湖南SLS激光快速成型最新研究热点(上)
湖南SLS激光快速成型最新研究热点（上）国内外的专家、学者们对 SLS/SLM工艺进行了广泛而深入的研究，有力地推动了这项技术的发展。
结合SLS 工艺流程，通过对SLS 技术的重点、难点进行分类归纳，可以将该工艺的研究热点概括为以下几个方面：
一、SLS 新材料研究
材料是SLS 技术发展的关键环节，它直接影响烧结试样的成形速度、精度和物理、化学性能。
湖南SLS激光快速成型材料要求具有良好的热固（熔）性、一定的导热性，粉末经激光烧结后要有足够的黏结强度，粉末材料的粒度不宜过大，其粒径一般要求小于0.05mm～0.15mm，否则会降低原型的成形精度。
目前SLS材料包括金属、陶瓷、石蜡以及聚合物的粉末，如尼龙粉、聚碳酸酯粉、聚酰胺粉、蜡粉、金属粉末、表面覆有粘结剂的覆膜陶瓷粉、覆膜金属粉及覆膜砂等。
尽管人们对各种材料进行了深入的研究，取得了一定的成果，但
是目前制造的三维零件存在强度普遍不高，精度较低，通常需要后处理等缺点，因此，需要加强烧结成形技术的基础研究，进一步深化材料成形机理研究，不断完善各种粉末材料烧结成形数据库，研制各种激光烧结快速成形专用材料。
二、SLS 连接机理研究
不同的粉末材料其烧结成形机理是截然不同的，对于金属粉末的烧结，其烧结过程主要由瞬时液相烧结控制，这是目前较为统一的认识。
但是，对SLS/SLM 烧结过程机理的认识目前仍然停留在显微组织理论层次，即仍然停留在对烧结显微组织是否形成，以及形成的组织形貌的研究阶段。
为了进一步研究烧结显微组织形成的速度和数量，即定量地分析烧结过程，需要研究SLS 动力学理论。
通过显微组织理论和动力学理论研究，从理论上阐述烧结显微组织是否会形成，如何形成，以及形成的速度和数量等等问题。
最终为湖南SLS激光快速成型烧结工艺的制定，烧结材料性能的预测等，提供可靠的理论依据。
快速成型制件可能出现的缺陷
快速成型制件可能出现的缺陷湖南华曙高科分析快速成型制件出现的缺陷分为表面缺陷和内部缺陷。
今天就跟大家具体讲解下关于快速成型制件存在缺陷的问题。
其表面缺陷：1.CAD前处理和阶梯状表面形成的缺陷2.顶部缺陷由于喷嘴喷出的材料路径具有圆形的顶面，当最后一层顶面沉积后就形成屋脊形的表面，这样的屋脊形表面需要光滑处理。
3.喷头起/停误差造成的缺陷由于切片后的轮廓每一层都有许多封闭的边界，每一个封闭的几何边界都存在起/停点，喷头的移动速度和丝材的进给速率必须在喷头的起停点协调一致，否则就会造成材料的过剩和不足。
正确的是：在喷头还未到达终点时，丝材进给运动就停止，在背压的作用下，喷头仍在喷料，直至喷头到达终点。
关键：喷头在距离终点多远时，丝材停止进给运动？停止太迟，有太多的丝材进入喷头，喷头到达终点时，还有材料喷出，造成多余的材料溢出和粗糙的表面。
停止过早，造成材料的供应不足。
4.撤除支撑时造成的缺陷主要指在去除易剥离性支撑（BASS）时，会在制件表面留下一些毛刺和小凹坑。
其内部缺陷：1.环形填充式的中线空洞和光栅填充式的半周界空洞。
在采用圆环形填充方式来填充时，可以将每一层截面划分成多个环形面，如果采用由外向内填充，当所剩区域的宽度小于一个路宽时，就认为环形面已经填充完毕，喷嘴将移动到其它为填充的环形面区域。
所以，不可能使设置的路宽正好将所填充的环形面全部填满，因而，在环形面的中心处常常留下一个狭长的空洞。
2.路间缺陷。
两种形式：一是在相邻的两个路间没有物理接触，形成空洞缺陷，这个缺陷容易观察到；二是在相邻的两个路间有物理接触，但黏结的不牢，这种接触不容易发现，会影响制件的度。
3.路径长度的影响。
当沿着很长的路径沉积材料时，在沉积下一道材料时，先沉积的材料温度下降的很大，因此，相邻路径制件会黏结不牢。
4.不一致的丝径。
材料在供给的过程中直径不是完全不变的，当丝径有变化时，就会造成沉积材料的过剩或者不足。
5.丝材截面配置形式引起的空洞缺陷堆积出的三维模型的内部结构特性主要取决于快速制件空隙区域或丝料黏结的横截面环形区域的密度。
低成本SLS快速成型系统
低程度和防止翘 曲变形， 工作 台面粉末 和送料装置
应事先进行预热。前者预热温度一般在材料的软化 和熔点温度之下［， 】而送料装置则以保持使粉末能 】 够 自由流动和便于辊子铺开为宜 另外， 在成型过程
基 金项目 ： 湖北省 自 科学 基金资助项 目（ｏｏ１５ ， 然 ２ｏｊ３ ）国家 ６” ８３计
快速 成 型 选择 性激 光烧 结 （ｔ ） 低成 本 ｓｓ
中国分类 号
１ 前 言
Ｔ ４０ Ｇ ３
ＳＳ Ｌ 成型过程示意圈如图 ｌ 所示 ，主要 由激光
器 、 光 光路 系统 、 激 扫描 镜 、 作 台 、 工 送料 装 置 、 粉 铺
ＳＳ Ｌ 成型过程不 同于其他快速成 型方法 ，其最 突出的优点是烧结材料的选择范围很广 ，石蜡 、 塑
划资助项 目（６ － １－ ２ － ） ８ ３ ５ １ ９ Ｏ Ｏ Ｏ Ｌ
收 稿 日期 ：Ｏ ｌ０ — ３ ２ Ｏ 一 ９ ２
作者简 介： 史玉升 ． ０ ． 男 ４ 岁 博士 主攻快速成型技 术研究
圈 Ｉ ＨＲ Ｓ Ⅲ 系统 原 理 示 意 图 Ｐ一
有聚氨酯的柔性轴 ４ 另一根为刚性轴 ３ 柔性轴在 ， ． 上 Ｉ 冈 胜轴在下 ， 所有机器动作全部采用三相异步 电 机驱动。其工作原理如下。 电机 １ 通电 ， ２ 使得偏心轴 ８ 转动 ， 通过连杆带 动杠杆机构， 使摇臂 ｌ 在垂直面上产生运动， 从而推 动刚性轴 ３向上运动与柔性轴 ４接触 ，调整刚性轴 的位置到使压人聚氨酯的深度恰当， 电机制动 ， 锁住
中 的翘 曲变形
（） ８机身与机壳 ： 给整个陕速成型 系统提供机械
支撑 和所需的工作环境 。 ３ 计算机控制系统 ． ２
影响SLS快速成型精度因素的试验研究
现 形式 如 尺寸 、 面粗 糙 度等进行 分析 ， 求 减小误 表 寻
差 的方 法 。
模 型 数 据 处 理 误 差 是 在 ０ 模 型 进 行 离 散 化 的 过 程 中 ， 些 信 息 丢 失 造 成 的 ， 括 模 型 误 差 和 切 一 包 片 误 差 。 模 型 误 差 包 括 ＣＡ ］造 型 误 差 和 由 Ｓ Ｊ ＴＬ 文 件 近 似 拟 合 三 维 曲 面 造 成 的误 差 。 分 层 切 片 误 差 是 由 Ｓ ＬＳ 的 叠 层 制 造 原 理 造 成 的 】 。 模 型数 据处理 误差 的解决 主要 依赖 于计算 机软 件 的发展 ， ： 采 用高 质量 的造 型软件 ； 开 发 、 如 ① ② 完 善 Ｓ ＴＬ 格 式 文 件 缺 陷 的 自 动 诊 断 和 修 复 软 件 ； 为 ③ 减少或 消除数 据转 换产 生 的误 差 ， 发 出 能够 直 接 开 从 Ｃ ＡＤ 模 型 获 取 成 型 机 所 能 接 受 的 轮 廓 ｌ ８期 总 第 １ ２ ７ 期 ２０ ０ ８年 ９月
内 蒙 古 科 技 与 经 济
Ｉ ｎ ｒＭ ｏ ｇ ｌ ｃ ｎ ｅＴｅ ｈ ｏｏ ｙ ＆ Ｅ ｏ ｏ ｎｅ ｎ ｏｉ Ｓ ｉ ｃ ａ ｅ ｃ ｎ ｌｇ ｃ ｎ ｍｙ
Ｎｏ． ８，ｔ ７２ ｈ ｉｓ ｅ １ ｈｅ １ ｔ ｓ ｕ
摘 要 ： 对 影 响 快 速 成 型 制 件 表 面 粗 糙 度 和 尺 寸 精 度 的 工 艺参 数 。 计 并 进 行 了三 因 素 和 三 水 平 针 设 正 交试 验 ； 制 件 表 面粗 糙 度 和 收 缩 为 测 量 指 标 ， 用 方 差 分 析 方 法 。 得 了 聚 苯 乙烯 材 料 激 光 选 区烧 以 利 获 结 的各 工 艺 参 数 的 影 响 规 律 以 及 最 佳 工 艺参 数 组 合 ； 该 快 速 成 型 系统 生 产 出 高 质 量 的 产 品 发 挥 了 重 为
浅谈快速成型一次转换法和二次转换法
浅谈快速成型一次转换法和二次转换法一次转制法主要是指由快速成型技术如SLS激光快速成型法、FDM法、LOM法、SLA 法等。
提供的原型作为母模，可直接与普通砂型铸造、熔模铸造、消失模铸造与真空铸造等铸造工艺结合，制造快速模型和金属零件。
由于从原型到金属零件要经过一次转化，故称一次转制法。
该类工艺方法一般用于单件、小批量零件生产。
普通砂型铸造用模样的快速成型在制作砂型铸造用模样时，还将铸造工艺专用软件与快速成形技术相结合。
首先用铸造工艺专用软件在为欲制作的零件加上加工余量、起模斜度、铸造圆角等。
将有关数据一起送入快速成形机中即可自动制作出所需零件的模样。
制成的模样可以用来拼装模板，也可以代替传统木模用于手工砂型铸造，过大的模样可以分段制作后再组合。
精密铸造用熔模的快速成形几乎所有的快速成形技术制作的原型都可以作为熔模铸造的熔失模,快速成型SLA成形材料是丙烯酸脂或环氧树脂等热固性光敏树脂。
这些材料只能烧失掉，不能加热熔化。
所以成形树脂模样外涂覆陶瓷耐火材料后焙烧，将模样烧掉而剩下陶瓷壳体，将型壳加入背砂浇注金属液，冷却后即可得金属件，该法制作的制件表面光洁。
SLA制作的模样最初并不能用于熔模铸造生产。
这是由于树脂聚合物模样在结壳后脱模燃烧时的膨胀会导致型壳破裂。
二次转制法主要是指由快速成型技术提供的原型作母模，可浇注蜡、硅橡胶、环氧树脂、聚氨脂等软材料，构成软模具，再用软模具与熔模铸造、陶瓷型铸造、石膏型铸造和涂料转移法精密铸造等铸造工艺结合，制造金属零件。
由于从原型到金属零件要经过二次或二次以上工艺转化，故称二次转制法。
该类工艺方法一般用于批量零件制造。
该技术的关键是原型翻制软模具的尺寸精度和表面粗糙度的保证及模具的定位。
本文由湖南华曙高科手板模型小编整理完成。
选择性激光烧结技术
选择性激光烧结技术
佚名
【期刊名称】《军民两用技术与产品》
【年(卷),期】2014(0)5
【摘要】一、项目概述湖南华曙高科技有限责任公司（简称＂华曙高科＂）开发的选择性激光烧结（SLS）工艺成型过程是：将材料粉末铺洒在已成型零件的上表面,并刮平;用高强度CO2激光器在铺洒的新层上扫描出零件截面;材料粉末在高强度激光照射下烧结在一起,得到零件的截面,并与下面已成型部分粘接;当一层截面烧结完成后,再铺上新的一层材料粉末,选择性地烧结下层截面。
其原理是预先在工作台上铺洒粉末材料,激光在计算机控制下,按照界面轮廓信息,对粉末进行选择性烧结,然后不断循环,层层堆积成型。
【总页数】1页(P26-26)
【关键词】选择性激光烧结技术;粉末材料;成型零件;CO2激光器;计算机控制;选择性烧结;成型过程;激光照射
【正文语种】中文
【中图分类】TS65
【相关文献】
1.选择性激光烧结技术原材料及技术发展研究 [J], 杨洁;王庆顺;关鹤
2.选择性激光烧结技术在汽车空调试验领域的应用 [J], 周旭;岳双成
3.问：激光选择性烧结的特点是什么？应用激光选择性烧结技术对纳米粉末进行烧结其效果如何？ [J], 艾华
4.选择性激光烧结技术的应用及其烧结件后处理研究进展 [J], 吴芬;邹义冬;林文松
5.间接选择性激光烧结与选择性激光熔化对比研究 [J], 鲁中良;史玉升;刘锦辉;陈英;黄树槐
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sls技术的原理特点及应用领域
SLS技术的原理特点及应用领域1. SLS技术简介SLS（Selective Laser Sintering）技术是一种快速成型技术，也被称为激光烧结成型技术。
它是一种使用激光将粉末材料烧结层层堆积而成三维实体的造型方法。
SLS技术最早由德国的D.S. Hilbert在1980年代初提出，并在随后的几十年中得到了广泛的应用和发展。
2. SLS技术的原理SLS技术的工作原理可以概括为以下几个步骤：2.1. 材料选择SLS技术通常采用粉末状材料，如塑料、金属、陶瓷等。
选择合适的材料对于SLS技术的成功应用至关重要。
2.2. 粉末层压首先，将一层薄薄的粉末材料均匀地铺在工作台上，形成一个粉末层。
2.3. 激光烧结接下来，激光束被聚焦到粉末层上的特定位置。
激光的能量会将粉末材料局部加热，使其熔融并与下层粉末粒子结合。
2.4. 层层堆积一旦一层材料烧结完成，工作台会下降一层，形成新的粉末层。
再次进行激光烧结，直到整个模型被逐层堆积完成。
2.5. 后处理打印成品完成后，需要进行后处理来去除未烧结的粉末并进行粗糙表面的处理。
3. SLS技术的特点SLS技术具有以下几个显著的特点：•无需支撑结构: SLS技术是一种自支撑的打印技术，不需要使用支撑结构来支持打印物体，这使得SLS技术在制造复杂形状物体时更具优势。
•材料多样性: SLS技术可以使用多种材料进行打印，包括塑料、金属、陶瓷等。
这种灵活性使得SLS技术适用于各种不同的应用领域。
•高精度: SLS技术的打印精度较高，可以制造出精细的细节和复杂的结构。
•快速制造: SLS技术可以快速制造出物体，相比传统制造方法，节约了大量的时间和成本。
•无需模具: SLS技术可以直接从计算机辅助设计（CAD）模型进行打印，无需制作模具，节省了制模的时间和费用。
4. SLS技术的应用领域SLS技术具有广泛的应用领域，包括但不限于以下几个方面：4.1. 制造业SLS技术在制造业中得到了广泛的应用。
SLS技术的成形工艺原理
SLS技术的成形工艺原理SLS（Selective Laser Sintering）即选择性激光烧结技术，是一种增材制造（Additive Manufacturing）的成形工艺。
它通过激光烧结聚合物或金属粉末，逐层堆叠形成三维实体物体。
以下是SLS技术的成形工艺原理的详细解释。
1.前期准备：在SLS技术开始之前，需要进行一系列的前期准备工作。
首先，设计师使用计算机辅助设计（CAD）软件创建三维模型。
然后，将模型转化为三维打印机可读取的STL文件格式。
接下来，将所需材料（聚合物或金属粉末）装载到SLS设备的粉末供料系统中，并确定打印参数，如温度、激光功率等。
2.激光扫描：SLS技术使用一束高能激光来瞄准并烧结粉末材料。
首先，工作台下降一层厚度，使其与打印平台上的一层粉末分离。
然后，激光器在工作区域内进行高速扫描，根据前期准备中的STL文件，将激光束逐点照射到工作区域粉末层上的目标位置。
3.材料烧结：当激光作用于目标位置时，粉末颗粒受热并瞬间熔化。
这种瞬时的高温使粉末材料粘结在一起形成固体结构。
这个过程被称为烧结。
烧结后，激光在目标位置上闪烁一段时间，使固体化的部分得到更充分的熔融。
4.补充粉末：完成激光扫描和烧结后，工作台再次下降一层厚度，以便为下一层打印粉末腾出空间。
然后，粉末供料系统启动，将新的一层粉末覆盖在上一层已烧结的部分上。
这个补充的粉末层将成为下一层产品的底部。
5.重复上述步骤：上述过程循环重复，直到打印的产品完全成型。
每次循环，工作台下降一个薄层的厚度，激光扫描并烧结新的一层粉末。
这个过程将逐渐堆叠形成一个完整的三维物体。
6.等待冷却与后处理：打印完成后，待打印物品冷却一段时间，以确保其达到足够的硬度和稳定性。
然后，将产品从打印平台上取下。
在一些情况下，打印物可能需要进行一些后处理步骤，例如去除未粘结的粉末，热处理或表面处理。
总结：SLS技术利用激光烧结粉末材料来逐层堆叠形成三维实体物体。
湖南SLS激光快速成型工艺的后处理
湖南SLS激光快速成型工艺的后处理从RP系统上取下的原型往往需要进行剥离，以便去除废料和支撑结构，有的还需要进行后固化、修补、打磨和表面强化处理等，这些工序统称为后处理。
湖南SLS激光快速成型华曙高科举例如，SLA 成形件需置于大功率紫外箱（炉）中进一步的内腔固化；SLS 成形件的金属半成品需要置于加热炉中烧除黏结剂、烧结金属粉和渗铜；3DP 和SLS 的陶瓷成形件也需置于加热炉中烧除黏结剂、烧结陶瓷粉。
此外，制件可能在表面状况或机械强度等方面还不能完全满足最终产品的需要。
例如，制件的表面不够光滑，其曲面上存在因分层制造引起的小台阶，以及因STL 格式化而造成的小缺陷；制件的薄壁和某些小特征（如孤立的小柱、薄筋）强度、刚度不足；制件的某些尺寸、形状还不够精确；制件的耐温性、耐湿性、耐磨性、导电性、导热性和表面硬度不够满意；制件表面的颜色不符合产品的要求等。
因此，在RP 之后，一般都必须对制件进行适当的后处理。
其中，修补、打磨和抛光是为了提高表面的精度，使表面光洁；表面涂覆是为了改变表面的颜色，提高强度、刚度和其他性能。
湖南SLS激光快速成型工艺的后处理过程如下：1、制件清理制件清理是将成型件附着的未烧结粉末与制件分离，露出制件真实烧结表面的过程。
制件清理是一项细致的工作，操作不当会对制件质量产生影响。
大部分附着在制件表面的敷粉可采用毛刷刷掉，附着较紧或细节特征处应仔细剔除。
制件清理过程在整个成型过程中是很重要的，为保证原型的完整和美观，要求工作人员熟悉原型并有一定的技巧。
2、后处理为了使烧结件在表面状况或机械强度等方面具备某些功能性需求，保证其尺寸稳定性、精度等方面的要求，需要对烧结件进行相应的后处理；对于具有最终使用性功能要求的原型制件，通常采取渗树脂的方法对其进行强化；而用作熔模铸造型芯的制件，通过渗蜡来提高表面光洁度和强度。
另外，湖南SLS激光快速成型华曙高科提出，若存在原型件表面不够光滑，其曲面上存在因分层制造引起的小台阶，以及因格式化而可能造成的小缺陷、原型的薄壁和某些小特征结构（如孤立的小柱、薄筋）可能强度、刚度不足；原型的某些尺寸、形状还不够精确；制件表面的颜色可能不符合产品的要求等问题时，通常需要采用修整、打磨、抛光和表面涂覆等后处理工艺。
sls技术的成型原理
SLS（Selective Laser Sintering）技术是一种增材制造（AM）技术，其成型原理基于激光束在粉末层上的选择性扫描和逐层烧结。
首先，SLS技术使用粉末材料作为原料，通常为金属粉末或塑料粉末。
在打印过程中，粉末被铺放在打印平台上，形成一层薄薄的粉末层。
接下来，激光束被投射到粉末层上。
激光束的功率密度和扫描速度可以根据需要进行调整，以控制烧结的深度和速度。
当激光束扫描到粉末层时，粉末颗粒之间的温度会迅速升高，达到熔点或软化点。
在激光束的作用下，粉末颗粒之间的连接形成烧结区域。
这些烧结区域会形成三维结构，并逐渐累积形成最终的打印对象。
在每一层烧结完成后，打印平台会下降一定距离，以便在下一层上铺设新的粉末层。
然后，新的激光束会再次扫描该层，进行下一层的烧结。
这个过程会重复进行，直到整个打印对象被制造完成。
需要注意的是，SLS技术的成型原理涉及到多个因素，如激光功率密度、扫描速度、粉末粒度、粉末成分等。
这些因素都会影响打印对象的精度、强度和表面质量。
因此，在实际应用中，需要根据具体需求和材料特性进行参数调整和优化。
此外，SLS技术还可以与其他增材制造技术结合使用，如SLA（光固化）、FDM（熔融沉积成型）等。
这些技术的结合可以进一步提高打印对象的精度、复杂性和功能性。
激光快速成型技术
在可持续发展理念的推动下，激光快速成型技术 将更加注重环保和资源循环利用，降低能耗和减 少废弃物排放。
创新与发展
未来，激光快速成型技术将继续创新和发展，与 其他先进制造技术相结合，推动制造业的转型升 级和高质量发展。
05
激光快速成型技术的实 际应用案例
产品原型制作
快速原型制作
01
通过激光快速成型技术，可以在短时间内制作出产品原型，缩
快速性
与传统加工方法相比，激光快速 成型技术能够大大缩短制造周期， 提高生产效率。
灵活性
激光快速成型技术能够制造出各 种形状和结构的零件，适用于复 杂零件的制造。
定义
激光快速成型技术是一种基于数 字模型文件和激光束的高效、高 精度制造技术，能够快速制造出 复杂的三维实体。
材料广泛性
激光快速成型技术可以应用于各 种材料，包括塑料、金属、陶瓷 等。
短了产品开发周期，降低了开发成本。
优化设计流程
02
通过制作原型，设计师可以在早期阶段发现设计中的问题并进
行改进，提高了设计效率。
降低生产风险
03
在产品正式生产前制作原型，可以减少因设计错误导致的生产
风险和成本损失。
定制化产品生产
01
02
03
个性化定制
激光快速成型技术可以根 据客户需求定制个性化产 品，满足消费者对个性化 的需求。
小批量生产
对于一些小批量、高附加 值的产品，激光快速成型 技术可以快速实现生产， 降低生产成本。
定制化服务
在服务行业，激光快速成 型技术可以用于定制化服 务，例如为客户定制饰品、 模型等。
生物医学领域应用
生物材料研究
激光快速成型技术可用于生物材料的 研究，例如用于制作生物组织的模型， 以便更好地了解其结构和功能。