絕對(duì)干貨！3D打印SLS技術(shù)詳解

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。

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

SLS技術(shù)工藝詳解

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。

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. 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。