金属粉末选择性激光烧结快速成型技术介绍
SLS(选择性激光烧结)
SLS（选择性激光烧结）选择性激光烧结的特点发明于1989年；比SLA要结实的多，通常可以用来制作结构功能件；激光束选择性地熔合粉末材料：尼龙、弹性体、未来还有金属；优于SLA的地方：材料多样且性能接近普通工程塑料材料；无碾压步骤因此Z向的精度不容易保证好；工艺简单，不需要碾压和掩模步骤；使用热塑性塑料材料可以制作活动铰链之类的零件；成型件表面多粉多孔，使用密封剂可以改善并强化零件；使用刷或吹的方法可以轻易地除去原型件上未烧结的粉末材料。
选择性激光烧结选择性激光烧结（SLS）于1989年被发明。
材料特性比光固化成型（SLA）工艺材料优越。
多种材料可选而且这些材料接近热塑性塑料材料特性，如PC，尼龙或者添加玻纤的尼龙。
如图所示，SLS机器包括两个粉仓，位于工作台两边。
水平辊将粉末从一个粉仓，穿过工作区间推到另一个粉仓。
之后激光束逐步描绘整个层。
工作台下降一个层高的厚度，水平辊从相反方向移回。
如此往复直到整个零件烧结完毕。
选择性激光烧结快速自动成型（SLS—Rapid Prototyping）技术是先进制造技术的重要组成部分，它集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代技术成果。
与传统制造方法不同，快速成型制造从零件的CAD模型出发，通过软件分层和数控成型系统，用激光束或其它方法将材料堆积而形成实体零件。
即将复杂的三维制造转化成一系列的二维制造的叠加，因而可以在不用模具和传统刀具的条件下生成几乎任意形状的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。
虽然由于成型材料的不同，成型件的强度和精度较低，很难直接作为最终零件或模具使用，但可以作为样件或模具的母模使用。
当然直接制造模具的快速成型设备也有了初步的发展，本文重点讲述的是快速成型制造模具母模的技术。
快速成型制模技术可以大大降低制模的成本，缩短模具的制造周期，增强产品的市场竞争力。
目前该技术已经广泛应用于航空航天、汽车摩托车、科学研究、医疗、家电等领域。
选择性激光烧结原理
选择性激光烧结原理
选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS）是一种常用于快速成型的增材制造技术，它通过激光照射粉末材料来实现三维物体的逐层烧结，是一种非常重要的制造技术。
本文将对选择性激光烧结的原理进行详细介绍，包括激光烧结的基本过程、原理及其应用。
激光烧结的基本过程是将一层薄薄的粉末材料铺在工作台上，然后利用激光束逐层扫描并照射在粉末层上，粉末被局部熔化并与下一层粉末烧结在一起，从而形成一个完整的三维物体。
这个过程需要精确控制激光束的位置和功率，以确保粉末能够被正确烧结，同时又不会造成过度烧结或烧结不足的情况。
激光烧结的原理主要是利用激光的高能量来熔化粉末材料，并且在瞬间冷却后形成固态结构。
激光束的能量密度和照射时间是影响烧结质量的关键参数，需要根据材料的特性和所需的物体结构来进行合理的选择。
此外，粉末材料的颗粒大小和分布也会对烧结质量产生影响，因此需要在制备粉末材料时进行精确的控制。
选择性激光烧结技术在实际应用中具有广泛的用途，特别是在制造复杂形状和小批量产品时具有独特的优势。
例如，在航空航天、医疗器械、汽车制造等领域，激光烧结技术都得到了广泛的应用。
由于激光烧结技术可以直接从数字模型中制造出实物，因此在定制化产品的制造中具有很大的潜力。
总的来说，选择性激光烧结技术是一种非常重要的增材制造技术，它通过激光照射粉末材料来实现三维物体的逐层烧结。
激光烧结的原理主要是利用激光的高能量来熔化粉末材料，并且在瞬间冷却后形成固态结构。
这种技术在航空航天、医疗器械、汽车制造等领域具有广泛的应用前景，是一种非常有前景的制造技术。
浅析金属粉末选择性激光烧结快速成型技术
和 Ｔ Ａ４ ｉ １ 合金的金属零件。美 国航 空材料公司 已 ６ 研 究开发 成 功 先 进 钛合 金构 件 的 激 光快 速 成 形 技
术 。 目前 ，中国科 学 院金 属 所 和 西 北 工 业 大 学
等单位正致力于高熔点金属的激光快速成形研究 ， 南 京航空 航 天 大 学 也 在 这 方 面 进 行 了研 究 ，用 Ｎ 基 合金 混铜 粉 进 行 烧 结 成形 的试 验 ，成 功 地 制 ｉ
到 原型件 ，然后 进行 后 续 处理 ，包 括 烧失 粘 结剂 、
维普资讯
２０ №２总 第 １４期 ０７ ７
学术 综论
《 铝加 工》
浅析金属粉末选择性激光烧结快速成型技术 邵 娟 ， Nhomakorabea文 国
芜湖 ２ １０ ； ４０ ０ 南京 ２ ￣１ １ ６）
（．安徽机电职业技术 学院机械 系，安徽 １ ２ ．南京航 空航天大学机电学院。江苏
２ Ｓ Ｓ技 术 的金 属粉 末 烧 结方 法 Ｌ
２ １ 金属 粉末和 粘结 剂混合烧 结 ． 首 先将金 属粉末 和某种 粘结剂按 一定 比例混合 均 匀 ，用 激光束 对混 合粉末进 行选择 性扫 描 ，激光 的作 用使 混合粉 末 中的粘结 剂熔化并 将金属 粉末粘 结 在一起 ，形 成金属零 件 的坯体 。再 将金属 零件坯
整个工 艺装 置 由粉 末缸 和成型 缸组 成 ，工作 时
收 稿 日期 ：２ ０ ０ ６—１ ９ ２一ｌ
的优点在于它所使用的成型材料十分广泛。从理论
上说 ，任何 加热后 能够形 成原 子 问粘结 的粉末 材料
都可 以作为 ＳＳ的成型材料。 目前 ，可成功进行 Ｌ ＳＳ Ｌ 成型加工的材料有石蜡 、高分子 、金属 、陶瓷
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
6
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
选择性激光烧结铺粉工艺分析
17工业技术1 选择性激光烧结铺粉概述 选择性激光烧结工艺英文名称为Selective Laser Sintering，简称为SLS，该工艺技术最初是由美国人C. R. Dechard 提出的，并于上世纪90年代初开发了成型机。
选择性激光烧结工艺的工作原理是非金属或者金属粉末在激光的照射下，并在计算机的辅助下完成堆积成型，目前选择性激光烧结铺粉工艺在工业上的应用很广，并在人们的日常生活中发挥了重要的作用。
2 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基本原理。
选择性激光器烧结工艺的基本原理是对粉末材料济宁固化和烧结，首先，将粉末材料用辊筒或者刮板平均铺在成型的零件表面，之后慢慢升温，当温度升高至接近其熔点时，借助计算机辅助软件的设计，将激光在粉末表面进行扫面，并逐渐升温至其熔点，进行烧结铺粉连接。
当表面上的一层粉末烧结铺粉完成后，工作台下降一个层的厚度，按照上述工艺流程继续进行下一个层面的烧结铺粉过程，该过程反复进行，直至整个零件完成烧结铺粉，选择性激光烧结工艺基本原理图如下图1所示。
选择性激光烧结铺粉工艺分析张 俏（湖南有色金属职业技术学院,湖南 株洲 412000）摘 要：近年来，选择性激光烧结铺粉工艺技术逐渐进入大众视野，其本质是一种增材制造的先进工艺技术，在借助计算机辅助计算下能够更加精密、高效地加工各种精密零价，本文对选择性激光烧结铺粉工艺概述、原理特点、制造工艺及其应用方面探讨了探讨。
关键词：选择性；激光；烧结；铺粉工艺DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2019.20.016程后处理。
下面以某一铸件的SLS 原型制作工艺为例简单介绍其制作工艺过程。
1）前处理。
前处理主要是对工艺参数和工艺流程的准备，首先利用CAD 建造一个三维的模型图，之后将该成型的CAD 三维造型经过STL 数据终端传输到快速成型系统中。
2）粉层激光烧结叠加。
第二个过程是分层在成型零件表面上的烧结叠加，该过程首先是预热一下成型空间，尤其是高分子材料，其预热温度一般需要达到100℃。
选择性激光烧结(SLS)
3D打印技术 —选择性激光烧结
旅顺职业中专
李建新
授课内容
01 选择性激光烧结技术介绍 02 选择性激光烧结技术发展 03 选择性激光烧结技术应用
01 PART ONE 选择性激光烧结技术
1、SLS打印技术
SLS打印技术概念：
选择性激光烧结技术（Selective Laser Sintering, SLS），主要是利用粉末材料在激光照射下高温烧结的基 本原理，通过计算机控制光源定位装置实现精确定位，然 后逐层烧结堆积成型
华曙高科通过3D打印SLS技 术，为某汽车生产的车用空 调总成的部件原型件产品， 节省了磨具，修复等环节， 大大节省了时间，以前使用 CNC机床制造磨具，大概需 要14天时间，使用3D打印 后仅需要4天时间就可以交 付产品，单次打印的费用是 开模费用的10%
华曙高科与武汉萨普科技股份有限公司合作，采用连续增材制造解决方案建造 时间仅用10小时，将长度近1米、结构复杂的汽车空调HVAC壳体一体成型，且 其强度、精度完全符合技术标准。
02 选择性激光烧结技术发展 PART TWO
2、激光烧结技术发展
选择性激光烧结工艺最早是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Carl R. Deckard 于1989年在其硕士论文中提出的，随后C.R.Dechard创立了DTM公司，并于1992年 发布了基于SLS技术的工业级商用3D打印机Sinterstation。
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。
（2）堆积过程。
首先，铺粉滚筒移至最左边，在加工区域内用滚筒均匀地铺上一层热塑性粉状材料，然后根据扫描轨迹，用激光在粉末材料表面绘出所加工的截面形状，热量使粉末材料熔化并在接合处与旧层粘接。
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金属粉末选择性激光烧结快速成型技术介绍
介绍了选择性激光烧结技术的工作原理。
简述了选择性激光烧结的三种典型金属粉末成型工艺。
指出了选择性激光烧结技术成型金属零件所存在的一些问题和选择性烧结技术的发展前景。
1 引言
选择性激光烧结(以下简称SLS)技术最初是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Carl Deckard于1989年在其硕士论文中提出的。
后美国DTM公司于1992年推出了该工艺的商业化生产设备Sinter Sation。
几十年来，奥斯汀分校和DTM公司在SLS领域做了大量的研究工作，在设备研制和工艺、材料开发上取得了丰硕成果。
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。
国内也有多家单位进行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、中北大学和北京隆源自动成型有限公司等，也取得了许多重大成果，如南京航空航天大学研制的RAP-I型激光烧结快速成型系统、北京隆源自动成型有限公司开发的AFS 一300激光快速成型的商品化设备。
2 SLS技术的工作原理
选择性激光烧结是采用激光有选择地分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化层层层叠加生成所需形状的零件。
其整个工艺过程包括CAD模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。
SLS技术的快速成型系统工作原理见图1。
整个工艺装置由粉末缸和成型缸组成，工作时粉末缸活塞(送粉活塞)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激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。
粉末完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺上新粉.控制激光束再扫描烧结新层。
如此循环往复，层层叠
加，直到三维零件成型。
最后，将未烧结的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。
对于金属粉末激光烧结，在烧结之前，整个工作台被加热至一定温度，可减少成型中的热变形，并利于层与层之间的结合。
与其它快速成型(RP)方法相比，SLS最突出的优点在于它所使用的成型材料十分广泛。
从理论上说，任何加热后能够形成原子间粘结的粉末材料都可以作为SLS的成型材料。
目前，可成功进行SLS成型加工的材料有石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末和它们的复合粉末材料。
由于SLS成型材料品种多、用料节省、成型件性能分布广泛、适合多种用途以及SLS无需设计和制造复杂的支撑系统，所以SLS的应用越来越广泛。
3 SLS技术的金属粉末烧结方法
3.1金属粉末和粘结剂混合烧结
首先将金属粉末和某种粘结剂按一定比例混合均匀，用激光束对混合粉末进行选择性扫描，激光的作用使混合粉末中的粘结剂熔化并将金属粉末粘结在一起，形成金属零件的坯体。
再将金属零件坯体进行适当的后处理，如进行二次烧结来进一步提高金属零件的强度和其它力学性能。
这种工艺方法较为成熟，已经能够制造出金属零件，并在实际中得到使用。
南京航空航天大学用金属粉末作基体材料(铁粉)，加人适量的枯结剂，烧结成形得到原型件，然后进行后续处理，包括烧失粘结剂、高温焙烧、金属熔渗(如渗铜)等工序，最终制造出电火花加工电极(见图2)。
并用此电极在电火花机床上加工出三维模具型腔(见图3)。
3.2金属粉末激光烧结
激光直接烧结金属粉末制造零件工艺还不十分成熟，目前研究较多的是两种金属粉末混合烧结，其中一种熔点较低，另一种较高。
激光烧结将低熔点的粉末熔化，熔化的金属将高熔点金属粉末粘结在一起。
由于烧结好的零件强度较低，需要经过后处理才能达到较高的强度。
美国Texas大学Austin分校进行了没有聚合物粘结剂的金属粉末如CuSn NiSn青铜镍粉复合粉末的SLS成形研究，并成功地制造出金属零件。
近年来，他们对单一金属粉末激光烧结成形进行了研究，成功地制造了用于F1战斗机和AIM9导弹的工NCONEL625超合金和Ti6A 14合金的金属零件。
美国航空材料公司已成功研究开发了先进的钛合金构件的激光快速成形技术。
目前，中国科学院金属所和西北工业大学等单位正致力于高熔点金属的激光快速成形研究，南京航空航天大学也在这方面进行了研究，用Ni基合金混铜粉进行烧结成形的试验，成功地制造出具有较大角度的倒锥形状的金属零件(见图4)。
3.3金属粉末压坯烧结
金属粉末压坯烧结是将高低熔点的两种金属粉末预压成薄片坯料，用适当的工艺参数进行激光烧结，低熔点的金属熔化，流人到高熔点的颗粒孔隙之间，使得高熔点的粉末颗粒重新排列，得到致密度很高的试样。
吉林大学郭作兴等用此方法对FeCu,Fe C等合金进行试验研究，发现压坯激光烧结具有与常规烧结完全不同的致密化现象，激光烧结后的组织随冷却方式而异，空冷得到细珠光体，淬火后得到马氏体和粒状。
4 SLS技术金属粉末成型存在的问题
SLS技术是非常年轻的一个制造领域，在许多方面还不够完善，如目前制造的三维零件普遍存在强度不高、精度较低及表面质量较差等问题。
SLS工艺过程中涉及到很多参数(如材料的物理与化学性质、激光参数和烧结工艺参数等)，这些参数影响着烧结过程、成型精度和质量。
零件在成型过程中，由于各种材料因素、工艺因素等的影响，会使烧结件产生各种冶金缺陷(如裂纹、变形、气孔、组织不均匀等)。
4.1粉末材料的影响
粉末材料的物理特性，如粉末粒度、密度、热膨胀系数以及流动性等对零件中缺陷形成具有重要的影响。
粉末粒度和密度不仅影响成型件中缺陷的形成，还对成型件的精度和粗糙度有着显著的影响。
粉末的膨胀和凝固机制对烧结过程的影响可导致成型件孔隙增加和抗拉强度降低。
4.2工艺参数的影响
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接、烧结体的收缩变形、翘曲变形甚至开裂都会产生影响。
上述各种参数在成型过程中往往是相互影响的，如Yong Ak Song等研究表明降低扫描速度和扫描间距或增大激光功率可减小表面粗糙度，但扫描间距的减小会导致翘曲趋向增大。
因此，在进行最优化设计时就需要从总体上考虑各参数的优化，以得到对成型件质量的改善最为有效的参数组。
目前制造出来的零件普遍存在着致密度、强度及精度较低、机械性能和热学性能不能满足使用要求等一些问题。
这些成型件不能作为功能性零件直接使用，需要进行后处理(如热等静压HIP、液相烧结LPS、高温烧结及熔浸)后才能投人实际使用。
此外，还需注意的是，由于金属粉末的SLS温度较高，为了防止金属粉末氧化，烧结时必须将金属粉末封闭在充有保护气体的容器中。
5 总结与展望
快速成型技术中，金属粉末SLS技术是近年来人们研究的一个热点。
实现使用高熔点金属直接烧结成型零件，对用传统切削加工方法难以制造出高强度零件，对快速成型技术更广泛的应用具有特别重要的意义。
展望未来，SLS形技术在金属材料领域中研究方向应该是单元体系金属零件烧结成型，多元合金材料零件的烧结成型，先进金属材料如金属纳米材料，非晶态金属合金等的激光烧结成型等，尤其适合于硬质合金材料微型元件的成型。
此外，根据零件的具体功能及经济要求来烧结形成具有功能梯度和结构梯度的零件。
我们相信，随着人们对激光烧结金属粉末成型机理的掌握，对各种金属材料最佳烧结参数的获得，以及专用的快速成型材料的出现，SLS技术的研究和引用必将进入一个新的境界。