金属粉末选区激光烧结技术
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
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。
简述选区激光烧结工艺的原理及其特点
简述选区激光烧结工艺的原理及其特点下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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金属粉末选择性激光烧结成形机制的研究
金属粉末选择性激光烧结成形机制
的研究
金属粉末选择性激光烧结成形机制的研究，指的是研究使用激光来烧结金属粉末而形成零件的过程。
这一过程可以被分为三个步骤：激光加热、热塑性变形和冷却。
首先，激光能量被用来加热金属粉末，使之发生热塑性变形，这一变形的过程包括金属粉末的熔化、流动和凝固。
然后，激光会在熔化的金属粉末表面产生各种结构，如柱状体、管状体等。
最后，金属粉末被冷却，从而形成最终的零件形状。
金属粉末选择性激光烧结成形机制的研究，主要用于研究金属粉末在激光加热过程中的变形特性，以及激光烧结成形过程中的参数对最终形状的影响。
SLS
选择域激光粉末烧结成型（SLS）技术目录1引言 (2)2 金属粉末激光快速成型技术研究现状 (2)2.1.1金属粉末SLS 技术直接法 (2)2.1.2 选择性激光烧结(SLS) (4)2.1.3 激光涂覆(熔覆) 制造技术 (4)3 发展前景及存在的问题 (5)4结语 (6)1、引言SLS(Selective Laser Sintering)工艺，常采用的材料有金属、陶瓷、ABS塑料等材料的粉末作为成形材料。
该工艺的特点是材料适应面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、金属、蜡等材料的零件。
造型精度高，原型强度高，所以可用样件进行功能试验或装配模拟。
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。
2 、金属粉末激光快速成型技术研究现状金属粉末烧结成型技术是国际上当前的热点研究领域,可以自动迅速地从三维CAD 模型直接制得形状复杂的金属零件或模型,其制造方法主要包括金属粉末SLS 技术、选择性激光烧结(SLS) 和激光熔覆制造三种技术。
浅析金属粉末选择性激光烧结快速成型技术
第 ２期
总 第 １ ８期 ６
冶 金
丛
刊
Ｓ ｕｍ ． ６８ １
ＮＯ ２ ．
２００７ 年 ４ 月
ＭＥｒ Ｌ ＧＩ Ｌ Ｃ Ｌ Ｔ ＯＮＳ ｌ ＡＬ ＵＲ ＣＡ ＯＬ ＥＣ Ｉ
Ａｐ ｉ ２ ０ ０ ７ ｒｌ
浅 析 金 属 粉 末选 择 性 激 光 烧 结快 速 成 型 技 术
Ｍ ＥＴＡＬ． ＰＯ Ｗ ＤＥＲ ＥＬＥ Ｓ ＣＴＩ ＶＥ ＬＡＳ ＥＲ Ｉ Ｓ ＮＴＥＲＩ ＮＧ
Ｓ ａ ｕ ｎ ｈ ｏＪ ａ
（ ｎ ｕ Ｅｅｔ ｎａｄＭｅｈ ｎｃｌ ｃｕ ａ ｏ ｅ ａ ｈ ｅ ） Ａ ｈ ｉ ｌｃ ｏ ｎ ｃ ａ ｉ ｃｐ ｔ ｎＴ ｃＭ ｃ ｉ ｒ ｒ ａＯ ｉ ｎ ｙ
邵 娟
（ 徽机 电职 业技 术学 院机 械系 ） 安
摘 要
霍文 国
（ 南京 航空 航天 大学 机 电学 院 ）
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 。
Ｈｕ ｅ ｇ ｏ ｏＷ ｎ ｕ
（ ａｊ ｇＵ ｉｅｓｙｏ Ａ ｒｎｕｉ ｎ ｓ ｏ ａ ｔ ｓＥｅｔ ｎａｄＭｅｈ ｎｃｌ ｃ ｄｍｙ Ｎ ｎｉ ｎｖｒｉ ｆ ｅ ａｔ ｓ ｄＡ ｔ ｎ ｕｉ ｌｃ ｏ ｎ ｃａ ｉ ａ ｅ ） ｎ ｔ ｏ ｃａ ｒ ｃ ｒ ａＡ
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金属粉末选区激光烧结技术
摘要:激光快速成型技术是集计算机辅助设计、激光熔覆、快速成型于一体的先进制造技术,是传统加工成形方法的重要补充。
介绍了金属粉末激光快速成型技术的研究现状和发展前景。
关键词:金属粉末, 选择性激光烧结, 快速成型技术
金属粉末选区激光烧结技术(Selective laser sintering以下简称SLS)是一种快速成型技术(Rapid Prototyping Technology-RPT)属于先进制造技术范畴，机械工程学科非传统加工工艺(或称为特种加工)。
是近年来迅速发展起来的一门高新技术，是光学、电子、材料、计算机等多学科的集成。
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 年研制成功。
可以自动迅速地从三维CAD模型直接制得形状复杂的金属零件或模型,其制造方法主要包括选择性激光烧结(SLS) 和激光熔覆制造两种技术。
1、选择性激光烧结(SLS) 技术
(1)SLS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，并使烧结成形的固化层层层叠加，生成所需形状的零件。
首先由CAD产生零件模型，并用分层切片软件对其进行处理，获得各截面形状的信息参数，作为激光束进行二维扫描的轨迹；由激光发出的光束在计算机的控制下，根据几何形体各层截面的坐标数据有选择地对材料粉末层进行扫描，在激光辐照的位置上粉末烧结在一起，一层烧结完成后，再铺粉进行下一层扫描烧结，新的一层和前一层自然地烧结在一起，最终生成三维形状的零件。
(2)SLS的特点
①SLS 过程与零件复杂程度无关，具有高度的柔性,在计算机的控制下可方便迅速地制作出传统加工方法难以实现的复杂形状的零件，是真正的自由制造。
②产品的单价几乎与批量无关，特别适合于单件、小批量零件的生产。
③生产周期短，从CAD 设计到零件的加工完成只需几小时到几十小时，整个生产过程数字化，可随时修正、随时制造。
这一特点使其特别适合于新产品的开发。
④与传统工艺方法相结合，可实现快速铸造、快速模具制造等功能，为传统制造方法注入了新的活力。
⑤材料范围宽，任何受热粘结的粉末材料都有用作SLS原材料的可能性。
2、激光涂覆(熔覆)制造技术
(1)激光涂覆制造技术的原理
激光涂覆制造技术也称近形技术(LENS),是在激光熔覆技术和快速原型技术的基础上发展起来的一种新技术。
首先由CAD 产生零件模型,用分层切片软件进行处理,获得各截面形状的信息参数,作为工作台进行移动的轨迹参数。
工作台在计算机的控制下根据几何形体各层截面的坐标数据进行移动的同时,用激光涂覆的方法将材料进行逐层堆积,最终形成具有一定外形的三维实体零件。
(2)激光涂覆制造技术的特点
使用聚焦激光辐照时形成的熔池很小,可制出外形精密的零件。
因烧结点的大小和激光束的有效直径差不多,故零部件的壁厚可精确调节,减少了后处理工序。
激光近形方法提高了设计的灵活性,通过改变CAD 模型文件可方便经济地修改补充零件,灵活改变零件不同部位的成分,使零件具有优异的综合性能,生产周期大大缩短,效率很高。
只要被加工材料对所用激光器的激光波长有低的反射率,就可用LENS 法来处理。
激光涂覆制造技术易实现选区熔覆,可以用来修复大的金属零件,且无需制作昂贵的工模具,生产成本低。
3、发展前景及存在的问题
金属粉末的激光快速成型技术集计算机辅助设计、激光熔覆、快速成型于一体,在无需任何硬质工模具或模型的情况下,能快速制备出不同材料的复杂形状、多品种、小批量的零件,所成型零件致密度高,具有快速凝固组织特征,能满足直接使用要求,在航天器件、飞机发动机零件及武器零件的制备上具有广阔的应用前景。
还可通过改变成型材料,得到不同部位由不同材料组成的零件,与计算机相结合,发展材料的智能制备系统。
从上世纪90年代初开始,探索实现金属零件直接快速成型制造的方法已成为RP技术的研究热点,随着大功率激光器的出现,使得采用快速成型方法直接制造金属零件成为可能,国外著名的RP技术公司均在进行金属零件快速成型技术研究。
探索直接制备满足工程使用条件的金属零件快速成型技术,将有助于快速成型技术向快速制造技术的转变,能极大地拓展其应用领域。
此外,利用逐层制造的优点,探索制造具有功能梯度、综合性能优良、特殊复杂结构的零件也是一个新的发展方向。
而快速成型技术与传统制造技术相结合,形成产品快速开发—制造系统也是一个重要趋势。
目前,快速成型技术的成型精度为0.01mm数量级,表面质量还较差,有待进一步提高。
最主要的是成型零件的强度和韧性还不能完全满足工程实际需要,完善现有快速成型工艺与设备,提高零件的成型精度、强度和韧性,降低设备运行成本的需求是十分迫切的。
4、结语
快速成型作为一种高新制造技术,必将在十几年来飞速发展的基础上扬长避短,不断开发出新的成型工艺、成形材料及智能化相关技术,现有工艺也必将朝着精密化、高精度、低成本、标准化方向发展,并应以能直接生产半功能性、功能性零件为目标。
Metal Power Rapid Prototyping Technology
Abstract : Laser rapid prototyping is a new manufacturing technology , which combined by computer aided design , laser cladding and rapid prototyping , and it is the complement of the traditional shape method. The general and the prospective developments of the metallic powders rapid prototyping technology are introduced. Keywords :metallic powder, selective laser sintering , rapid prototyping technology.
参考文献
1、朱林泉,白培康. 快速成型与快速制造技术.北京：国防工业出版社,2003: 13,87,88
2、程军,白培康,赵熹华.选择性激光烧结成型技术的研究现状及发展趋势, 第4
届全国激光加工学术会议论文集. 北京: 冶金工业出版社,1997:135
3、杨森等. 激光快速成型金属零件的新方法. 激光技术,2001(4):254～257。