SLS工艺综述.docx

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1、名目1、SLS 工艺的根本原理12、SLS 工艺的特点13、SLS 工艺过程21高分子粉末材料烧结工艺22)金属零件间接烧结工艺33金属零件直接烧结工艺34、影响 SLS 工艺成型精度的因素35、SLS 工艺所选用的材料和设备41SLS 工艺所选用的材料42SLS 工艺设备46、SLS 工艺的应用及进展趋势51SLS 工艺的应用52SLS 工艺的进展趋势5- 0 -综述 SLS 工艺1、SLS 工艺的根本原理SLS 工艺又称为选择性激光烧结，由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的 C.R.Dechard 于 1989 年研制成功。选择性激光烧结加工过程是承受铺粉棍将一层粉末材料平铺在已成型零件的上外表

2、，并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温 度，掌握系统掌握激光束依据该层的截面轮廓在粉末上扫描，使粉末的温度升至熔化点，进展烧结，并与下面已成型的局部实现粘结。当一层截面烧结完成后， 工作台下降一个层的厚度，铺料辊又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进展一层截面的烧结，直至完成整个模型。在成型过程中，未经烧结的粉末对模型的空腔和悬臂局部起着支撑作用，不必像 SLA 工艺那样另行生成支撑工艺构造。SLS 使用的激光器是二氧化碳激光器，使用的原料有蜡、聚碳酸酯、尼龙、纤细尼龙、合成尼龙、金属，以及一些进展中的材料等。当实体构建完成并在原型局部充分冷却后，粉末快速上升至初始位置，将其取出，放置在后处理工作

3、台上，用刷子刷去外表粉末，露出加工件，其余残留的粉末可用压缩空气去除。2、SLS 工艺的特点选择性激光烧结工艺和其他快速成型工艺相比，其最大的独特性就是能够直接制作金属制品，同时该工艺还具有如下一些优点：1） 可承受多种材料。从原理上来说，这种方法可承受加热时年度降低的任何粉末材料，通过材料或者各类含粘结剂的涂层颗粒制造出任何造型，适应不同的需要。2） 制造工艺比较简洁。由于可用多种材料，选择性激光烧结工艺按承受的原料不同，可以直接生产简单外形的原型、型腔模三维构件或部件及工具。3） 高精度。依靠于使用的材料种类和粒径、产品的几何外形和简单程度， 该工艺一般能到达工件整体范围内 0.05-2.

4、5mm 的公差。当粉末粒径为0.1mm 以下时，成型后的原型精度可达1%。4） 无需支撑构造。和 LOM 工艺一样，SLS 工艺也无需设计支撑构造，叠层过程中消灭的悬空层面可直接由未烧结的粉末来实现支撑。5） 材料利用率高。由于该工艺过程不需要支撑构造，也不像 LOM 工艺那样- 1 -消灭很多废料，也不需要制作基底支撑，所以该工艺方法在常见的几种快速成型工艺中，材料利用率是最高的，可以认为是 100%。SLS 工艺中使用的多数粉末的价格较廉价，所以 SLS 模型的本钱相比较来看也是较低的。6） 生产周期短。从 CAD 设计到零件的加工完成只需几小时到几十小时，整个生产过程数字化，可随时修正、

5、随时制造。这一特点使其特别适合于产品的开发。7） 与传统工艺方法相结合，可实现快速铸造、快速模具制造、小批量零件输出等功能，为传统制造方法注入的活力。8） 应用面广。由于成型材料的多样化，使得 SLS 工艺适合于多种应用领域， 如原型设计验证、模具母模、精铸熔模、铸造型壳和型芯等。但是，选择性激光烧结工艺的缺点也比较突出，具体如下：1） 外表粗糙。由于 SLS 工艺的原料是粉末状的，原型的建筑是由材料粉层经加热熔化而实现逐层粘结的，因此，严格的来说，原型的外表是粉粒状的，因而外表质量不高。烧结过程中挥发异味。SLS 工艺中的粉末粘结是需要激光能源使其加热而到达熔化状态，2） 高分子材料或者粉粒

6、在激光烧结熔化时一般要会发异味气体。3） 有时需要比较简单的关心工艺。SLS 技术视所用的材料而异，有时需要比较简单的关心工艺过程，例如给原材料进展长时间的预先加热、造型完成后需要给模型进展外表浮粉的清理等。4） 做小件或者精件时，精度不如 SLA。3、SLS 工艺过程材料不同，具体的烧结工艺也有所不同。1） 高分子粉末材料烧结工艺其过程分为前处理、粉层烧结叠加以及后处理三个阶段。前处理：此阶段主要完成模型的三维 CAD 造型，并经 STL 数据转换后输入到粉末激光烧结快速成型系统中。粉层激光烧结叠加：在这个阶段，设备依据原型的构造特点，在设定的建筑参数下，自动完成原型的逐层粉末烧结叠加过程。

7、当全部叠层自动烧结叠加完成- 2 -后，需要将原型在成型缸中缓慢冷却至 40以下，取出原型并进展后处理。后处理：激光烧结后的 PS 原型件强度很弱，需要依据使用要求进展渗蜡或渗树脂等补强处理。2） 金属零件间接烧结工艺该工艺的过程主要分为三个阶段：SLS 原型件绿件的制作、粉末烧结件褐件的制作、金属熔渗后处理。SLS 原型件的制作阶段过程为 CAD 模型分层切片激光烧结SLSRP 原型绿件，此阶段的关键在于，如何选用合理的粉末配比和加工工艺参数实现原型件的制作。“褐件”制作阶段过程为二次烧结800三次烧结1080，此阶段的关键在于，烧失原型件中的有机杂质获得具有相对准确外形和强度的金属构造体。

8、金属熔渗阶段过程为二次烧结800三次烧结1080金属熔渗金属件。此阶段的关键在于，选用适宜的熔渗材料及工艺，以获得较致密的金属零件。3） 金属零件直接烧结工艺基于 SLS 工艺的金属零件直接制造工艺流程为：CAD 模型分层切片 激光烧结SLSRP 原型零件金属件。4、影响 SLS 工艺成型精度的因素影响 SLS 成型精度的因素很多，例如 SLS 设备精度误差、CAD 模型切片误差、扫描方式、粉末颗粒、环境温度、激光功率、扫描速度、扫描间距、单层层厚等。烧结工艺参数对精度和强度的影响是很大的。激光和烧结工艺参数，如激光功率、扫描速度和方向及间距、烧结温度、烧结时间以及层厚度等对层与层之间的粘结、

9、烧结体的收缩变形、翘曲变形甚至开裂都会产生影响。1、激光功率：随着激光功率的增加，尺寸误差正方向增大，并且厚度方向的增大趋势要比宽度方向的尺寸误差大。2、扫描速度：当扫描速度增大时，尺寸误差向负向误差方向减小，强度减小。3、烧结间距：随着扫描间距的增大，尺寸误差向负差方向减小。- 3 -4、单层厚度：随着单层厚度的增加，强度减小，尺寸误差向复查方向减小。此外，预热是 SLS 工艺中的一个重要环节，没有预热或者预热温度不均匀，将会使成型时间增加，所成型零件的性能低和质量差，零件精度差，或使烧结过程完全不能进展。对粉末材料进展预热，可减小因烧结成型时受热在工件内部产生的热应力，防止其产生翘曲和变形

10、，提高成型精度。5、SLS 工艺所选用的材料和设备1） SLS 工艺所选用的材料成型材料是 SLS 技术进展和烧结成功的一个关键环节，它直接影响成型件的成型速度、精度和物理、化学性能，影响成型工艺和设备的选择及成型件的综合性能。因此，国内外有很多公司和争论单位加强了这一领域的争论工作，并且取得了重大进步。选择性激光烧结工艺材料适用面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、石蜡等材料的零件。用于 SLS 工艺的材料有各类粉末，包括金属、陶瓷、石蜡以及聚合物的粉末，如尼龙粉、覆裹尼龙的玻璃粉、聚碳酸酯粉、聚酰胺粉、蜡粉、金属粉成型后常需进展再烧结及渗铜处理、覆裹热凝树脂的细砂、覆蜡陶瓷粉和覆蜡金属粉

11、等，SLS 工艺承受的粉末粒度一般在 50-125um 之间。间接 SLS 用的复合粉末通常有两种混合形式：一种是粘结剂粉末与金属或陶瓷粉末按肯定的比例机械混合；另一种则是吧金属或陶瓷粉末放到粘结剂稀释液中，之躯具有粘结剂包裹的金属或陶瓷粉末。为了提高原型的强度，用于 SLS 工艺的材料正渐渐地转向金属和陶瓷。2） SLS 工艺设备争论选择性激光烧结设备工艺的单位有美国的 DTM 公司、3D Systems 公司、德国的 EOS 公司，以及国内的华中科技大学、北京隆源公司和中北大学等。美国的 DTM 公司与 1992 年推出了 SLS 成型机械，并在之后几年的时间里先后推出了Sintersta

12、tion 2000、2500 和 2500Plus 机型。其中 2500Plus 机型的成型体积比过去增加了 10%，同时通过对加热系统的优化，削减了关心时间，提高了成型速度。此外，国内华中科技大学也成功推出自己的 SLS 工艺设备 HRPS-A 激光粉末烧结系统。南京航空航天大学、西北工业大学、华北工学院和北京隆源自动成型等，也取得了很多重大成果，如南京航空航天大学研制的 RAP-1 型激光烧结快速成型系统、北京隆源自动成型开发的 AFS-300 激光快速- 4 -成型的商品化设备。6、SLS 工艺的应用及进展趋势1） SLS 工艺的应用几十年来，SLS 工艺已经成功应用于汽车、造船、航天和

13、航空等诸多行业， 为很多传统制造业注入了的生命力和制造力。直接制作快速模具SLS 工艺可以选择不同的材料粉末制造不同用途的模具，用 SLS 工艺可直接烧结金属模具和陶瓷模具，用做注塑、压铸、挤塑等塑料成型模及钣金成型模。简单金属零件的快速无模具铸造将 SLS 激光快速成型技术与周密铸造工艺结合起来，特别适宜具有简单外形的金属功能零件整体制造。在产品试制和零件的单件小批量生产中，不需简单工装及模具，可大大提高制造速度，并降低制造本钱。内燃机进气管模型承受 SLS 工艺快速制作内燃机进气管模型，可以直接与相关零部件安装，进展功能验证，快速检测内燃机运行效果以评价设计的优劣，然后进展针对性的改进，以

14、到达内燃机进气管产品的设计要求。2） SLS 工艺的进展趋势快速成型技术中，金属粉末激光烧结是近年来人们争论的一个热点，实现使用高熔点金属直接烧结成型金属零件，对传统切削加工方法难以制造出高强度零件以及对快速成型技术更广泛的应用具有重要的意义，尤其是在航天器件、飞机发动机零件及武器零件的制备方面。近十几年来 SLS 技术得到了飞速进展，获得了良好的应用效果，但作为一项兴制造技术，尚处于一个不断进展、不断完善的过程之中。目前，SLS 技术还有很大的进展空间：成形工艺和设备的开发与改进，以提高成型件的外表质量、尺寸精度和机械性能；材料成型机理、成型性的争论与开发，为 SLS 供给具有良好综合性能的烧结粉末材料及形成快速成型材料的商品化；探究 SLS 技术与传统加工、特种加工等技术相结合的多种加工手段的综合- 5 -工艺，为快速模具、工具制造供给的技术手段；后处理工艺的优化。利用 SLS 虽可直接成型金属零件，但成型件的机械性能和热学性能还不能很好满足直接使用的要求，经后处理后可明显得到改善，但对尺寸精度有所影响，这就需要优化设计现有的后处理工艺以提高综合质量。随着 SLS 技术的进展，工艺、材料的不断消灭，势必会对将来的实际零件制造产生重大影响，对制造业产生巨大的推动作用。- 6 -