激光快速成型的特点与工艺(图)
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。
四种典型的快速成型技术的成型原理
四种典型的快速成型技术的成型原理一、激光烧结成型原理激光烧结成型（Selective Laser Sintering，简称SLS）是一种快速成型技术，其成型原理是利用激光束对粉末材料进行烧结，逐层堆积形成所需的三维实体。
激光烧结成型的过程主要包括以下几个步骤：首先，利用计算机辅助设计（CAD）软件将待制造的物体进行三维建模，并将模型数据转化为机器能够识别的格式。
然后，将烧结材料粉末均匀地铺在工作台上，使其表面平整。
接下来，利用激光束控制系统，将激光束按照预定的路径和参数扫描在粉末层表面，使其局部熔融烧结。
激光束的能量使粉末颗粒之间发生熔融和烧结，形成一层固体物质。
再次铺上一层新的粉末材料，重复上述步骤，逐层堆积，直至形成整个三维实体。
最后，将成品从未熔融的粉末中清理出来，并进行后续处理，如热处理或表面处理。
激光烧结成型技术具有成型速度快、制作精度高、制造复杂度高等优点。
由于其成型过程中无需使用支撑材料，可以制造出具有复杂内部结构的零件，因此被广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
二、光固化成型原理光固化成型（Stereolithography，简称SLA）是一种常见的快速成型技术，其成型原理是利用紫外线激光束对光固化树脂进行逐层固化，最终形成所需的三维实体。
光固化成型的过程主要包括以下几个步骤：首先，利用计算机辅助设计（CAD）软件将待制造的物体进行三维建模，并将模型数据转化为机器能够识别的格式。
然后，将液态光固化树脂均匀地铺在工作台上。
接下来，利用紫外线激光束扫描器，将激光束按照预定的路径和参数照射在树脂表面，使其局部固化。
激光束的能量使树脂中的光敏物质发生聚合反应，从而使树脂由液态变为固态。
再次涂覆一层新的液态光固化树脂，重复上述步骤，逐层固化，最终形成整个三维实体。
最后，将成品从未固化的树脂中清洗出来，并进行后续处理，如烘干或光刻。
光固化成型技术具有成型速度快、制造精度高、制造复杂度高等优点。
光固化快速成型工艺
上海联泰科技有限公司: RS系列
第2章 光固化快速成型工艺
2.2 SLA设备
材 料 及 设 备
第一台RP商品化设备： 3D Systems公司的SLA250机型
第2章 光固化快速成型工艺
2.2 SLA设备
材 料 及 设 备
SLA5000机型
加工尺寸：508×508×584mm 激光扫描速度：5m/s 最小层厚：0.05mm
第2章 光固化快速成型工艺
2.2
CPS快速成型机
设备结构简介
材 1.机械结构 料 (3)树脂循环系统
及 保证在制作过程中树脂液面位置不变，以保证聚焦光斑大 设 小恒定。
备 利用树脂恒定补充，动态溢流的原理保持树脂液而不变。
基本结构: 树脂内槽、树脂外槽、排液口、液轮、 内流电机、溢流槽。
第2章 光固化快速成型工艺
有台阶不平及不同层面间的曲面不平；适合做小件及 精细、复杂件。
第2章 光固化快速成型工艺
缺点
2.1 1、需要专门实验室环境，维护费用高昂。
基 2、成型件需要后处理，二次固化，防潮处理等工序。 本 3、光敏树脂固化后较脆，易断裂，可加工性不好；工作温 原 度不能超过100℃，成形件易吸湿膨胀，抗腐蚀能力不强。
材
料
整套设备分为两部分，即成型 室部分和电器控制部分。
及
安装时，两部分合为一起保持
设
设备的整体性，分体的结构便
备
于包装和运输。
第2章 光固化快速成型工艺
2.2
材 料 及 设 备
CPS快速成型机 设备结构简介
1.机械结构 (1) Z轴升降工作台
完成托板的升降运动。 在制作过程中，进行每一层的步进， 制作完成后，实现工作台快速提升出 树脂液面，以方便零件的取出。
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。
快速成型：SLA、LOM、SLS、3DP、FDM
快速成型：SLA、LOM、SLS、3DP、FDM快速成型技术根据成型方法可分为两类：基于激光及其他光源的成型技术Laser Technology，例如：光固化成型SLA、分层实体制造LOM、选域激光粉末烧结SLS、形状沉积成型SDM 等；基于喷射的成型技术Jetting Technoloy，例如：熔融沉积成型FDM、三维印刷3DP、多相喷射沉积MJD光造型工艺SLASLA，Stereolithogrphy Apparatus工艺，也称光造型或立体光刻，由Charles Hul 于 1984 年获美国专利。
SLA 技术是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。
这种液态材料在一定波长和强度的紫外光照射下能迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，材料也就从液态转变成固态。
SLA工作原理SLA工作原理：液槽中盛满液态光固化树脂激光束在偏转镜作用下，能在液态表而上扫描，扫描的轨迹及光线的有无均由计算机控制，光点打到的地方，液体就固化。
成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深度．聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描，即逐点固化。
当一层扫描完成后．未被照射的地方仍是液态树脂。
然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的扫描，新周化的一层牢周地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕，得到一个三维实体模型。
SLA 方法是目前快速成型技术领域中研究得最多的方法．也是技术上最为成熟的方法。
S LA 工艺成型的零件精度较高，加工精度一般可达到 0.1 mm ，原材料利用率近 100 ％。
但这种方法也有白身的局限性，比如需要支撑、树脂收缩导致精度下降、光固化树脂有一定的毒性等。
叠层实体制造工艺LOMLOM，Laminated Object Manufacturing，LOM工艺称叠层实体制造或分层实体制造，由美国Helisys公司的Michael Feygin于1986 年研制成功。
激光快速成型技术
也有时被简称为SLA（StereoLithography
Apparatus），它以光敏树脂为原料，通过计 算机控制紫外激光使其凝固成型。
光固化成型的基本原理
原理：计算机控 制激光束对光敏 树脂为原料的表 面进行逐点扫描， 被扫描区域 的树脂薄层(约十 分之几毫米)产生 光聚合反应而固 化，形成零件的 一个薄层。
五、展望
RP是一种处在发展完善过程的高新技术。目前 我国有多家机构从事RP技术及相关技术的研究， 在当今缩短产品开发周期和减少开发新产品投 资风险， 成为企业赖以生存的关键。因此， 快速成型、制模、制造技术将会得到进一步发 展。
谢 谢
零件在一台设备上即可快速成型出具有 一定精度﹑满足一定功能的零件（若要修改 零件只要修改CAD模型即可）
• 高度集成化：
激光快速成型技术将CAD数据转换成 STL格式后，即可开始快速制作（该过程是 二维操作在CAD中完成的）。
三、几种激光快速成型技术介绍
1、光固化成型技术
光固化成型工艺，也常被称为立体光刻成型，
光固化成型技术的优点：
• 1、成型过程自动化程度高：SLA系统非常稳定，
加工开始后，成型过程可以完全自动化，直至原型制 作完成。 • 2 、尺寸精度高： SLA原型的尺寸精度可以
达到±0.1mm。 • 3 、具有优良的表面质量 ：虽然在每层固化 时侧面及曲面可能出现台阶，但上表面仍可得 到玻璃状的效果。 • 4 、可以制作结构十分复杂的模型 。
激光快速成型技术
一、概括
激光快速成型技术是上个世纪80年代发 展起来的一门高新技术。它是利用激光技术、 CAX技术、自动控制技术、新材料技术、直接 造型、快速制造产品模型的一们多学科综合技 术。目前，激光快速成型技术主要应用在航空 航天、汽车、玩具制造等行业。
快速成型技术的特点和工艺原理
快速成型技术的特点和工艺原理摘要：快速成形技术是集机械、电子、光学、材料等学科为一体的先进制造技术之一,本文综述了快速成形技术原理与特点，特别在快速成形系统、材料和快速制模方面的最新成就，并分析了快速成形与快速制模技术的发展趋势。
指出该项技术可构成一种应用范围十分广泛、新颖的加工体系，市场前景广阔。
关键词：快速成形技术；三维模型；立体光造型；迭层实体制造;快速制模。
一、前言90年代开始，随着冷战时代的结束，市场环境发生了巨大的变化。
一方面表现为消费者需求日趋主体化、个性化和多样化；另一方面则是产品制造商们都着眼于全球市场的激烈竞争。
面对市场，产品制造商们不但要很快地设计出符合人们消费需求的产品，而且必须很快地生产制造出来，抢占市场。
因此，面对一个迅速变化且无法预料的买方市场，以往传统的大批量生产模式对市场的响应就显得越来越迟缓与被动。
快速响应市场需求，已成为制造业发展的重要走向。
为此，这些年来工业化国家一直在不遗余力地开发先进制造技术，以提高制造工业发展水平，以便在激烈的全球竞争中占有一席之地。
与此同时，计算机、微电子、信息、自动化、新材料、和现代企业管理技术的发展日新月异，这些技术、产业的发展与进步，给产品创意、研究开发、设计、工艺设计、加工准备、制造工艺、装备、装配、质量保证、生产管理和企业经营都有带来了重大变革，产生了一批新的制造技术和制造模式，制造工程与科学取得了前所未有的成就。
快速成形技术就是在这种背景下逐步形成并得以发展。
快速成形技术的发展，使得产品设计、制造的周期大大缩短，提高了产品设计、制造的一次成品率，降低产品开发成本，从而给制造业带来了根本性的变化。
二、技术原理及特点快速成形技术(快速原型技术，RP技术)系统可分为两大类：基于激光或其它光源的成形技术，如：立体光造型（Stereo lithography：SL）、迭层实体制造（Laminated Object Manufacturing：LOM）、选择性激光烧结（Selected Laser Sintering：SLS）、形状沉积制造（Shape Deposition Manufacturing：SDM）等；基于喷射的成形技术，如：熔融沉积制造（Fused Deposition Modeling：FDM）、三维打印制造（Three Dimensional Printing：3DP）等。
快速成型制造的几种典型工艺与后处理
四、熔融沉积制造（FDM) 1.基本原理 2.特点 3.后处理
五、三维打印（3DP) 1.基本原理 2.特点 3.后处理
六、五种成型方法的比较。 见书P132 表格6-1.
第六章 快速成型制造的几种典型工 艺及后处理
一、光固化成型（SLA）
1.光固化成型的基本原理 利用激光扫描和光敏树脂固化的原理。具体见书
P121. 2.光固化成型特点 优点： 尺寸精度高 表面质量好
缺点： 尺寸稳定性差 需要支撑结构 成本高 可适用的材料少 树脂具有气味和毒性。 需要二次固化 树脂性能不如常用的工业塑料
3.光固化的后处理 晾干 工业酒精对树脂原型表面和型腔清洗 去实体制造（LOM) 1、分层实体制造原理 2、分层实体制造特点 3、后处理
适用于大中型原型，翘曲变形小，成型时间短的 产品、直接制作砂型铸造模。
三、选择性激光烧结（SLS） 1、基本原理 2、制造特点 3、后处理
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手板模型按加工方式，主要可分为CNC数控加工，另外就是激光快速成型加工，本文主要介绍关于快速成型技术的制作原理与要点。
快速成型技术的特点：
与传统材料加工技术相比,快速成型具有鲜明的特点：
1．数字化制造。
2．高度柔性和适应性。
可以制造任意复杂形状的零件。
3．直接CAD模型驱动。
如同使用打印机一样方便快捷。
4．快速。
从CAD设计到原型(或零件)加工完毕，只需几十分钟至几十小时。
5．材料类型丰富多样，包括树脂、纸、工程蜡、工程塑料（ABS等）、陶瓷粉、金属粉、砂等，可以在航空，机械，家电，建筑，医疗等各个领域应用。
快速成型的主要工艺：
RP技术结合了众多当代高新技术：计算机辅助设计、数控技术、激光技术、材料技术等，并将随着技术的更新而不断发展。
自1986年出现至今，短短十几年，世界上已有大约二十多种不同的成形方法和工艺，而且新方法和工艺不断地出现。
目前已出现的RP技术的主要工艺有：
1.PCM工艺:无木模铸造。
2.SL工艺:光固化/立体光刻 。
3.FDM工艺:熔融沉积成形。
4.SLS工艺:选择性激光烧结。
5.LOM工艺:分层实体制造。
6.3DP工艺:三维印刷。
模型放置与添加零件支撑：
为了防止成型过程中零件的翘曲变形，需要给零件添加支撑。
AFS（快速成型系统）提供了两种支撑方法，一种是网格支撑，一种是基于切片和零件形状的支撑。
因为支撑只是在零件烧结成型的过程中防止零件翘曲变形，零件成型以后，支撑是需要去除的，因此支撑再烧结温度要小于零件的烧结温度。
也就是激光束在扫描经过支撑的时候，激光器的功率要降低，扫描密度要降低，扫描线宽要增大。
这样，支撑的烧结强度就低，成型以后很容易去除。
如图2所示，成型零件是一个吸尘器的封盖，当封盖模型经过缩放处理后就可以添加支撑了，涂颜色的部分即是添加的支撑。
添加支撑的原则是对那些悬掉点、下棱线、倾斜角度过大的表面三种结构需要加支撑。
因此在放置模型时就应该考虑到支撑的放置问题。
一般对表面质量要求较高的面最好放置为顶面，特别是对于细小凸起，更要放置在顶面；同时，如果凸起的尺寸太小，需要对凸起高度进行一定比例的放大。
对于细长的悬臂类结构件最好横放，竖放难以保证悬臂的直线度。
为了提高扫描的效率，一般应考虑将尺寸较大的边横放，减少扫描的层数，缩短加工时间。
激光快速成型的特点与工艺广州盛域
2012年5月
快 速 成 型 与 自 动 化 技 术 Rapid prototyping ＆ automation technology 快速成型技术是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。
RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。
不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。
以常用的激光快速成型来进行简单总结其工艺过程中的一些要点。
第 1 页
成型零件数据处理：
成型零件要经过数据转换与处理。
处理的软件分
别有：三维CAD造型软件（如PRO/
E、SolidWorks、SolidEdge或UG等）、数据转换
与处理软件（MAGIC9.0）和监控软件
（AFSWin）。
造型软件都是市场上已有的，主要
负责成型零件的几何造型，然后将创建的零件模
型输出为STL格式。
数据转换与处理软件MAGIC9.0
打开STL文件，并进行一些数据处理与参数设置。
模型修补与缩放处理：
因为各种三维造型软件都有自己的数据格式，三
维造型软件创建的模型需要进行格式转换导出为
STL格式，因此有可能会造成部分数据的丢失，MAG-IC9.0打开STL格式的模型文件时要进行广州盛域
快 速 成 型 与 自 动 化 技 术 Rapid prototyping ＆ automation technology 2012年5月
检查，如发现模型中有错误或存在面的缺损，则需要进行错误修复与模型修补。
因为零件是在高温下烧结成型的，成型以后回到常温下，零件都有一个收缩，因此，为了抵消这种收缩，一般是根据材料的不同进行模型放大补偿，一般沿Z向放大1.005。
而根据成型以后的零件所作的用途还要给CAD模型作另外的缩放处理。
例如用石腊作为成型材料做消失模。
如果消失模是用来铸造铝件，那么要CAD模型整体放大1%，如果消失模是用来铸造钢件，那么要给CAD模型整体放大2%。
根据模具铸造材料的不同选择不同的缩放比例。
快速成形制件适合于单件制造，且制件材料为工艺规定的专用材料，因此制件的材料性能有一定的局限性。
将RP技术与真空注型技术或精密铸造技术结合起来应用，不仅可以满足产品设计对特定材质的要求，而且可以快速实现新产品的小批量生产。
应用RP、硅胶模和真空注型工艺可以实现小批量塑料件的快速制造，如手机或电子产品外壳的小批量制作。
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