选区激光烧结技术的原理及特点
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。
选择性激光烧结技术(一)
设备和烧结过程故障自动诊断，故障自动停机保护
华中科技大学（武汉滨湖机电技术产业有限公司）开发 了金属粉末熔化快速成型系统，目前推出了HRPM-I和HRPMII两种型号。该设备可直接制作各种复杂精细结构的金属件 及具有随形冷却水道的注塑模、压铸模等金属模具，材料利 用率高。
粉料送粉、铺粉辊
上落粉、刮刀
(5) 气体保护系统
在成形前通入成形腔内的惰性气体（一般为N2或 Ar），可以减少成形材料的氧化降解，促进工作台面 温度场的均匀性。
(6) 预热系统
在SLS成形过程中，为了使粉状材料可靠地烧结，减 小SLS制件的翘曲变形，必须将机器的整个工作空间内直接 参与造型工作的所有机件以及所使用的粉状材料预先加热 到规定的温度，这个温度称为预热温度。预热温度应接近 熔融开始温度但要低于熔点2-3 ℃ 。预热过程常常需要数 小时。
选择性激光烧结技术 （一）
本节知识 点
1
选择性激光烧结技术的基本原理
2
选择性激光烧结技术的设备
3
选择性激光烧结技术的工艺过程
4
选择性激光烧结技术的特点
5 选择性激光烧结技术的材料 6 选择性激光烧结技术的精度
学习重点与难点
重点 难点
1.掌握选择性激光烧结技术的工艺原理。 2.掌握选择性激光烧结技术工艺过程。 1.选择性激光烧结技术的工艺特点。 2.选择性激光烧结技术的应用领域与发展方向。
国内华中科技大学（武汉滨湖机电产业有限责任公司）、南京航空航天 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和 系列的商品化设备。
SLS工艺是利用粉末材料（金属粉末或非金属粉末）在激光照射下烧结 的原理，在计算机控制下层层堆积成型。SLS的原理与SLA十分相似，主要 区别在于所使用的材料及其性状不同。SLA所用的材料是液态的紫外光敏可 凝固树脂，而SLS则使用粉状的材料。
激光选区烧结
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。
激光选区烧结成形
另外，由于SLS粉末材料的粉体形状都很不规则，这就 造成了粉末颗粒间存在有一定的间隙空间。例如，若粉 末全为均匀的球体，在压实状态下粉末的间隙空间会占 总体积的50%左右，只有当粉末全为方体时才可能达到 全密度（无间隙空间），但是在实际中这是不可能的， 而由烧结层叠加起来的成型件的密度却高达全密度的 95%以上，所以，在SLS烧结过程中，由于密度的增加， 成型件必然会产生收缩。这种由粉末密度的变化导致的 制件收缩可称为密度收缩。
3．SLS翘曲变形的发展规律
由于SLS翘曲变形是由烧结层各部分不均匀收缩造成的，所以烧 结层的不均匀收缩的变化规律就反映了其翘曲变形的变化规律。 由于SLS加工过程是层片叠加成型过程，所以各烧结层的收缩在 很大程度上要受前面已烧结层的影响与制约。当一层烧结完毕并 产生翘曲变形后，在其表面上新铺的一层粉末的厚度就很不均匀， 中间凹陷部分的粉末厚度大，四周翘曲部分所铺设的粉层厚度小。 但是，在烧结这一层并粘结到前一层上时，前一层的收缩变形已 固定下来，而当前层却仍然处于较松软的状态，于是当前层就有 向前一层铺展的趋势，这样，当前层的收缩受到前一层的制约而 减小，于是产生的翘曲变形也减小。这样层层叠加后烧结层的收 缩变形自然逐层变小，于是随着加工的进行制件的翘曲变形也就 逐渐减小。除了前一层的制约作用以外，当前层本身的翘曲变形 也是呈逐渐减小趋势的。这是由于随着烧结的进行，制件内存储 的能量逐渐增加，于是在烧结当前层时，前一层的温度也逐渐变 高，这样当前层上、下部分的温差逐渐变小，从而减小了烧结层 不均匀收缩的趋势，翘曲变形减小。
4.有效导热系数k
采用的烧结材料都是高分子聚合物。这些材料 对激光的反射与吸收与金属以及某些非金属有 较大的区别。它们对激光的反射比较低，对应 的吸收比较高。而且其结构特征决定了它对激 光波长有强烈的选择性。这些材料在红外区波
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
选区激光烧结工艺的原理及其特点
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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。
激光选区烧结(sls)成形的后处理工艺及方法
激光选区烧结(sls)成形的后处理工艺及方法【激光选区烧结(sls)成形的后处理工艺及方法】一、引言其实啊，在当今这个科技飞速发展的时代，各种新奇的技术层出不穷。
今天咱们就来聊聊激光选区烧结（SLS）成形这一神奇的工艺，看看它到底是怎么一回事，又有着怎样的魅力。
二、SLS 工艺的历史1. 起源与发展说起激光选区烧结（SLS）的历史，那得追溯到上个世纪 80 年代。
说白了就是科学家们脑洞大开，想着能不能用激光和粉末材料来创造出各种形状的物件。
最开始的时候，这技术还很粗糙，能做的东西也有限。
但随着时间的推移，不断地有科研人员投入研究，技术也就越来越成熟啦。
比如说，最开始 SLS 只能做出一些简单的模型，而且精度不高。
但经过多年的改进，现在已经可以制造出复杂的、高精度的零部件，甚至可以应用于航空航天、医疗等高端领域。
三、SLS 工艺的制作过程1. 材料准备首先得准备好材料，通常是各种粉末，比如尼龙、聚苯乙烯、金属粉末等。
这些粉末就像是我们做蛋糕用的面粉，是基础原料。
2. 激光烧结然后就是关键的一步啦，激光登场！激光按照预先设计好的路径，有选择地对粉末进行烧结。
这就好比我们用手电筒照着纸上的图案，有光照到的地方就会发生变化。
在这里，激光照到的粉末就会融合在一起，形成一个层面。
3. 层层叠加一层烧结完成后，工作台会下降一层的高度，再铺上一层新的粉末，然后激光继续烧结。
就这样一层一层地堆积，最终形成一个三维的物体。
打个比方，这就像是在盖房子，一层一层地往上砌砖，只不过这里的“砖”是粉末，“砌砖”的工具是激光。
四、SLS 工艺的特点1. 材料多样性SLS 工艺最大的特点之一就是能使用各种各样的材料。
不管是塑料、金属，还是陶瓷，它都能搞定。
这就好比一个超级大厨，不管是蔬菜、肉类还是海鲜，都能烹饪出美味佳肴。
2. 复杂形状制造能力它还特别擅长制造那些形状复杂的物件。
比如说一些内部有复杂结构的零件，用传统方法很难做出来，但 SLS 却能轻松应对。
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。
激光选区烧结快速成形机床 技术条件
激光选区烧结快速成形机床技术条件激光选区烧结快速成形机床是一种通过激光烧结技术实现快速成形的高精度制造设备。
它具备一系列独特的技术条件和特点，能够满足各种复杂零件的制造需求。
在激光选区烧结快速成形过程中，利用激光束对粉末材料进行选区烧结，实现零件的逐层堆叠和成形。
这种制造方式能够在不需要任何模具的情况下，直接将设计好的CAD模型转化为实体零件，大大缩短了零件制造的周期。
激光选区烧结快速成形机床具备高精度的加工能力。
激光束的直径可以控制在几十微米至几百微米范围内，因此可以实现对微小结构的制造。
同时，激光选区烧结快速成形机床还具备非常高的加工精度和表面质量，能够满足高精度零件的制造需求。
第三，激光选区烧结快速成形机床具备广泛的适用材料范围。
无论是金属材料、陶瓷材料还是复合材料，都可以通过激光选区烧结技术进行快速成形。
这使得该技术在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域具备广阔的应用前景。
激光选区烧结快速成形机床还具备高效率的制造能力。
通过激光束的快速扫描和选区烧结技术，可以实现较高的制造速度。
相比传统的加工方式，激光选区烧结技术能够大幅缩短制造周期，提高生产效率。
激光选区烧结快速成形机床技术的应用也带来了一些挑战。
首先，激光选区烧结过程中会产生大量的热量，需要采取合适的冷却措施，以保证零件的质量和形状稳定性。
其次，激光选区烧结技术对材料的要求较高，需要选择适合的粉末材料和合适的加工参数。
此外，激光选区烧结快速成形机床的设备成本较高，需要进行合理的投资规划和成本控制。
激光选区烧结快速成形机床是一种具备高精度、高效率和广泛适用材料的制造设备。
它为各种复杂零件的制造提供了一种新的解决方案，具有广阔的应用前景。
随着技术的不断发展，相信激光选区烧结快速成形机床将在制造领域发挥越来越重要的作用。