絕對干貨！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德克薩斯大學奧斯汀分校的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)級商用3D打印機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。德國的EOS公司針對SLS工藝也進行了大量的研究工作并且已開發(fā)出一系列的工業(yè)級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。

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

SLS工藝使用的是粉末狀材料，激光器在計算機的操控下對粉末進行掃描照射而實現(xiàn)材料的燒結(jié)粘合，就這樣材料層層堆積實現(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行掃描照射而使粉末的溫度升至熔化點，從而進行燒結(jié)并于下面已成型的部分實現(xiàn)粘合。

當一層截面燒結(jié)完后工作臺將下降一個層厚，這時壓輥又會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相比相對豐富些，主要有石蠟、聚碳酸酯、尼龍、纖細尼龍、合成尼龍、陶瓷甚至還可以是金屬。

當工件完全成型并完全冷卻后，工作臺將上升至原來的高度，此時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)備的價格和材料價格仍然十分昂貴，燒結(jié)前材料需要預熱，燒結(jié)過程中材料會揮發(fā)出異味，設(shè)備工作環(huán)境要求相對苛刻。

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Texas大學的研究生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，借助于計算機輔助設(shè)計與制造，將固體粉末材料直接成形為三維實體零件，不受成形零件形狀復雜程度的限制，不需任何工裝模具。

世界上另一個在SLS技術(shù)方面占有重要地位的是德國的EOS公司。EOS公司成立于1989年，1994年EOS公司先后推出了三個系列的SLS成形機，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，制造復雜的鑄造砂型和砂芯。 EOS公司對這些成形設(shè)備的硬件和軟件進行了不斷的改進和升級，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)展勢頭強勁，其產(chǎn)品在美國市場上都占有了一定的份額。

2. SLS工藝原理

首先，在計算機中建立所要制備試樣的CAD模形，然后用分層軟件對其進行處理得到每一加工層面的數(shù)據(jù)信息。成形時，設(shè)定好預熱溫度、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)出的激光束在計算機的控制下，根據(jù)幾何形體各層橫截面的CAD數(shù)據(jù)，有選擇地對粉末層進行掃描，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，工作臺下降一截面層的高度，再進行下一層鋪粉、燒結(jié)，新的一層和前一層自然地燒結(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。