激光选择性烧结技术综述

1、激光选择性烧结技术简介快速原型制造技术简介快速原型制造技术（Rapid Prototype Manufacturing，简称RP）是综合利用CAD技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术及激光技术的技术集成以实现从零件设计到三维实体原型制造一体化的系统技术。它是一种基于离散堆积成形思想的新型成形技术，是由CAD模型直接驱动的快速完成任意复杂形状三维实体零件制造的技术的总称。RP制造技术四大分支制造技术四大分支光固化快速成型（Stereo Lithography Apparatus，SLA）A分层实体制造法（Laminated Object Manufacturing，LOM）B选择性激光烧

2、结（Selective Laser Sintering，SLS）C熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling，FDMDSLS技术概述CONTENTS目录SLS技术概述技术概述1SLS工艺原理工艺原理2工艺流程及设备工艺流程及设备3SLS目前使用的材料及应用目前使用的材料及应用5SLS工艺特点工艺特点4一、一、SLS技术技术概述概述选择性激光烧结工艺（Selected Laser Sintering，SLS）最早由美国人Carl Deckard于1989年提出，后美国DTM公司于1992年推出了该工艺的商业化生产设备。它利用粉末状材料（主要有塑料粉、蜡粉、金属粉、表面附有粘

3、结剂的覆膜陶瓷粉、覆膜金属粉及覆膜砂等）在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下按照界面轮廓信息进行有选择的烧结，层层堆积成形。SLS技术使用的是粉状材料，从理论上讲，任何可熔的粉末都可以用作制造模型。而且制造出的模型可以用作真实的原型元件。SLS工艺研究现状：美国的DTM公司、3D Systems公司，德国的EOS公司；国内的北京隆源自动成型系统有限公司和华中科技大学等。二、SLS的工艺原理工作时粉末缸活塞上升，由铺粉辊将粉末在成型缸活塞（工作活塞）上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制光束的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。在烧结前，整个工作台被加热至稍低于粉

4、末融化温度，以减少热变形，并利于与前一层的结合。粉末完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺设新粉，控制激光束扫描烧结新曾。如此循环往复，层层叠加，就得到三维零件。五、SLS的工艺流程及设备三维建模&反求工程生成STL文件成型后处理产品工艺流程分层参数如分层厚度，零件加工方向，扫描间距等。成型烧结参数包括扫描速度，激光功率，粉末类型，铺粉厚度SLS原型的制作中无需加额外支撑，因为没有烧结的粉末起到了支撑的作用。从成形室取出后，用毛刷和专用工具将制件上多余的粉末去掉，进一步清理打磨之后，还需针对原型材料作进一步处理。典型设备由机械系统、光学系统和计算机控制系统组成。机械系统和光学系统

5、在计算机控制系统的控制下协调工作，自动完成制件的加工成形。机械结构主要由机架、工作平台、铺粉机构、两个活塞缸、集料箱、加热灯和通风除尘装置组成。1-激光室；激光室；2-铺粉机构；铺粉机构；3-供料缸；供料缸；4-加热灯；加热灯；5-成形料缸；成形料缸；6-排尘装置；排尘装置；7-滚珠丝杆螺母机滚珠丝杆螺母机构；构；8-料粉回收料粉回收箱箱AFS300型选择性激光烧结主机结构示意图选择性激光烧结机光路系统选择性激光烧结机光路系统 1-指示器；2-光束合成器； 3、4-反射镜； 5-扩束镜； 6-聚焦镜； 7-扫描器优点；成形材料多样性，价格低廉：这是SLS最显著的特点。理论上凡经激光加热后能在粉

6、末间形成原子联接的材料都可作为SLS成形材料。目前已商业化的材料主要有塑料粉、蜡粉、覆膜金属粉、表面涂有粘结剂的陶瓷粉、覆膜沙等。对制件形状几乎没有要求：由于下层的粉末自然成为上层的支撑，故SLS具有自支撑性，可制造任意复杂的形体，这是许多RP技术所不具备的。成型不受传统机械加工中刀具无法到达某些型面的限制。材料利用率高：未烧结的粉末可以重复利用。制件具有较好的力学性能：成品可直接用作功能测试或小批量使用。实现设计制造一体化：配套软件可自动将CAD数据转化为分层STL数据，根据层面信息自动生成数控代码，驱动成形机完成材料的逐层加工和堆积，不需人为干预。四、四、SLS的工艺特点的工艺特点目前存在

7、的缺点； 设备成本高昂。 制件内部疏松多孔、表面粗糙度较大、机械性能不高。 制件质量很大程度上受粉末的影响，提升不易。 可制造零件的最大尺寸受到限制。 成型过程消耗能量大，后处理工序复杂。常用材料塑料粉末SLS：尼龙、聚苯乙烯、聚碳酸酯等均可作为塑料粉末的原料。一般直接用激光烧结，不做后续处理。金属粉末SLS：原材料为各种金属粉末。按烧结工艺不同又可分为直接法、间接法、双组元法。注：由于金属粉末SLS时温度很高，为防止金属氧化，烧结时必须将金属粉末密闭在充有保护气体（氮气、氩气、氢气等）的容器中。陶瓷粉末SLS：陶瓷粉末在烧结时要在粉末中加入粘结剂。粘结剂有无机粘结剂、有机粘结剂和金属粘结剂三类。五、SLS目前所使用的材料及应用SLS已应用的领域SLS应用实例 快速原型制造：SLS工艺可快速制造所没计零件的原形，并对产品及时进行评价、修正以提高设计质量；可使客户获得直观的零件模型；能制造教学、试验用复杂模型。 新型材料的制备及研发：利用SLS工艺可以开发一些新型的颗粒以增强复合材料和硬质合金。 快速模具和工具制造：SLS制造的零件可直接作为模具使用，如熔模铸造、砂型铸造、注塑模型、高精度形状复杂