均。

干燥

清洗后对部件进行干燥有助于防止产生色斑。这是一个可选步骤，但对于带有内部空腔、容易积存液体的部件，尤其建议执行这一步骤。此类部件若干燥不当，可能导致部件的表面出现水渍状的染色痕迹。为了减少这种情况，请确保在染色周期结束后彻底洗净多余染料，如有可能，请使用压缩空气尽可能吹走多余水分，以加速干燥过程。我们测试发现，食品脱水机经济实惠，且能稳定获得一致的干燥效果。

抛光

染色后使用 Fuse Blast Polishing System 进行处理，可有效提高染色部件的反光效果，获得光泽度更高的外观效果。此外，也可以先对部件进行蒸汽平滑，再进行染色，以实现光亮的表面光洁度。

将染色工艺引入内部生产的设备门槛极低。一旦设备到位，开展染色试验的后续成本将变得微乎其微。因此，在大多数情况下，染色比油漆和涂层工艺更具成本效益。

染色过程在很大程度上实现了自动化；一旦配制好染液，设备便会自动调节染料浴温度。唯一需要的人工干预是在浴槽循环时将待染色的部件放入浴槽，然后在达到预定时间后取出并冲洗部件。对人工操作的要求低，是使用染色工艺为 SLS 3D 打印部件上色的另一大显著优势。

Fuse 系列 SLS 3D 打印机能够以极高的自由度打印复杂的几何形状。这会导致部件产生一些依靠传统视线式喷涂难以覆盖甚至无法触及的特征。由于染色是利用水溶液渗透来上色，因此无论内部结构多么复杂，都能获得与外部特征同等的染色效果。

在对具有杯状结构的部件进行染色时，必须确保其完全浸没。内部含有空腔的部件容易残留空气而上浮。这将导致漂浮在溶液上方的表面以及残留气泡的内表面无法被染料渗透。通过强行浸没部件并搅动以排出残留的空气，可以有效地解决这一问题。

在染制浅色时，部件在染料浴中的停留时间以及染料浴的温度会极大地改变部件的最终颜色。如果需要特定的色调，或者要求多批次染料浴中的部件颜色保持一致，则应确保部件在溶液中浸泡的时间与染色温度相同。

染色过程可能会比较脏乱。在向染料溶液中添加或取出部件时，可能会发生飞溅和滴落。任何溅到皮肤或衣物上的液体都会留下染色痕迹，因此必须穿戴适当的个人防护装备 (PPE)。我们还建议将染色设备放置在远离易染色表面（如白墙）的位置。此外，根据所使用的染料不同，废弃染料的处理也可能存在一定难度。请务必查看当地的用水要求，并按照安全数据表 (SDS) 的要求确保妥善处置染料溶液。最后一个需要考虑的工作区限制因素是烟雾。由于染色过程需要对溶液进行加热，根据染料浴成分的不同可能会产生烟雾。经测试，部分品牌的染料气味明显浓于其他品牌，但无论如何，都强烈建议保持良好的通风。与其他品牌相比，RIT ProLine 明显异味较少。

当部件暴露在光照或水中时，染色部件的颜色会随着时间的推移而退化。这些特性分别称为耐光性和耐水洗性。如果染色后没有对部件进行充分清洗，那么在潮湿环境中可能会发生染料渗色。更多信息请参阅“染色后清洗”章节。即使在染色后对部件进行了适当的清洗和干燥，仍有可能发生褪色。在高温或频繁清洗的条件下，褪色会加速。在长期日照或紫外线照射下，褪色同样不可避免。

任何形式的紫外线防护，如防紫外线的透明涂层，都可以帮助提高耐光性。Krylon 和 Rustoleum 等品牌的产品应用广泛，性价比高。我们在测试中观察到，用 RIT ProLine 黑色染料染色的 Nylon 12 White Powder 在经历相当于一周的阳光照射后仍能保持稳定的色调。同样，染色部件在 60˚C 的水中浸泡 6 小时后，其褪色程度约为 3%（刚好处于普通人眼分辨的极限边缘）。据观察，这些部件渗出了大量染料，导致浸泡用水以及接触到的皮肤或织物变色。

^{染色是功能性原型制造和终端部件生产的理想选择，通过自定义颜色与品牌审美相匹配。}