干貨——3D打印SLS技術(shù)詳解

3D打�。�3D Printing）技術(shù)（又名快速成型技術(shù)，PRM），是在計(jì)算機(jī)控制下，基于“增材制造”原理， 立體逐層堆積離散材料，進(jìn)行零件原型或最終產(chǎn)品的成型與制造的技術(shù)。該技術(shù)以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，將3D實(shí)體變?yōu)槿舾蓚�(gè)2D平面，利用激光束、電子束、熱熔噴嘴等方式將粉末、熱塑性材料等特殊材料進(jìn)行逐層堆積粘結(jié)，最終疊加成型，制造出實(shí)體產(chǎn)品[1]。

3D打印工藝原理
經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前已經(jīng)開發(fā)出多種3D打印技術(shù)路徑，從大類上劃分為擠出成型、粒狀物料成型、光聚合成型和其他成型幾大類，基礎(chǔ)成型主要代表技術(shù)路徑為熔融沉積成型（FDM）；粒狀物成型技術(shù)路徑主要包括電子束熔化成型（EBM）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）、三維打�。�3DP）、選擇性熱燒結(jié)（SHS）等；光聚合成型主要包括光固化（SLA）、數(shù)字光處理（DLP）、聚合物噴射（PI）；其他技術(shù)包括激光熔覆快速制造技術(shù)（LENS）、熔絲制造（FFF）、 融化壓模（MEM）、層壓板制造（LOM）等。
3D打印主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)

其中FDM、SLA、LOM、SLS、3DP為主流技術(shù)，熔融沉積成型FDM工藝一般是熱塑性材料，以絲狀形態(tài)供料。材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將熔化的材料擠出，材料迅速凝固，并與周圍的材料凝結(jié)；光固化快速成形SLA，又稱立體光刻、光成形等，是一種采用激光束逐點(diǎn)掃描液態(tài)光敏樹脂使之固化的快速成型工藝；疊層實(shí)體制造LOM工藝是快速原型技術(shù)中具有代表性的技術(shù)之一，是基于激光切割薄片材料、由黏結(jié)劑黏結(jié)各層成形；選擇性激光燒結(jié)SLS工藝，是采用紅外激光作為熱源來燒結(jié)粉末材料，并以逐層堆積方式成形三維零件的一種快速成形技術(shù)；3DP工藝與SLS工藝類似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過燒結(jié)連接起來的，而是通過噴頭用粘接劑將零件的截面“印刷”在材料粉末上面。

國(guó)內(nèi)快速成形研究起步在1991年[2]。清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、浙江大學(xué)等高等院校相繼開展了成型理論、工藝方法、設(shè)備、軟件、材料等配套技術(shù)的研究。各大學(xué)及主要研究機(jī)構(gòu)針對(duì)3D打印研究的方向及進(jìn)展情況如下:
清華大學(xué):開展SLA, LOM, FDM, SLS基礎(chǔ)理論、工藝以及RPM工藝集成的研究，研制了基于FDM的熔融沉積造型系統(tǒng)FDM-250以及基于LOM+FDM工藝的多功能平臺(tái)的M-RPMS系統(tǒng):進(jìn)行光固化樹脂研究，成功解決了FDM用蠟絲材制備，正在進(jìn)行ABS絲材的研制。
西安交通大學(xué):開展SLA,FDM工藝研究，開發(fā)出了一種SLA工藝的實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)和一種工業(yè)化樣機(jī)(RP)，開發(fā)出性能與國(guó)外光敏樹脂相近的樹脂材料。
華中科技大學(xué):開展LOM工藝研究，開發(fā)出采用LOM工藝的HRP系統(tǒng)，進(jìn)行了LOM用疊層材料研究，研制出LOM工藝用紙及粘結(jié)劑并進(jìn)行了優(yōu)選。
浙江大學(xué):開展光敏固化樹脂材料及精度的研究。
北京隆源公司:采用美國(guó)技術(shù)推出了商品化的AFS-300系統(tǒng)，進(jìn)行SLS工藝研究并提供原型服務(wù)，研制了用于SLS工藝的樹脂砂及蠟基材料。
南京航空航天大學(xué):主要從事SLS工藝及設(shè)備的研究，已經(jīng)研制出一臺(tái)激光選區(qū)燒結(jié)原型樣機(jī)(RAP-I )，同時(shí)還進(jìn)行燒結(jié)工藝、快速模具和快速精鑄方面的研究。

直接金屬激光燒結(jié)技術(shù)（DMLS）
通過使用高能量的激光束再由3D模型數(shù)據(jù)控制來局部熔化金屬基體，同時(shí)燒結(jié)固化粉末金屬材料并自動(dòng)地層層堆疊，以生成致密的幾何形狀的實(shí)體零件。這種零件制造工藝被稱為“直接金屬激光燒結(jié)技術(shù)（Direct Metal Laser-Sintering）”。南極熊3D打印網(wǎng)上有一些相關(guān)方面的開源技術(shù)資料。
通過選用不同的燒結(jié)材料和調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，可以生成性能差異變化很大的零件，從具有多孔性的透氣鋼，到耐腐蝕的不銹鋼再到組織致密的模具鋼。這種離散法制造技術(shù)甚至能夠直接制造出非常復(fù)雜的零件，避免了采用銑削和放電加工，為設(shè)計(jì)提供了更大的自由度。

DMLS詳細(xì)技術(shù)原理

早些年只有相對(duì)軟的材料適用這種技術(shù)，而隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，適用領(lǐng)域也擴(kuò)展到了塑料、金屬壓鑄和沖壓等各種量產(chǎn)模具。應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)不僅是周期短，而且使模具設(shè)計(jì)師能夠把心思集中在如何建構(gòu)最佳的幾何造型，而不用考慮加工的可行性上。結(jié)合CAD和CAE技術(shù)可以制造出任意冷卻水路的模具結(jié)構(gòu)。

DMLS是金屬粉體成型，有同軸送粉和輥筒送粉兩類。同軸送粉的技術(shù)適合制造分層厚度在1mm以上物件，大型的金屬件，目前我國(guó)最大的工件居然是核電部件，在四川制造。一些航空部件西工和北理工開始產(chǎn)業(yè)化了。輥筒送粉的產(chǎn)品精細(xì)度高，適合制造小型部件，因?yàn)橹圃爝^程部件很容易熱變形。制造空間超過電腦機(jī)箱大小都是很困難的。以上幾類3D打印其實(shí)都是對(duì)應(yīng)了材料的熱曲線，需要材料配合，以金屬粉體為例，既涉及到粉體粒徑形貌又涉及到粒徑搭配，還需要熱處理使得馬氏體和奧氏體之間結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。

DMLS技術(shù)由德國(guó)EOS公司開發(fā)，與SLS和SLM技術(shù)原理非常類似 。EOS公司出品的EOSINT M 系列機(jī)型也非常類似3D Systems 公司的 sPro 系列機(jī)型。M系列能打印鋁，鈷鉻合金，鈦，鎳合金和鋼。
適用材料：幾乎任何合金

選擇性激光熔融技術(shù)（SLM）
SLM技術(shù)由德國(guó)夫瑯和費(fèi)學(xué)院于1995年與當(dāng)時(shí)的F&S Stereolithographietechnik公司合作研發(fā)并申請(qǐng)獲得相關(guān)專利。2000年早期F&S與德國(guó)MCP HEK公司（后來稱為MTT科技公司，又改為SLM Solutions公司）達(dá)成商業(yè)合作。如今，SLM技術(shù)的創(chuàng)始人Dieter Schwarze 博士在SLM Solutions公司，而Matthias Fockele博士則創(chuàng)立了Realizer公司。

SLM技術(shù)是利用金屬粉末在激光束的熱作用下完全熔化、經(jīng)冷卻凝固而成型的一種技術(shù)。在高激光能量密度作用下，金屬粉末完全熔化，經(jīng)散熱冷卻后可實(shí)現(xiàn)與固體金屬冶金焊合成型。SLM技術(shù)正是通過此過程，層層累積成型出三維實(shí)體的快速成型技術(shù)。

SLM詳細(xì)技術(shù)原理

3D Systems公司也出品了采用SLM技術(shù)的金屬3D打印機(jī)：SPro125和250。3D Systems 公司稱它們?yōu)橹苯咏饘龠x擇性激光熔融（Direct Metal SLM）。它們能生產(chǎn)高精度，高復(fù)雜度的金屬零件。打印層厚可達(dá)20微米，可打印的金屬包括鈦，不銹鋼，鈷鉻合金，工具鋼等，所以能夠應(yīng)用在航空領(lǐng)域（比如帶冷卻倉的超高效散熱片的一體化打�。�，以及醫(yī)療保健領(lǐng)域（比如超復(fù)雜形狀的金屬下顎）等等。
適用材料：鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼、鋁


選擇性熱燒結(jié)成型技術(shù)（SHS）
Selective Sintering（選擇性熱燒結(jié)）技術(shù)始于3D印刷工場(chǎng)，這家創(chuàng)新的丹麥企業(yè)成立于2009年，旨在創(chuàng)造一種“辦公室3D打印機(jī)”，實(shí)惠的價(jià)格和高質(zhì)量的印刷。

他們的專利SHS（選擇性熱燒結(jié)）在2011年推出3D印刷技術(shù)在EUROMOLD。它類似于激光燒結(jié)，但是，而不是使用激光SHS使用的熱打印頭。被保持在升高的溫度下，這樣的機(jī)械掃描頭只需要提升的溫度稍高于粉末的熔融溫度，以選擇性地結(jié)合，粉末床。

它是如何工作的？首先它被切成層，使用另一種方案，在CAD軟件設(shè)計(jì)的三維模型。當(dāng)按下“打印”按鈕，打印機(jī)蔓延在整個(gè)構(gòu)建室一層薄薄的塑料粉末。感熱式打印頭開始來回移動(dòng)，從打印頭的熱熔融到塑料粉末層中的每個(gè)橫截面。再次三維打印機(jī)，塑料粉末，準(zhǔn)備新的層，感熱式打印頭，繼續(xù)加熱到粉末層。最終的三維模型是在編譯室 - 由未熔化粉末包圍。未使用的粉是100％可回收，沒有必要額外的支持材料。

隨著選擇性熱燒結(jié)技術(shù)的3D打印機(jī)可以使任何復(fù)雜的幾何形狀（最小壁厚為1毫米）的形成�？梢约虞d多個(gè)3D模型，并打印在同一時(shí)間。
適用材料：熱塑性粉末

選擇性激光燒結(jié)工藝（SLS）
選擇性激光燒結(jié)工藝（Selective Laser Sintering，SLS），該工藝最早是由美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的C.R.Dechard于1989年在其碩士論文中提出的，隨后C.R.Dechard創(chuàng)立了DTM公司并于1992年發(fā)布了基于SLS技術(shù)的工業(yè)級(jí)商用3D打印機(jī)Sinterstation。

二十年多年來奧斯汀分校和DTM公司在SLS工藝領(lǐng)域投入了大量的研究工作，在設(shè)備研制和工藝、材料開發(fā)上都取得了豐碩的成果。德國(guó)的EOS公司針對(duì)SLS工藝也進(jìn)行了大量的研究工作并且已開發(fā)出一系列的工業(yè)級(jí)SLS快速成型設(shè)備，在2012年的歐洲模具展上EOS公司研發(fā)的3D打印設(shè)備大放異彩。

在國(guó)內(nèi)也有許多科研單位開展了對(duì)SLS工藝的研究，如南京航空航天大學(xué)、中北大學(xué)、華中科技大學(xué)、武漢濱湖機(jī)電產(chǎn)業(yè)有限公司、北京隆源自動(dòng)成型有限公司、湖南華曙高科等

SLS工藝使用的是粉末狀材料，激光器在計(jì)算機(jī)的操控下對(duì)粉末進(jìn)行掃描照射而實(shí)現(xiàn)材料的燒結(jié)粘合，就這樣材料層層堆積實(shí)現(xiàn)成型，如圖所示為SLS的成型原理：

SLS詳細(xì)技術(shù)原理

選擇性激光燒結(jié)加工的過程先采用壓輥將一層粉末平鋪到已成型工件的上表面，數(shù)控系統(tǒng)操控激光束按照該層截面輪廓在粉層上進(jìn)行掃描照射而使粉末的溫度升至熔化點(diǎn)，從而進(jìn)行燒結(jié)并于下面已成型的部分實(shí)現(xiàn)粘合。

當(dāng)一層截面燒結(jié)完后工作臺(tái)將下降一個(gè)層厚，這時(shí)壓輥又會(huì)均勻地在上面鋪上一層粉末并開始新一層截面的燒結(jié)，如此反復(fù)操作直接工件完全成型。

在成型的過程中，未經(jīng)燒結(jié)的粉末對(duì)模型的空腔和懸臂起著支撐的作用，因此SLS成型的工件不需要像SLA成型的工件那樣需要支撐結(jié)構(gòu)。SLS工藝使用的材料與SLA相比相對(duì)豐富些，主要有石蠟、聚碳酸酯、尼龍、纖細(xì)尼龍、合成尼龍、陶瓷甚至還可以是金屬。

當(dāng)工件完全成型并完全冷卻后，工作臺(tái)將上升至原來的高度，此時(shí)需要把工件取出使用刷子或壓縮空氣把模型表層的粉末去掉。

SLS工藝支持多種材料，成型工件無需支撐結(jié)構(gòu)，而且材料利用率較高。盡管這樣SLS設(shè)備的價(jià)格和材料價(jià)格仍然十分昂貴，燒結(jié)前材料需要預(yù)熱，燒結(jié)過程中材料會(huì)揮發(fā)出異味，設(shè)備工作環(huán)境要求相對(duì)苛刻。

適用材料：熱塑性塑料、金屬粉末、陶瓷粉末

1. SLS工藝的發(fā)展歷程

1986年美國(guó)Texas大學(xué)的研究生Deckard提出了選擇性激光燒結(jié)成形(Selective Laser Sintering,SLS)的思想，并于1989獲得了第一個(gè)SLS技術(shù)專利[3]。這是一種用紅外激光作為熱源來燒結(jié)粉末材料成形的快速成形技術(shù)(Rapid Prototyping,  RP)。同其它快速成形技術(shù)一樣，SLS技術(shù)采用離散/堆積成形的原理，借助于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造，將固體粉末材料直接成形為三維實(shí)體零件，不受成形零件形狀復(fù)雜程度的限制，不需任何工裝模具。

1992年美國(guó)DTM公司推出Sinterstation 2000系列商品化SLS成形機(jī)，隨后分別于1996年、1998年推出了經(jīng)過改進(jìn)的SLS成形機(jī)Sinterstation 2500和Sinterstation 2500plus，同時(shí)開發(fā)出多種燒結(jié)材料，可直接制造蠟?zāi)＜八芰�、陶瓷和金屬零件。由于該技術(shù)在新產(chǎn)品的研制開發(fā)、模具制造、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)等方面均顯示出廣闊的應(yīng)用前景，因此，SLS技術(shù)在十多年時(shí)間內(nèi)得到迅速發(fā)展，現(xiàn)己成為技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的快速成形技術(shù)之一。

世界上另一個(gè)在SLS技術(shù)方面占有重要地位的是德國(guó)的EOS公司。EOS公司成立于1989年，1994年EOS公司先后推出了三個(gè)系列的SLS成形機(jī)，其中EOSINT P用于燒結(jié)熱塑性塑料粉末，制造塑料功能件及熔模鑄造和真空鑄造的原型;EOSINTM用于金屬粉末的直接燒結(jié)，制造金屬模具和金屬零件;EOSINT S用于直接燒結(jié)樹脂砂，制造復(fù)雜的鑄造砂型和砂芯。 EOS公司對(duì)這些成形設(shè)備的硬件和軟件進(jìn)行了不斷的改進(jìn)和升級(jí)，使得設(shè)備的成形速度更快、成形精度更高、操作更方便，并能制造尺寸更大的燒結(jié)件。近年來EOS公司的發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，其產(chǎn)品在美國(guó)市場(chǎng)上都占有了一定的份額[2]。

2. SLS工藝原理

首先，在計(jì)算機(jī)中建立所要制備試樣的CAD模形，然后用分層軟件對(duì)其進(jìn)行處理得到每一加工層面的數(shù)據(jù)信息。成形時(shí)，設(shè)定好預(yù)熱溫度、激光功率、掃描速度、掃描路徑、單層厚度等工藝條件，先在工作臺(tái)上用輥筒鋪一層粉末材料，由CO2激光器發(fā)出的激光束在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)幾何形體各層橫截面的CAD數(shù)據(jù)，有選擇地對(duì)粉末層進(jìn)行掃描，在激光照射的位置上，粉末材料被燒結(jié)在一起，未被激光照射的粉末仍呈松散狀，作為成形件和下一層粉末的支撐;一層燒結(jié)完成后，工作臺(tái)下降一截面層的高度，再進(jìn)行下一層鋪粉、燒結(jié)，新的一層和前一層自然地?zé)�結(jié)在一起，全部燒結(jié)完成后除去未被燒結(jié)的多余粉末，便得到所要制備的試樣[3]。

2.1. 選擇性激光燒結(jié)的工藝特點(diǎn)

同其它快速成形技術(shù)相比，SLS具有以下特點(diǎn)[2-5]:

(1)可采用多種材料。從理論上講，這種方法可采用加熱時(shí)粘度降低的任何粉末材料，從高分子材料粉末到金屬粉末、陶瓷粉末、石英砂粉都可用作燒結(jié)材料。

(2)制造工藝簡(jiǎn)單。由于未燒結(jié)的粉末可對(duì)模型的空腔和懸臂部分起支撐作用，不必像立體印刷成形(Stereo Lithography Apparatus, SLA)和熔融沉積成形(Fused Deposition Moldeling, FDM)工藝那樣另外設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)，可以直接生產(chǎn)形狀復(fù)雜的原形及部件。

(3)材料利用率高。未燒結(jié)的粉末可重復(fù)使用，無材料浪費(fèi)，成本較低。

(4)成形精度依賴于所使用材料的種類、粒徑、產(chǎn)品的幾何形狀及其復(fù)雜程度等，原形精度可達(dá)±1%。

(5)應(yīng)用廣泛。由于成形材料的多樣化，可以選用不同的成形材料制作不同用途的燒結(jié)件，如制作用于結(jié)構(gòu)驗(yàn)證和功能測(cè)試的塑料功能件、金屬零件和模具、精密鑄造用蠟?zāi)：蜕靶汀⑸靶镜取?br />
2.2 SLS技術(shù)分為兩類：直接SLS技術(shù)與間接SLS技術(shù)。

(1)直接SLS技術(shù): 即采用含有至少兩種以上熔點(diǎn)成份的金屬粉末(低熔點(diǎn)金屬粉末作為粘結(jié)劑，高熔點(diǎn)金屬粉末作為結(jié)構(gòu)材料)，通過大功率激光器掃描熔化低熔點(diǎn)成份，在表面張力作用下潤(rùn)濕并填充未熔化高熔點(diǎn)結(jié)構(gòu)金屬粉末顆粒間隙，然后將結(jié)構(gòu)材料粘結(jié)起來，燒結(jié)成致密金屬零件或者模具的方法。直接SLS成形材料主要有:Ni-Sn, Fe-Sn, Cu-Sn, Fe-Cu與Ni-Cu等。

在國(guó)外，目前能夠代表直接SLS技術(shù)先進(jìn)水平的研究機(jī)構(gòu)主要為德國(guó)EOS。該公司不僅研究出擁有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SLS系統(tǒng)，而且開發(fā)了SLS專用金屬材料，并進(jìn)行了相關(guān)金屬零件或者模具的制造。在國(guó)內(nèi)，代表直接SLS技術(shù)的研究機(jī)構(gòu)主要為南京航空航天大學(xué)等機(jī)構(gòu)。

(2)間接SLS技術(shù): 即采用高分子聚合物材料作粘結(jié)劑(例如:PA, PC, PEP與PMMA等)，通過激光束掃描熔化高分子材料將高熔點(diǎn)結(jié)構(gòu)粉末粘結(jié)起來形成SLS原型件的方法。目前間接SLS金屬復(fù)合材料包括高分子聚合物覆膜金屬材料與高分子聚合物/金屬混合復(fù)合材料。

在國(guó)外，目前代表間接SLS技術(shù)先進(jìn)水平的研究機(jī)構(gòu)主要為美國(guó)3D System 公司。在國(guó)內(nèi)，目前代表間接SLS技術(shù)先進(jìn)水平的研究機(jī)構(gòu)主要有華中科技大學(xué)與北京隆源公司等，另外，南京航空航天大學(xué)、華南理工大學(xué)、華北工學(xué)院、西北工業(yè)大學(xué)、湖南大學(xué)與中北大學(xué)等也對(duì)間接SLS技術(shù)開展了研究，內(nèi)容主要集中在SLS系統(tǒng)、材料、成形工藝、溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)仿真等方面。

3. SLS工藝的原材料

燒結(jié)材料是SLS技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它對(duì)燒結(jié)件的成形速度和精度及其物理機(jī)械性能起著決定性作用，直接影響到燒結(jié)件的應(yīng)用以及SLS技術(shù)與其他快速成形技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力。目前已開發(fā)出多種激光燒結(jié)材料，按材料性質(zhì)可分為以下幾類:金屬基粉末材料、陶瓷基粉末材料、覆膜砂、高分子基粉末材料等[4-8]。

A 金屬基粉末材料
金屬基粉末材料主要有兩大類，一類是用聚合物作粘結(jié)劑的金屬粉末，包括用有機(jī)聚合物包覆金屬粉末材料制得的覆膜金屬粉末(如DTM公司的RapidSteel 2.0)及金屬與有機(jī)聚合物的混合粉末。這類金屬粉末在激光燒結(jié)過程中，金屬顆粒被有機(jī)聚合物粘結(jié)在一起，形成零件初坯(Green Part)，初坯經(jīng)過高溫脫除有機(jī)聚合物、滲銅等后處理，可制得密實(shí)的金屬零件和金屬模具。另一類是不含有機(jī)粘合劑的金屬粉末，這類金屬粉末可用大功率的激光器直接燒結(jié)成致密度較高的功能性金屬零件和模具。

B 陶瓷材料
陶瓷材料的燒結(jié)溫度很高，難以直接用激光燒結(jié)成形，因此，用于sLs工藝的陶瓷基粉末材料是加有粘結(jié)劑的陶瓷粉。在激光燒結(jié)過程中，利用熔化的粘結(jié)劑將陶瓷粉末粘結(jié)在一起，形成一定的形狀，然后再通過后處理以獲得足夠的強(qiáng)度。常用的粘結(jié)劑有以下三類:
①有機(jī)粘結(jié)劑，如聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA），用PMMA包覆Al2O3, ZrO2, SiC等陶瓷粉末材料，經(jīng)激光燒結(jié)成形后，再經(jīng)過脫脂及高溫?zé)�結(jié)等后處理可以快捷地制造精密鑄造用陶瓷型殼和工程陶瓷零件;
②無機(jī)粘結(jié)劑，如磷酸二氫氨，NH4HZPO4在燒結(jié)時(shí)熔化、分解、生成P2O5， P2O5繼續(xù)與陶瓷基體Al2O3反應(yīng)，最終生成AlPO4， AlPO4是一種無機(jī)粘結(jié)劑，可將陶瓷粉末粘結(jié)在一起;
③金屬粘結(jié)劑，如鋁粉，在燒結(jié)過程中鋁粉熔化，熔化的鋁可將Al2O3:粉末粘結(jié)在一起，同時(shí)還有一部分鋁會(huì)在激光燒結(jié)過程中氧化，生成Al2O3，并釋放出大量的熱，促進(jìn)Al2O3熔融、粘結(jié)。

C 覆膜砂
覆膜砂與鑄造用熱型砂類似，采用酚醛樹脂等熱固性樹脂包覆錯(cuò)砂、石英砂的方法制得，如DTM公司的SandForm Zr。在激光燒結(jié)過程中，酚醛樹脂受熱產(chǎn)生軟化和固化，使覆膜砂粘結(jié)成型。由于激光加熱時(shí)間很短，酚醛樹脂在短時(shí)間內(nèi)不能完全固化，燒結(jié)件的強(qiáng)度較低，須對(duì)燒結(jié)件進(jìn)行加熱處理，處理后的燒結(jié)件可用作鑄造用砂型或砂芯來制造金屬鑄件。

D 高分子材料
高分子材料與金屬和陶瓷材料相比，具有較低的成形溫度，燒結(jié)所需的激光功率小，且其表面能低，熔融粘度較高，沒有金屬粉末燒結(jié)時(shí)較難克服的“球化”效應(yīng)，因此，高分子粉末是目前應(yīng)用最多也是應(yīng)用最成功的SLS材料。主要的高分子材料有下面幾種：

蠟粉
傳統(tǒng)的熔模精鑄用蠟(烷烴蠟、脂肪酸蠟等)，蠟?zāi)��?qiáng)度較低，難以滿足精細(xì)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)鑄件的要求，且成型精度差，所以DTM研制了低熔點(diǎn)高分子蠟的復(fù)合材料.

聚苯乙烯(PS)
聚苯乙烯受熱后可熔化、粘結(jié)，冷卻后可以固化成瓔，而且該材料吸濕率小，收縮率也較小，其成型件浸樹脂后可進(jìn)一步提高強(qiáng)度，主要性能指標(biāo)可達(dá)拉伸強(qiáng)度≥15MPa、彎曲強(qiáng)度≥33MPa、沖擊強(qiáng)度>3MPa，可作為原型件或功能件使用，也可用做消失模鑄造用母模生產(chǎn)金屬鑄件，但其缺點(diǎn)是必須采用高溫燃燒法(>300℃)進(jìn)行脫模處理，造成環(huán)境污染，因此，對(duì)于PS粉原料，針對(duì)鑄造消失模的使用要求一般加入助分解助劑。如DTM公司的商業(yè)化產(chǎn)品TrueForm Polymer。其成型件可進(jìn)行消失模制造，但其價(jià)格昂貴。

工程塑料(ABS)
ABS與聚苯乙烯同屬熱塑性材料，其燒結(jié)成型性能與聚苯乙烯相近，只是燒結(jié)溫度高20℃左右，但ABS成型件強(qiáng)度較高，所以在國(guó)內(nèi)外被廣泛用于快速制造原型及功能件。

聚碳酸酯(PC)
對(duì)聚碳酸酯燒結(jié)成型的研究比較成熟，其成型件強(qiáng)度高、表面質(zhì)量好，且脫模容易，主要用于制造熔模鑄造航空、醫(yī)療、汽車工業(yè)的金屬零件用的消失模以及制作各行業(yè)通用的塑料模。如DTM公司的DTM Polycarbanate。但聚碳酸酯價(jià)格比聚苯乙烯昂貴。國(guó)內(nèi)北航對(duì)聚碳酸酯(PC)進(jìn)行了研究，探討其燒結(jié)工藝過程以提高成型件精度。

尼龍(PA)
尼龍材料用SLS方法可被制成功能零件，目前商業(yè)化廣泛使用的有4種成分的材料。
1)標(biāo)準(zhǔn)的DTM尼龍(Standard Nylon)，能被用來制作具有良好耐熱性能和耐蝕性的模型2)DTM精細(xì)尼龍(DuraForm GF)，不僅具有與DTM尼龍相同的性能，還提高了制件的尺寸精度、降低表面粗糙度，能制造微小特征，適合概念型和測(cè)試型制造，但價(jià)格高。   
3)DTM醫(yī)用級(jí)的精細(xì)尼龍(Fine Nylon Medical Grade)，能通過高溫蒸壓被蒸汽消毒5個(gè)循環(huán)；
4)原型復(fù)合材料(ProtoFormTM Composite)是DuraForm GF經(jīng)玻璃強(qiáng)化的一種改性材料，與未被強(qiáng)化的DTM尼龍相比，它具有更好的加工性能，同時(shí)提高了耐熱性和耐腐蝕性。
同時(shí)，EOS公司發(fā)展了一種新的尼龍粉末材料(PA3200GF，有點(diǎn)類似于DTM的DuraForm GF)，這種材料可以產(chǎn)生高精度和很好的表面光潔度。

4. SLS （ 粉末燒結(jié)技術(shù) ）的優(yōu)缺點(diǎn)

SLS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：
(1)原材料種類多。只要粉末材料在加熱時(shí)的粘度較低，就都可以作為SLS技術(shù)的原材料。SLS技術(shù)制造出的產(chǎn)品或者模型可以滿足多種需求。和其他的技術(shù)比較，SLS技術(shù)可以制做金屬原型或者模具，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。
(2)工藝簡(jiǎn)單。由于該技術(shù)可以選用粉末材料作為原材料，通過激光燒結(jié)，能夠快速生產(chǎn)出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品原型或者模具，因此在工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中應(yīng)用比較廣泛。
(3)精度較高。精度受到粉末材料的種類、粉末顆粒的大小、模型的幾何結(jié)構(gòu)等影響。一般而言，其精度可以達(dá)到0.05mm-2.5mm之間。
(4)不需要支撐結(jié)構(gòu)。在層層疊加的過程中，沒有燒制的粉末可以支撐懸空層面。
(5)材料利用率高。SLS技術(shù)的材料機(jī)率用可以接近100%，這是因?yàn)槠洳恍枰�支撐結(jié)構(gòu)，也不需要基底支撐，而且粉末材料價(jià)格較低，所以制模成本低。
(6)變形小。SLS技術(shù)制作出的工件翹曲變形較小，甚至不需要校正原型。

SLS技術(shù)的缺點(diǎn)是：
(1)工作時(shí)間長(zhǎng)。在加工之前，需要大約2小時(shí)，把粉末材料加熱到粘結(jié)熔點(diǎn)的附近，在加工之后，需要大約5-10小時(shí)，等到工件冷卻之后，才能從粉末缸里面取出原型制件。
(2)后處理較復(fù)雜。SLS技術(shù)原型制件在加工過程中，是通過加熱并融化粉末材料，實(shí)現(xiàn)逐層的粘結(jié)，因此制件的表面呈現(xiàn)出顆粒狀，需要進(jìn)行一定的后處理。
(3)燒結(jié)過程會(huì)產(chǎn)生異味。高分子粉末材料在加熱、融化等過程中，一般都會(huì)發(fā)出異味。
(4)設(shè)備價(jià)格較高。為了保障工藝過程的安全性，在加工室里面充滿了氮?dú)�，所以提高了設(shè)備成本。

5. 具體實(shí)例應(yīng)用
3D打印SLS工藝在汽車上的應(yīng)用
第一個(gè)方面是用于設(shè)計(jì)驗(yàn)證、性能測(cè)試的手工樣件（原型件）的制作。

第二方面是用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件的直接制作，圖中所示Daimler Chrysler發(fā)動(dòng)機(jī)上的進(jìn)氣歧管，就是3D打印出來的，可以直接裝在實(shí)車上運(yùn)行。

第三方面是用于汽車上的輕量化結(jié)構(gòu)零件的制作，這種結(jié)構(gòu)零件在汽車上用的還不是很多，需要汽車的設(shè)計(jì)人員，從設(shè)計(jì)思路上創(chuàng)新，用各種蜂窩結(jié)構(gòu)來替代實(shí)心或?qū)嶓w結(jié)構(gòu)。

第四方面用于定制專用的工裝和檢測(cè)器具，圖中所示的三個(gè)案例，最左邊是行李箱蓋的安裝用的工裝， 中間和右側(cè)的是檢測(cè)器具

第五方面是整車模型的制作，以往是用油泥模型，當(dāng)3D打印技術(shù)出現(xiàn)之后，可以在一定程度上取代油泥模型。當(dāng)然，3D打印的模型還不能像油泥模型那樣好修改，這也是3D打印需要進(jìn)一步完善的地方，請(qǐng)關(guān)注南極熊3d打印網(wǎng)。

來源： 材料十
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sls金屬3D打印機(jī)初步調(diào)查報(bào)告
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