一、3D打印后为什么热处理？
3D打印后的零件，如果不先进行热处理（去应力退火），直接使用线切割或锯切等方式将零件取下，这时零件就会因为打印时产生的内应力没有释放而出现开裂或变形等问题，如图1所示。
图1(a) 3D打印模型；(b) 未做热处理
(c) 去应力退火态；(d) 成型件因内应力过大而产生裂纹
3D打印的零件除了需要进行去应力退火外，有时需要根据最终应用端的技术要求，对3D打印后钴铬合金产品进行不同的热处理，进而使得3D打印的牙冠及支架的力学性能满足客户的不同应用端的需求。
二、热处理要求
金属材料在高温时会变得特别活泼，极易与空气中的氧气等杂质气体发生化学反应，会在零件表面形成一层金属氧化物，氧化物的厚度与热处理时炉内的氧气（或者氧原子）含量具有直接的关系。
针对钴铬合金不同的性能要求，热处理的升温速率，保温温度，保温时间，冷却方式等均会有所不同。在对钴铬合金进行高温热处理时，钴铬合金会发生氧化，这是因为钴铬合金中的铬元素在高温时会变得活泼，并会与空气中的氧气发生化学反应生成氧化铬（绿色），通过下图可以看出钴铬合金的热处理不当后的氧化情况。钴铬合金随着氧化程度的变化，材料的氧化层的颜色会从金属光泽，演变为绿色，再变为黑色。
图2 钴铬支架热处理后状态（基板氧化厉害）
三、义齿厂使用热处理炉分类
义齿厂使用不同类型的热处理炉，来对3D打印的牙冠/支架等进行去应力退火等工序。我们根据义齿厂使用的热处理炉的不同特性，将热处理炉区分为三类：马弗炉，真空炉及气氛炉；再根据真空热处理炉的保温及操作特性，将真空炉再细分为管式真空炉，升降式真空炉及箱式真空炉。
图3 义齿厂热处理炉分类
四、马弗炉
马弗炉在通用的叫法有以下几种：电炉、电阻炉、茂福炉、马福炉。马弗炉是一种通用的加热设备，依据外观形状可分为箱式炉、管式炉、坩埚炉。对于义齿加工厂使用的马弗炉而言，马弗炉一般不使用真空，马弗炉的气路连接方式一般采用快速连接法兰结构。马弗炉一般用硅碳棒或电阻丝发热，从炉膛内两侧和顶部三面加热，确保温度分布均匀。电阻丝易断，硅碳棒耐用，不过更换时需要对全部硅碳棒进行更换，不能新旧混合使用。马弗炉一般使用K型热电偶测温。
操作时只需要把待热处理的零件放于炉膛内，关闭舱门，点击开始按钮即可按照设备内预存的热处理曲线进行热处理操作。但马弗炉不能进行抽真空或者气氛保护处理，所以马弗炉并不适合钴铬合金的高温（＞1000℃）热处理要求。
图4马弗炉示意图
五、箱式真空炉
箱式真空炉，密封性能好，适合做抽真空的保护热处理实验。炉口一般设计有水冷却装置，通常配备有带阀进气口及排气口，硅胶管，真空泵及真空压力表。处理钴铬合金时，一般需要进行抽真空处理，使高温加热工件不会产生氧化。炉子升温结束后自然冷却到安全温度时先打开阀门卸掉热处理炉内真空，方可再打开炉门取出零件。
图5真空箱式炉示意图
六、管式真空炉
图6管式真空炉示意图
管式真空炉是真空炉的一种，装料时将料盒放置在料盆支架上，打开并取出炉管一端的密封端盖，放入带料盒的料盒支架，再将密封端盖安装在炉管法兰上并拧紧卡箍螺栓。然后进行抽真空处理，直到炉管内真空值达到工艺要求时进行升温烧结。根据真空管的材料不同，管式真空炉可分为石英管及金属管式真空炉。
对于市面上常见的石英管管式真空炉，一般它的工作温度≤900℃，最高温度1000℃，且长期保温温度超过900℃时，热处理炉保温不应超过30分钟。加热元件一般是红外灯管，炉膛材质采用氧化铝多晶体纤维，极限真空度依据配置而定，一般使用的压力表极限真空显示 -0.1Mpa。它的炉膛尺寸有限，只能放入带有支架的基板尺寸不适宜超过180毫米。而金属管管式真空炉则可能在高温时（1000℃以上）时，会因为金属发生高温蠕变而发生变形，造成金属管变形等其他的问题。
图7 金属管式真空炉在高温及抽真空时发生严重变形
七、升降式真空炉
升降式真空炉，类似于义齿厂使用的“烤瓷炉”，它采可升降式的底部炉膛。该类型的热处理炉由加热炉、升降系统、温度控制系统三大部分组成。升降式真空炉的炉体外壳采用型钢、钢板焊接而成，双层壳体结构，炉体整体强度好，不易变形。炉膛底部采用升降平台，垂直升降杆、载物平台及垂直升降杆：采用调速马达驱动，当物料填装完毕后启动水平电机将载物平台运动到炉低，让后启动垂直升降电机将重物上升到炉膛加热区。
使用升降式热处理炉结束热处理后，设备卸真空，热处理炉内的气压值达到大气压时，底部炉膛可以自动或手动方式进行升降，以达到零件快速冷却的方式。升降式真空炉亦可作为普通箱式真空炉使用，进而满足炉冷处理零件的要求。
图8升降式真空炉
八、气氛炉
气氛炉的特点是在某一特定温度时，向热处理炉内通入一定成分的惰性气氛，以达到保护热处理零件的目的。对于气氛炉，它的密封性要求严格：为了控制气氛，维持炉内压力，炉子的密封性特别高（炉内维持正压，并且炉内气体与外部空气隔绝）或者需要连续地往炉内通入惰性气体。
针对气氛炉独特的保温及冷却特性而言，炉子的冷却速度与通入惰性气体的流量及炉子的保温效果有关系。为了提高炉子的冷却速度，应该扩大炉子的进气及排气的速率，加大炉子炉膛内部的热交换状况。
用户常见问题Q&A
1. Q:热处理对材料的致密度（沙眼状态）是否有影响？
A:材料的致密度与设备，打印参数，金属粉末有直接的关系。热处理只会改变材料的组织与力学性能等，对材料的致密度影响很小。2. Q: 热处理是否会影响钴铬合金材料的金瓷结合？ A:热处理会影响钴铬合金的线膨胀系数，金属材料的线膨胀系数的不同会影响钴铬合金与陶瓷材料的金瓷结合情况。详细信息参考金沙js3833公众号第1期。 A:义齿厂商在配置热处理炉时，一定要按照自己应用端的需求来针对性的采购热处理炉，首先应确认自己零件的热处理具体要求，具体包括：热处理温度，真空度，保温时间及冷却方式，成本等；对于热处理温度高于900℃的热处理，不宜采用真空管式炉；钴铬合金热处理需要真空或气氛保护，不宜采用马弗炉；如果零件热处理需要快速冷却，不宜采用马弗炉，箱式真空炉，管式真空炉及气氛炉等。下表汇总了不同热处理炉处理钴铬合金牙冠及支架的效果对比情况。图10为钴铬合金热处理后不同氧化状态的对比。
备注
×：无法使用
氧化程度：1-5，氧化程度越厉害
车金工作量：1-5，车金越困难
去支撑难度：1-5，去除越困难
图10钴铬合金氧化情况：图(a) (b) (c) (d)及(e)分别表示氧化程度从1，2，3，4及5级别