激光选区烧结
关于激光选区烧结成型精度影响因素的研究-
关于激光选区烧结成型精度影响因素的研究*激光选区烧结（SLS）是一种重要的快速成型技术，利用激光照射粉末实现工件的加工固化。
文章对激光选区烧结成型精度的影响因素进行了介绍，主要包括粉末颗粒形状、成型缸结构和扫描方式等因素。
通过对比分析，给出了各个因素的优缺点和适用情况。
标签：激光选区烧结；成型精度；粉末形状；成型缸；扫描方式快速原型（也称快速成型）技术是近些年发展起来的一种新型快速制造技术，它借助计算机、激光、精密传动和数控等现代化手段，将计算机辅助设计制造相互结合，达到迅速生产产品模型或样件的目的。
其中，粉末激光烧结快速成型SLS（Selected Laser Sintering）是快速原型制造技术一种重要的变现形式。
通过激光照射，有选择的将可溶化粘结的固体粉末烧结成型并层层叠加，最终形成工件实体。
其主要工艺过程分为前处理，叠层制造以及后处理三个阶段，由于前处理阶段主要由CAD建模、模型切片等部分组成，不同工艺方法大同小异，故本部分将主要集中于叠层制造与后处理阶段的对比分析，来研究影响成型精度的因素。
1 粉末颗粒对铺粉效果的影响粉末颗粒的粒径大小和颗粒形状是决定最小铺粉厚度的主要因素，而铺粉厚度对原型制件精度有很大影响，目前常见的颗粒形状主要有球形细颗粒，球形粗颗粒和角形颗粒三种。
经研究对比发现球形颗粒比角形颗粒流动性好，球形细颗粒比球形粗颗粒流动性好。
角形颗粒铺粉后的均匀性从宏观上看明显比球形颗粒的均匀性差，这是由于角形颗粒内摩擦角较大，颗粒与颗粒之间的相互作用力大，容易产生整体推动现象，铺粉时在平面上发生滑动；而圆形颗粒之间相互作用力小，铺粉相对较均匀[1]。
2 成型缸结构对比分析2.1 双缸铺粉双缸铺粉方式采用的是一个供料缸和一个成型缸，当激光器根据模型截面信息扫描烧结完一层之后，成型缸下降一个层厚，供料缸上升一个层厚，铺粉辊将粉末材料从供料缸里推向成型缸，铺粉完毕后返回到零位，完成一次铺粉需一个来回。
选择性激光烧结
选择性激光烧结◆激光选区烧结法（SLS）SLS法采用红外激光器作能源，使用的造型材料多为粉末材料。
加工时，首先将粉末预热到稍低于其熔点的温度，然后在刮平棍子的作用下将粉末铺平；激光束在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择地烧结，一层完成后再进行下一层烧结，全部烧结完后去掉多余的粉末，则就可以得到一烧结好的零件。
目前成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉，用金属粉或陶瓷粉进行烧结的工艺还在研究之中。
在成型的过程中因为是把粉末烧结，所以工作中会有很多的粉状物体污染办公空间，一般设备要有单独的办公室放置。
另外成型后的产品是一个实体，一般不能直接装配进行性能验证。
另外产品存储时间过长后会因为内应力释放而变形。
对容易发生变形的地方设计支撑，表面质量一般。
生产效率较高，运营成本较高，设备费用较贵。
能耗通常在8000瓦以上。
材料利用率约100%。
选择性激光烧结(SLS)－－材料广泛的快速成型工艺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。
SLS工艺是利用粉末状材料成形的。
将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面。
SLS工艺最大的优点在于选材较为广泛，如尼龙、蜡、ABS、树脂裹覆砂（覆膜砂）、聚碳酸脂（poly carbonates）、金属和陶瓷粉末等都可以作为烧结对象。
粉床上未被烧结部分成为烧结部分的支撑结构，因而无需考虑支撑系统（硬件和软件）。
SLS工艺与铸造工艺的关系极为密切，如烧结的陶瓷型可作为铸造之型壳、型芯，蜡型可做蜡模，热塑性材料烧结的模型可做消失模。
3.3 选择性激光烧结法(SLS) 选择性激光烧结法又称为选区激光烧结。
它的原理是预先在工作台上铺一层粉末材料（金属粉末或非金属粉末），激光在计算机控制下，按照界面轮廓信息，对实心部分粉末进行烧结，然后不断循环，层层堆积成型。
激光选区烧结成型材料的研究和应用现状
激光选区烧结成型材料的研究和应用现状激光选区烧结（LaserSelectiveSoldering，简称LSS）是一种新型的焊接技术，它可以快速准确烧结微型电子元件，具有一个精度高、操作简单和控制柔性强的优点。
随着科技的发展，激光选区烧结技术在电子产品中的应用也越来越广泛。
本文将分析激光选区烧结电子材料的发展和研究状况，并就其在实际应用中的优缺点作出介绍。
第一部分介绍了激光选区烧结电子材料的发展历程及研究现状。
激光选区烧结是由一个可控制的激光源和热传导装置一起使用的一种新型的焊接技术。
它的工作原理是，在被烧结的电子元件表面，激光束会将部分区域迅速加热，使其熔化，形成一个可控制的熔接池，而另一部分区域则不会受到激光的影响，因此可以防止熔接区域的损伤。
自从三十年前被发明以来，激光选区烧结技术不断发展，现在已经成为一种实用、有效的焊接技术。
第二部分介绍了激光选区烧结电子材料在实际应用中的优势和局限。
相比传统的焊接技术，激光选区烧结技术具有以下优势：（1）烧结速度快，烧结更加准确；（2）焊点大小可控制，可以满足不同应用要求；（3）对电子元件的热损伤更小，能够保证元件的可靠性；（4）烧结时不会出现外焊，降低了焊接失败率；（5）操作简单，减少了操作人员的技术要求。
但是，该技术也存在一些不足，如：（1）其精度要求较高，不适合大型电子元件的焊接；（2）成本较高，不适合大规模生产；（3）对灰尘和气体的污染较大，不利于环保。
综上所述，激光选区烧结是一种新型的焊接技术，它可以实现快速、准确的烧结，具有精度高，操作简单，控制柔性强的优点，但也有一些不足。
未来将进一步提高技术精度，缩短烧结时间，减少污染，并把成本降至最低等方面进行研究，以更好地运用激光选区烧结技术，实现高效、质量更优的烧结制品。
(精选)激光选区烧结成形
从以上的分析中可知，Ec代表了材料的特征参 数，它们与粉体材料的孔隙率、吸收率、熔点、 粉末密度、颗粒尺寸以及形态有直接的关系。 而EMAX取决于激光功率和扫描速度。烧结宽度 和烧结深度随着激光功率的增强而增大，随着 扫描速度的增加而减小。
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成型件的翘曲变形分析
在SLS加工中，翘曲现象经常发生,如图2-5所 示。翘曲变形对成型精度影很大，造成很大的 尺寸、形位误差，甚至导致加工无法进行。
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最大辐照能量与激光功率成正比，与光束半径 和扫描速度成反比。在粉末烧结成型过程中， 当激光辐照能量低于某一临界能量值Ec时，粉 末虽然受热但仍保持原始粉末状态。当E>Ec 时，粉末颗粒的温度高于熔点，粉末熔化烧结， 当E=Ec时，上式为
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临界烧结点呈二次抛物线，因此，当激光沿X 方向以恒定速度扫描时，粉末烧结而形成的实 体形状近似图2-4中所示的黑色部分。对于一 种给定的材料，其具体的取值范围由激光功率 和扫描速度决定。
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SLS技术的研究现状
从SLS技术诞生到广泛应用于各个领域，二十 多年来，各国的SLS学者对SLS技术的成型工 艺、方法、材料、成型效率以及成型精度展开 了大量的理论和试验研究。
目前，这些研究主要集中在：3D systems公 司、DTM公司、EOS公司、东京大学、Sony 公司、香港理工大学以及国内的清华大学、西 安交通大学、南京航空航天大学、华中科技大 学、浙江大学和北京隆源自动成型系统有限公 司等。
18Biblioteka 激光器的激光束 采用的CO2气体激光器的激光束呈高斯分布， 如图2-2所示，激光束在材料表面的强度分布 表示为
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体现在截面位置的激光烧结示意图如图2-3所 示，深颜色部分表示激光强度光斑范围内粉末 表面和深度上的分布，同时也是熔化粉末的宽 度和深度。
激光选区烧结(修正)
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应用领域
应用领域
3.1 航空航天领域
在航空航天领域，激光选区烧结 技术被广泛应用于制造复杂的航 空部件和零件。由于这些部件和 零件的形状和结构往往非常特殊 ，传统的加工方法难以满足要求 ，而激光选区烧结技术可以轻松 地制造出这些复杂的形状和结构
3.2 医疗领域
在医疗领域，激光选 区烧结技术被广泛应 用于制造人工关节、 假肢等高精度医疗设 备。由于这些设备的 形状和结构需要高度 精确，传统的加工方 法往往不能满足要求 ，而激光选区烧结技 术可以制造出高度精 确的形状和结构
2.3 高效率
激光选区烧结技术的 另一个优点是生产效 率高。因为它是自动 化的，可以连续地进 行生产，而且不需要 传统的加工工具和模 具。这大大提高了生 产效率，降低了生产 成本
技术特点
技术特点
2.4 高度定制 化
激光选区烧结技术可 以根据客户的需求进 行定制化生产。这使 得该技术在满足个性 化需求方面具有很大 的优势
应用领域
应用领域
3.3 汽车领域
在汽车领域，激光选区烧结技术被广泛应用于制造汽车零部件。由于这些零部件的形状和 结构往往非常复杂，传统的加工方法难以满足要求，而激光选区烧结技术可以轻松地制造 出这些复杂的形状和结构。此外，激光选区烧结技术还可以用于制造汽车原型和概念车
应用领域
3.4 建筑领域
在建筑领域，激光选区烧结技术被广泛应用 于制造建筑模型和部件。由于这些模型和部 件的形状和结构往往非常复杂，传统的加工 方法难以满足要求，而激光选区烧结技术可 以轻松地制造出这些复杂的形状和结构。此 外，激光选区烧结技术还可以用于制造建筑 部件的原型和概念部件
、汽车、建筑等
下面将对激光选区烧结SLS 进行详细的介绍
第3章 选区激光烧结工艺及材料
3.4 成型材料
SLS技术是一种基于粉床的增材制造技术，以粉末作为成型 材料，所使用的成型材料十分广泛，从理论上讲，任何被激光加 热后能够在粉粒间形成原子间连接的粉末材料都可以作为SLS的 成型材料。但是粉末材料的特性对SLS制件的性能影响较大，其 中粒径、粒径分布及形状等最为重要。
Nantong Institute of Technology
造的原型; ➢ EOSINTM用于金属粉末的直接烧结，制造金属模具和金属零件; ➢ EOSINTS用于直接烧结树脂砂，制造复杂的铸造砂型和砂芯。
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3.1 概述
3D Systems iPro系列SLS
EOS FORMIGA P 110 激光粉末烧结系统
烧结过程中能量给予过程示意图
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3.2.1 成型原理
直接法
金属粉末为单一的金 属组元。直接法得到 的零件再经热等静压 烧结工艺处理，可使 零件的最终相对密度 达99.9%，但直接法 的主要缺点是工作速 度比较慢。
间接法
金属粉末实际上是一 种金属组元与有机粘 结剂的混合物，有机 粘结剂的含量约为 1%。烧结后的零件 孔隙率约达45%，强 度也不是很高，需要 进一步加工。
3.4.2 成型材料分类
工程塑料 聚苯乙烯
单分布球形粉末的正交堆积
单粉末堆积与复合粉末堆积
Nantong Institute of Technology
3.4.1 粉末特性
特性3 粉末颗粒形状
规则的球形粉末具有更好的流动性，铺粉效果更好，成型精度 比不规则粉末高。
不同制备方法的粉末形状
激光选区烧结成型材料的研究和应用现状
激光选区烧结成型材料的研究和应用现状激光选区烧结（LaserAssistedSelectiveSintering简称LASS是一种利用激光烧结粉末成形技术，它具有快速成形的优势，可以制造出精度高、表面光洁度好的形状复杂的三维零件。
激光选区烧结材料一般指通过激光烧结形成的金属、塑料和陶瓷等材料。
近年来，激光选区烧结技术在信息、电子、航空航天、机械、制药、化工、汽车、火力发电等领域发挥着重要作用。
它在航空航天、机械、电子制造领域应用最多。
首先，激光选区烧结在航空航天领域发挥着重要作用。
它可以用来制造航空航天发动机零件，如叶片、机壳、排气管等。
它的用途不仅限于制造发动机部件，还可以制造卫星的机壳、维修发动机和火箭发动机，以及电话卫星的控制装置。
另外，它还可以制造涡轮发动机的零件，如外壳、旋转部件和气动部件。
其次，激光选区烧结在机械制造领域也有重要应用。
它可以用来制造机械零件，如齿轮、轴承、螺丝和密封件等，以及汽车零部件，如发动机或变速器等。
此外，它还可以用来制造高精度的微型零件，如手表件、钟表件、汽车零部件等。
第三，激光选区烧结在电子制造领域也有重要应用。
它可以用来制造系统集成电路、半导体器件、多层电路板、复杂的晶体管和光电器件等。
此外，它还可以用来制造复杂的电子组件，如数据芯片和多层电路板等。
此外，激光选区烧结也在制药、化工、汽车、火力发电等领域发挥着重要作用。
它可以用来制造具有高精度的医疗仪器和药品零件，如注射器和药瓶等。
它还可以用来制造化工和汽车行业的零件，如塑料泵和汽车部件等。
从以上讨论可以看出，激光选区烧结技术已经发展成为一种被广泛应用的成形材料的制造技术，其应用面广泛，各行各业用上它，可以提高产品质量、降低成本。
然而，激光选区烧结技术也存在一些问题，比如烧结温度控制不是太精确、烧结过程中会产生烟尘等。
必须继续努力改进激光选区烧结技术，以满足不断发展的现代制造业的需要。
综上所述，激光选区烧结是一种有效且可靠的成形材料制造技术，它在航空航天、机械、电子制造和其他行业发挥着重要作用，在制造过程中能够提高效率，减少成本。
激光选区烧结成型材料的研究和应用现状
激光选区烧结成型材料的研究和应用现状随着科技的发展，激光被广泛应用于许多行业，其中之一是激光选区烧结成型材料。
激光选区烧结可以实现更精密和高效的成型，具有很强的可编程性和性能优越性。
激光选区烧结是利用激光束在材料表面引发热效应而产生的烧结现象。
激光辐照能量可以转化为热能，使表面材料超过区域熔点形成液态，并且形成均匀的表面液滴。
激光选区烧结的一个重要特点是它的可编程性，可以选择对一定区域的激光照射时间、光束强度和表面液滴的大小以及位置，从而实现多种形状的成型，包括改变厚度、形成凹槽和其他相关的形状，从而达到调制材料力学性能的目的。
激光选区烧结的另一个重要特点在于均熔点较低。
此外，较小尺寸的激光光斑可以为液滴再分割和增大控制，能快速实现3D形状。
相对于传统加工，激光选区烧结技术可以更快速、更有效地实现形状变化，不需要工件易损夹具和费时费力的模具更替，并且可以在几秒内实现形状变换。
此外，激光选区烧结还有一个重要的优势就是对环境的友好性。
这种技术能够避免传统烧结技术出现的烟尘、污染和伤害问题，它可以最大限度地减少无机物和有机物在烧结过程中释放出来的污染物，有效保护环境。
另外，激光选区烧结还可以改善材料的表面性能，因为它可以实现精确和局部的烧结，可以保持表面的光洁度和完整性，从而提升材料的性能。
激光选区烧结技术在近几年来得到了大量的应用，其中包括金属表面烧结、发射管的制作、硅的加工、塑料和橡胶的成型、金属塑料组合复合件的焊接以及精密件的加工等。
激光选区烧结技术可以满足更先进更精确的加工要求，不但可以改善材料的表面性能，而且可以改变材料的形状，从而满足特定的功能要求。
总的来说，激光选区烧结技术可以实现快速、简单、精确的加工，是一项具有很高科技含量的加工技术，可以满足传统加工技术无法实现的加工要求，而且可以改善加工过程对环境的污染。
因此，激光选区烧结技术是一种技术含量很高的成型技术，可以满足不同行业对精密和高效加工，具有广泛的应用前景。
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激光选区烧结
1 .工艺过程原理
激光选区烧结(Selected Laser Sintering , SLS )采用CO ：激光器对粉末材料(塑料粉、陶瓷与粘结剂的混合粉、金属与粘结剂的混合粉等)进行选择性烧结，是一种由离散点一层层堆积成三维实体的工艺方法，其工艺过程原理如图8 一7 所示，典型设备如美国DTM 公司的Sinterstation 一2500 型粉末材料激光烧结站。
激光选区烧结在开始加工之前，先将充有氮气的工作室升温，并保持在粉末的熔点以下。
成形时，送料筒上升，铺粉滚筒移动，先在工作平台上铺一层粉末材料，然后激光束在计算机控制下按照截面轮廓对实心部分所在的粉末进行烧结，使粉末熔化继而形成一层固体轮廓。
第一层烧结完成后，工作台下降一截面层的高度，再铺上一层粉末，进行下一层的烧结，如此循环，形成三维的原型零件。
最后经过5 ? 10h 冷却，即可从粉末缸中取出零件。
未经烧结的粉末能承托正在烧结的工件，当烧结工序完成后，取出零件，未经烧结的粉末基本可自动脱掉，并重复利用。
因此，SLS 工艺不需要建造支撑，事后也不要为清除支撑而烦恼。
2 . SLS 优缺点和应用范围
SLS 快速原型技术的优点是：
l )与其他工艺相比，能生产最硬的模具。
2 )可以采用多种原料，例如绝大多数工程用塑料、蜡、金属、陶瓷等。
3 )零件构建时间短，每小时高度可达到lin 。
4 )无需对零件进行后矫正。
5 )无需设计和构造支撑。
SLS 快速原型技术的缺点是：
l )在加工前，这种工艺仍须对整个截面进行扫描和烧结，加上要花近2h 的时间将粉末加热到熔点以下，当零件构建之后，还要用5 ? 10h 冷却，然后才能将零件从粉末缸中取出，成形时间较长。
2 )表面粗糙度受粉末颗粒大小及激光点的限制。
3 )零件的表面一般是多孔性的，在烧结陶瓷、金属与枯结剂的混合粉并得到原型零件后，为了使表面光滑，必须将它置于加热炉中，烧掉其中的枯结剂，并在孔隙中渗人填充物，其后处理较为复杂。
4 )需要对加工室不断充氮气以确保烧保结过程的安全性，加工的成本高。
5 )该工艺产生有毒气体，污染环境。
激光选区烧结工艺适合成形中小件，能直接得到塑料、陶瓷或金属零件，零件的翘曲变形比液态光固化成形工艺要小。
激光选区烧结快速原型工艺适合于产品设计的可视化表现和制作功能测试零件。
由于它可采用各种不同成分的金属粉末进行烧结，进行渗铜后置处理，因而其制成的产品可具有与金属零件相近的力学性能，故可用于制作EDM 电极、直接制造金属模以及进行小批量零件生产，激光选区烧结的最大优点是可选用多种材料.适合不同的用途。
所制作的原型产品具有较高的硬度，可进行功能试验。
作者：环保空调 。