3D打印技术原理——激光烧结式SLS_上海长肯供

3D打印技术原理——激光烧结式SLS

激光烧结式SLS

选择性激光烧结（SLS）技术，作为增材制造的主流技术之一，在原型制造、模具开发、逆向工程、新型材料的制备与研发方面得到了大量应用。该工艺由美国德克萨斯大学提出，于1992年开发了商业成型机，经过近几十年的发展，与此技术相关的设备、工艺和应用都取得了长足的进步，逐渐成为增材制造领域重要的技术分支，具有着光明的应用前景。

技术原理

选择性激光烧结技术以激光为热源对粉末材料进行选择性烧结，是一种由离散点一层层堆积成三维实体的成型工艺。选择性激光烧结技术使用的材料可分为两大类，覆膜材料与不覆膜材料。覆膜材料有多种类型，如覆膜砂、覆膜316L不锈钢粉、覆膜420不锈钢粉、覆膜陶瓷粉末等，不覆膜材料包括蜡粉、PS、ABS、尼龙等。其中覆膜材料是由聚合物包裹着金属粉末或者砂等粉末，经激光烧结成的构件强度低，干燥脱湿后需要放入高温炉进行烧结、渗铜，zuihou形成表面致密的零件。不覆膜材料则是由含有不同熔点、不同收缩率的金属间化合物组成的金属粉末或高分子材料组成的混合粉末，这类材料不需再进行烧结处理，而且所需激光功率较小。

在开始加工之前，先将充有惰性气氛（氩气或氮气）的工作室升温，并保持在粉末的熔点以下。成型时，送料筒上升，铺粉滚筒移动，先在工作平台上铺一层粉末材料，然后激光束在计算机控制下按照截面轮廓对实心部分所在的粉末进行烧结，使粉末溶化继而形成一层固体轮廓。层烧结完成后，工作台下降一截面层的高度，在铺上一层粉末，进行下一层烧结，如此循环，形成三维的原型零件。

在激光烧结的过程中，覆膜材料由于其中的金属颗粒或砂粉*被聚合物粘结剂所包围，因而覆膜粉末在接受激光烧结时基本相当于聚合物黏结剂本身接受烧结，对于激光的吸收率较高。因此，覆膜粉末的激光吸收率即为聚合物黏结剂的吸收率。烧结过程中表面的聚合物黏结剂层吸收激光能量，温度升高，彼此间发生烧结，形成烧结颈，烧结机理属于黏性流动机制。

工艺过程

选择性激光烧结的工艺过程，大体上分为以下五步：

1）首先使用三维软件或扫描仪得到需要制造的三维模型，接着将三维模型转化为中间格式如stl格式；

2）使用快速成型软件对待制造模型进行分层、切片以及部分修改和支撑处理，然后对切片后的文件进行扫描路径和优化设置得到设备可以读取的文件；

3）设备装好粉料，将待加工文件导入设备，做好加工准备，设置加工参数进行零件加工；

4）根据零件使用要求及粉末材料的种类对制造出的零件选择合适的烧结或热处理工艺；

5）对零件进形zui终后处理，如喷砂、打磨抛光或二次加工以提高零件表面质量和尺寸精度，得到zui终样件。

技术特点

选择性激光熔化的其主要技术特征是成型的gaoxiao性，能自动、快捷、地将设计思想转变成一定功能的产品原型或直接制造零部件，使jintian设计，明天成品成为可能。

具体来说，该技术的主要特点如下：

1）使用增材制造技术，避免了传统制造过程中的开模、机加、焊接、铸造、装配等过程，从而缩短了产品的制造周期，节省时间成本；

2）使用增材制造技术，分层叠加成型，材料利用率高达99.99%，节省材料成本；

3）制造过程与零件的复杂程度无关，且随着产品复杂程度的上升，使用选择性激光熔化技术更具有优势。  

4）选择性激光熔化技术解放了设计者的思想，设计人员可以有更为开阔的空间对产品进行设计，而无须考虑制作过程。

典型设备

选择性激光烧结工艺的zui初思想是由Texas大学Austin分校的Deckard于1986 年提出，进而DTM、德国的EOS公司先后将这一思想转化成现实。其中德国的EOS公司通过与芬兰的Rapid Product Innovation公司合作，研制出可用于SLS成形的不收缩铜粉和不锈钢粉末，使得SLS技术拓展到金属材料成形领域。中国从事该技术研究的单位有北京隆源公司、南京航天航空大学和华中科技大学等。