激光选择性烧结技术综述
SLS工艺综述
目录1、SLS工艺的基本原理 (1)2、SLS工艺的特点 (1)3、SLS工艺过程 (2)1）高分子粉末材料烧结工艺 (2)2)金属零件间接烧结工艺 (3)3）金属零件直接烧结工艺 (3)4、影响SLS工艺成型精度的因素 (3)5、SLS工艺所选用的材料和设备 (4)1）SLS工艺所选用的材料 (4)2）SLS工艺设备 (4)6、SLS工艺的应用及发展趋势 (5)1）SLS工艺的应用 (5)2）SLS工艺的发展趋势 (5)综述SLS工艺1、SLS工艺的基本原理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采用铺粉棍将一层粉末材料平铺在已成型零件的上表面，并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度，控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉末上扫描，使粉末的温度升至熔化点，进行烧结，并与下面已成型的部分实现粘结。
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，进行新一层截面的烧结，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部分起着支撑作用，不必像SLA工艺那样另行生成支撑工艺结构。
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，以及一些发展中的材料等。
当实体构建完成并在原型部分充分冷却后，粉末快速上升至初始位置，将其取出，放置在后处理工作台上，用刷子刷去表面粉末，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）可采用多种材料。
从原理上来说，这种方法可采用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）制造工艺比较简单。
由于可用多种材料，选择性激光烧结工艺按采用的原料不同，可以直接生产复杂形状的原型、型腔模三维构件或部件及工具。
选择性激光烧结成型技术的工艺与应用
选择性激光烧结成型技术的工艺与应用第一篇：选择性激光烧结成型技术的工艺与应用选择性激光烧结成型技术的研究与应用摘要：介绍了选择性激光烧结成型技术的基本原理、工艺过程和特点，阐述了激光烧结技术的材料和设备的选择，列举了激光烧结技术在各个领域特别是模具制造领域的应用，并且分析了现有技术中存在的问题以及前景的展望。
关键词：快速成型；选择型激光烧结（SLS）；模具制造 1.引言快速原型技术（Rapid Prototyping，PR）是一种涉及多学科的新型综合制造技术。
它是借助计算机、激光、精密传动和数控技术等现代手段，根据在计算机上构造的三位模型，能在很短时间内直接制造产品模型或样品。
快速原型技术改善了设计过程中的人机交流，缩短了产品开发的周期，加快了产品的更新换代速度，降低了企业投资新产品的成本和风险。
选择性激光烧结机技术（Selective Laser Sintering，SLS）作为快速原型技术的常用工艺，是利用粉末材料在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成型。
与其他快速成型工艺相比，其最大的独特性是能够直接制作金属制品，而且其工艺比较简单、精度高、无需支撑结构、材料利用率高。
本文主要介绍选择型激光烧结成型技术的基本原理、工艺特点、材料设备选择以及应用等内容。
2.选择性激光烧结技术（SLS）2.1 选择性激光烧机技术（SLS）的基本原理和工艺过程选择性激光烧机技术（SLS）工艺是一种基于离散-堆积思想的加工过程，其成形过程可分为在计算机上的离散过程和在成形机上的堆积过程，简单描述如下：（1）离散过程。
首先用CAD软件，根据产品的要求设计出零件的三维模型，然后对三维模型进行表面网格处理，常用一系列相连三角形平面来逼近自由曲面，形成经过近似处理的三维CAD模型文件。
然后根据工艺要求，按一定的规则和精度要求，将CAD模型离散为一系列的单元，通常是由Z向离散为一系列层面，称之为切片。
然后将切片的轮廓线转化成激光的扫描轨迹。
第四章-选择性激光烧结成型工艺详解教学内容
第四章 选择性激光烧结成型工艺
1 选择性激光烧结工艺的基本原理和特点 2 选择性激光烧结快速成型材料及设备 3 选择性激光烧结工艺过程 4 高分子粉末烧结件的后处理 5 选择性激光烧结工艺参数
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第一节 选择性激光烧结工艺的基本原理和特点
1.选择性激光烧结工艺的基本原理
第二节 选择性激光烧结的材料及设备
表4-4 部分DuraForm系列粉末材料及性能
第二节 选择性激光烧结的材料及设备
表4-5 DTM公司开发的部分金属粉末及树脂砂材料及性能
第二节 选择性激光烧结的材料及设备
德国EOS公司开发的系列粉末烧结材料:
粉末烧结快速成型设备著名开发商德国EOS公司也开发了系列粉末烧结材料，其型号及性 能等如表4-6所示。
用于SLS工艺的材料是 各类粉末，包括金属、陶瓷、 石蜡以及聚合物的粉末，工 程上一般采用粒度的大小来 划分颗粒等级，如右表所示。 SLS工艺采用的粉末粒度一 般在50～125µm之间。
表4-1 工程上粉体的等级及相应的粒度范围
第二节 选择性激光烧结的材料及设备
间接SLS用的复合粉末通常有两种混合形式：
第二节 选择性激光烧结的材料及设备
（1）硬件方面
扫描系统 激光器
采用国际著名公司的振镜式动态聚焦系统，具有高速度和高精度的特 点
采用美国CO2激光器，具有稳定性好、可靠性高、模式好、寿命长、 功率稳定、可更换气体、性能价格比高等特点，并配以全封闭恒温水 循环冷却系统
新型送粉系统 可使烧结辅助时间大大减少
表4-6 EOS公司开发的部分粉末材料及性能
第二节 选择性激光烧结的材料及设备
国内开发的SLS材料：
国内几家主要快速成型技术研究单位研制的成型材料见表4-7。 表4-7 国内各单位开发的SLS用成型材料
选择性激光烧结技术讨论
选择性激光烧结技术讨论选择性激光烧结技术讨论1.选择性激光烧结技术（SLS）的发展现状⽬前RP技术的快速成型⼯艺⽅法有⼗多种，主要有：⽴体光固造型（⽴体印刷）SLA；选择性激光烧结SLS；叠层技术LOM；熔融沉积造型FDM ，三维印刷3D-P。
选择性激光烧结技术（Selective Laser Sintering）是发展最快，最为成功且已经商业化的RP⽅法之⼀，采⽤该技术不仅可以制造出精确的模型，还可以成型具有可靠结构的⾦属零件作为直接功能件使⽤。
由于其具有诸多优点，如粉末选材⼴泛、适⽤性，可直接烧结零件等，因此在现代制造中受到越来越⼴泛的重视。
SLS技术最初是由美国德克萨斯⼤学奥斯汀分校于1989年提出的。
后来美国DTM公司于1992年推出该⼯艺的商品化⽣产设备。
⼏⼗年来，奥斯汀分校和DTM公司在SLS领域做了⼤量研究⼯作，在设备研制和⼯艺、材料开发上取得了丰硕的成果。
德国的EOS公司在这⼀领域也做了很多研究⼯作，并开发了相应的系列成型设备。
在国内，很多单位进⾏了SLS的相关研究⼯作，如华中科技⼤学、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有限公司等也取得了许多重⼤成果。
如北京隆源⾃动成型有限公司开发的AFS-300激光快速成型的商品化设备。
如果从烧结⽤材料的特性来划分，选择性激光技术的发展可分为两个阶段：⼀是⽤SLS技术烧结低熔点的材料来制造原型。
⽬前的烧结设备和⼯艺⼤多处于这⼀阶段。
所使⽤的材料是塑料、尼龙、⾦属或者陶瓷的包⾐粉末）（或于聚合物的混合物）；⼆是⽤SLS技术直接烧结⾼熔点的材料来制造零件2. 选择性激光烧结技术的研究内容选择性激光烧结(Selective Laser Sintering)是20世纪80年代末出现的⼀种快速成型新⼯艺—利⽤激光束烧结粉末材料分层加⼯制造技术。
零件的三维描述被转化为⼀整套切⽚，每个切⽚描述确定⾼度的零件横截⾯。
采⽤激光束对粉末状的成型材料进⾏分层扫描，受到激光束照射的粉末被烧结。
选择性激光烧结快速成形技术
选择性激光烧结快速成形技术摘要：选择性激光烧结快速成形(Selective Laser Sintering Rapid Prototyping)技术使用固体粉末材料，该材料在激光的照射下，能吸收能量。
发生熔融固化，从而完成层信息的成型。
这种方法适用的材料范围广(适用于聚合物、铸造用蜡、金属或陶瓷粉末)，特别是在金属和陶瓷材料的成型方面具有独特的优点，有着制造工艺简单，柔性度高、材料选择范围广、材料价格便宜，成本低、材料利用率高，成型速度快等特点。
本文就SLS的原理，优点，以及使用材料的发展做了简要概括，并对金属粉末的进行了重点讨论。
关键字：SLS，原理，材料，金属粉末目录前言 (1)1 选择性激光烧结快速成形技术的应用 (1)2 选择性激光烧结快速成形技术原理 (2)2.1 基本工作原理 (2)2.2 SLS快速成形技术工艺流程 (4)2.3 SLS烧结机理 (4)3SLS技术的特点 (5)4 中北大学SLS方面的成果 (6)5 选择性激光烧结用原材料 (6)5.1 金属材料 (7)5.2 聚合物材料 (8)5.3 陶瓷材料 (8)5.4 新型SLS原料的研制-木塑复合材料 (8)6 金属粉末选择性激光烧结(SLS)技术 (8)6.1 间接法 (9)6.2 直接法 (10)6.3 金属粉末SLS存在的问题 (11)6.4 金属粉末SLS发展趋势 (12)总结 (12)参考文献 (14)前言选择性激光烧结快速成形(Selective Laser Sintering Rapid Prototyping)技术(简称SLS技术)1989年由美国C.R Decard申请专利，DTM公司推向市场，之后因为具有成型材料选择范围宽、应用领域广的突出优点，得到了迅速的发展，受到越来越多的重视。
选择性激光烧结(SLS)也可被称为选区激光烧结，它跟其它的快速成型工艺一样，加工原理也是离散-堆积成型原理。
其以Nd:YAG或CO2激光发射器为加工能源，利用计算机来控制激光束对加工材料（包括高分子材料、金属粉末、预合金粉末材料及纳米材料等）按设定的速度并调整合适的激光能量密度并根据切片截面轮廓的二维数据信息进行烧结，层层堆积，全部烧结完后去掉周围多余的粉末, 再对烧结件进行打磨、烘干等一系列后处理操作便可以获得零件。
选择性激光烧结技术的研究现状与展望
选择性激光烧结技术的研究现状与展望【摘要】选择『生激光加工是20世纪80年代末出现的一种新的快速成型工艺，它利用激光束烧结粉末材料制造原型，具有原料广泛、制作工艺简单、周期短等特点，在诸多领域得到了广泛的应用。
介绍了选择性激光烧结技术的原理、特点及实际应用，综述了选择}生激光烧结技术发展状况、存在的问题及研究热点。
键词：快速成形；选择性激光烧结；综述1引言20世纪90年代开始，随着世界经济竞争的日益激烈化和全球化，产品制造商们越来越需要以最短的时间制造出符合人们消费需求的新产品来抢占市场。
20世纪80年代末出现的快速成型(Rapid Prototyping，简称RP)就是在这样的背景下提出并逐步得以发展的。
RP技术是一种逐层零件制造工艺，它突破传统的材料变形成型和去除材料成型的工艺方法，使用近乎全自动化的工艺从CAD文件直接生产所需要的模型或模具，可以显著减少产品原型的开发时间和成本，极大的提高产品的质量，另外，RP制造过程中不需要任何传统意义上的工装夹具、刀具或模具即可制造出任何复杂形状的零部件。
因此。
RP技术在现代制造业巾越来越具有竞争力，有望成为21世纪的的主流制造技术。
目前典型的快速成型的方法有：光固化立体造型SLA(StereoLithography Apparatus)、分层物件制作LOM(Laminated ObjectManufacturing)、选择性激光烧结SIS(Selective LArSintering)和熔融沉积造型FDM(Fused Deposition Modeling)等。
各种RP方法具有其自身的特点和适用范围。
由于SIS工艺具有粉末选材广泛、适用性广、制造工艺比较简单、成形精度高、无需支撑结构、可直接烧结零件等诸多优点，在现代制造业得到越来越广泛的重视。
主要综述SIS技术的工艺原理、实际应用、发展历程和现状。
2 SLS技术的原理选择性激光加工(SLS)又称选区激光烧结是以C02激光器为能源，利用计算机控制红外激光束对非金属粉末、金属粉末或复合物的粉末薄层，以一定的速度和能龟密度按分层面的二维数据进行扣描烧结，层层堆积，最后形成成形件。
第四章 选择性激光烧结SLS
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结后去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干等处理便获得 原型或零件。选域激光烧结技术造型速度快，—般制品， 仅需1—2天即可完成。
二、工艺原理
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其工艺过程是，用红外线板将粉末材料加热至恰好低于 烧结点的某一温度，然后用计算机控制激光束，按原型 或零件的截面形状扫描平台上的粉末材料，使其受热熔 化或烧结。继而平台下降一个层厚，用热辊将粉末材料 均匀地分布在前一个烧结层上，再用激光烧结。如此反
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（b）图（ h< β ，但h> ε(ε为激光束半径)） 当h< β ，但h> ε(ε为激光束半径) 时，扫描线大部分重叠。此时相邻区 域的激光能量可以使该区域的粉末烧 结但此时激光总能量的分布呈现波峰 波谷，能量分布不均匀，使得扮未的 烧结深度不一致，烧结的零件密度也 不均匀。
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（c）图（ h< ε） 当h< ε时；扫描线的激光能量叠 加后，分布基本上是均匀的，此 时粉末烧结深度一致，烧结的零 件密度均匀。
六、工艺步骤
1、粉末原料的烧结工艺 2、烧结件的后处理
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1、粉末原料的烧结工艺
（1）金属粉末的烧结 用于选域激光烧结的金属粉末主要有三种：单一金属粉 末、金属混合粉、金属粉加有机物粉末等。相应地，金 属粉末的选域激光烧结也有三种方法。 a. 单一成分金属粉末的烧结 例如铁粉。先将铁粉预热到一定温度，再用激光束扫 描、烧结。烧结好的制件经热等静压处理，可使最后零 件的相对密度达到99．9%。
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陶瓷粉末的烧结也选用Nd：YAG激光器。塑料粉末如聚 碳酸酯的烧结可用C02激光器，因为聚碳酸酯在5.0—11.0 μm波长范围内具有很高的吸收率。
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（2） 激光功率密度和扫描速度 激光功率密度由激光功率和光斑大小决定。在固态粉末 选域激光烧结中，激光功率密度和扫描速度决定了激光 能对粉末的加热温度和时间。 a.如果激光功率密度低而扫描速度快 粉末不能烧结，制造出的原型或零件强度低或根本不能 成型。 b.如果激光功率密度太高而扫描速度又很低 会引起粉末汽化，烧结密度不仅不会增加，还会使烧结 表而凹凸不平，影响颗粒之间、层与层之间的连结。
第5章 选择性激光烧结成形技术
SLS系统的工艺原理和基本组成
SLS系统基本 组成： C02激光器、 光学系统、粉 料送进与回收 系统、升降机 构、工作台、 构造室等。
Surface Finish: The surface of an SLS® part is powdery, like the base material whose particles are fused together without complete melting. The smoother surface of an SLA part typically wins over SLS® when an appearance model is desired. In general, SLA is a better process where fine, accurate detail is required. However, a varnish-like coating can be applied to SLS® parts to seal and strengthen them. Varnish n.清漆, 凡立水, 光泽面, 掩饰 v.修饰
Material Properties: The SLA (stereolithography) process is limited to photosensitive resins which are typically brittle. The SLS® process can utilize polymer powders that, when sintered, approximate thermoplastics quite well.
逆向工程与快速成形技术 Reverse Engineering and Rapid Prototype Technology
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SLS已应用的领域
SLS应用实例
快速原型制造：SLS工艺可快速制造所没计零件的原形，并对产品及时进行评价、修正以
提高设计质量；可使客户获得直观的零件模型；能制造教学、试验用复杂模型。 新型材料的制备及研发：利用SLS工艺可以开发一些新型的颗粒以增强复合材料和硬质合
金。
快速模具和工具制造：SLS制造的零件可直接作为模具使用，如熔模铸造、砂型铸造、注 塑模型、高精度形状复杂的金属模型等；也可以将成形件经后处理后作为功能零件使用。
五、SLS的工艺流程及设备Βιβλιοθήκη 三维建模& 反求工程
生成STL 文件
成型
产品
后处理
工艺流程
分层参数如分层 厚度，零件加工 方向，扫描间距 等。 成型烧结参数包 括扫描速度，激 光功率，粉末类 型，铺粉厚度…
SLS原型的制作 中无需加额外支 撑，因为没有烧 结的粉末起到了 支撑的作用。
从成形室取出后 ，用毛刷和专用 工具将制件上多 余的粉末去掉， 进一步清理打磨 之后，还需针对 原型材料作进一 步处理。
RP制造技术四大分支
A
光固化快速成型（Stereo Lithography Apparatus， SLA）
B
分层实体制造法 （Laminated Object Manufacturing，LOM）
C
选择性激光烧结 （Selective Laser Sintering，SLS）
D
熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling， FDM
五、SLS目前所使用的材料及应用
常用材料
塑料粉末SLS：尼龙、聚苯乙烯、聚碳酸酯等均可作为塑 料粉末的原料。一般直接用激光烧结，不做后续处理。 金属粉末SLS：原材料为各种金属粉末。 按烧结工艺不同又可分为直接法、间接法、双组元法。 注：由于金属粉末SLS时温度很高，为防止金属氧化，烧 结时必须将金属粉末密闭在充有保护气体（氮气、氩气、 氢气等）的容器中。 陶瓷粉末SLS：陶瓷粉末在烧结时要在粉末中加入粘结剂。 粘结剂有无机粘结剂、有机粘结剂和金属粘结剂三类。
构；
8-料粉回收箱
选择性激光烧结机光路系统
1-指示器； 2-光束合成器； 3、4-反射镜； 5-扩束镜；
6-聚焦镜；
7-扫描器
优点；
四、SLS的工艺特点
成形材料多样性，价格低廉：这是SLS最显著的特点。理论上凡经激光加热
后能在粉末间形成原子联接的材料都可作为SLS成形材料。目前已商业化 的材料主要有塑料粉、蜡粉、覆膜金属粉、表面涂有粘结剂的陶瓷粉、覆 膜沙等。 对制件形状几乎没有要求：由于下层的粉末自然成为上层的支撑，故SLS 具有自支撑性，可制造任意复杂的形体，这是许多RP技术所不具备的。成 型不受传统机械加工中刀具无法到达某些型面的限制。
在医学上的应用：SLS工艺烧结的零件由于具有很高的孔隙率，可用于人工骨的制造。根
据国外对于用SLS技术制备的人工骨进行的临床研究表明，用SLS制造的人工骨的生物相 容性良好。
THANKS
材料利用率高：未烧结的粉末可以重复利用。
制件具有较好的力学性能：成品可直接用作功能测试或小批量使用。 实现设计制造一体化：配套软件可自动将CAD数据转化为分层STL数据， 根据层面信息自动生成数控代码，驱动成形机完成材料的逐层加工和堆积，
不需人为干预。
目前存在的缺点；
设备成本高昂。 制件内部疏松多孔、表面粗糙度较大、机械性能不高。 制件质量很大程度上受粉末的影响，提升不易。 可制造零件的最大尺寸受到限制。 成型过程消耗能量大，后处理工序复杂。
典型设备
由机械系统、光学系统和计算机
控制系统组成。机械系统和光学 系统在计算机控制系统的控制下 协调工作，自动完成制件的加工 成形。 机械结构主要由机架、工作平台、 铺粉机构、两个活塞缸、集料箱、 加热灯和通风除尘装置组成。
AFS－300型选择性激光烧结主机结构示意图
1-激光室； 2-铺粉机构； 3-供料缸； 4-加热灯； 5-成形料缸； 6-排尘装置； 7- 滚珠丝杆螺母机
激光选择性烧结技术简介
快速原型制造技术简介
快速原型制造技术（Rapid Prototype Manufacturing，简称RP） 是综合利用CAD技术、数控技术、 材料科学、机械工程、电子技术及 激光技术的技术集成以实现从零件 设计到三维实体原型制造一体化的 系统技术。它是一种基于离散堆积 成形思想的新型成形技术，是由 CAD模型直接驱动的快速完成任意 复杂形状三维实体零件制造的技术 的总称。
SLS技术概述
1
SLS技术概述
2
SLS工艺原理
C
ONTENTS
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工艺流程及设备
目 录
4
SLS工艺特点
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SLS目前使用的材料及应用
一、SLS技术概述
• 选择性激光烧结工艺（Selected Laser Sintering，SLS）最早由美国人Carl Deckard于1989年提出，后美国DTM公司于1992年推出了该工艺的商业化生产设备。 • 它利用粉末状材料（主要有塑料粉、蜡粉、金属粉、表面附有粘结剂的覆膜陶瓷粉、 覆膜金属粉及覆膜砂等）在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下按照界面轮廓 信息进行有选择的烧结，层层堆积成形。 • SLS技术使用的是粉状材料，从理论上讲，任何可熔的粉末都可以用作制造模型。 而且制造出的模型可以用作真实的原型元件。 • SLS工艺研究现状：美国的DTM公司、3D Systems公司，德国的EOS公司；国内 的北京隆源自动成型系统有限公司和华中科技大学等。
二、SLS的工艺原理
工作时粉末缸活塞上升，由铺粉辊 将粉末在成型缸活塞（工作活塞） 上均匀铺上一层，计算机根据原型 的切片模型控制光束的二维扫描轨 迹，有选择地烧结固体粉末材料以 形成零件的一个层面。 在烧结前，整个工作台被加热至稍 低于粉末融化温度，以减少热变形， 并利于与前一层的结合。粉末完成 一层后，工作活塞下降一个层厚， 铺粉系统铺设新粉，控制激光束扫 描烧结新曾。如此循环往复，层层 叠加，就得到三维零件。