项目四-任务五-选择性激光烧结技术的起源及现状
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。
SLS选择性激光烧结.pptx
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
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四、SLS工艺优点
选择性激光烧结技术
成型0701 第八小组 小组成员：鲁建飞 王旭松 肖娟 李慧 邓富敏 主 讲 人：王旭松
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。
四、SLS工艺优点
四、SLS工艺优点
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。
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。
一、SLS技术概述
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。
选择性激光烧结成型工艺课件
工艺参数及其影响
激光功率
激光功率是影响选择性激光烧结成型工艺的关键因素之一。它决定了烧结过程中的能量输 入，影响着材料的熔化速度和烧结深度。过高的激光功率可能导致材料过烧，而过低的激 光功率则可能导致烧结不充分。
扫描速度
扫描速度是指激光束在材料表面的移动速度。它影响着烧结过程中热量输入的时间和分布 。较快的扫描速度可以减少热量输入，避免材料过烧，但也可能导致烧结不充分。较慢的 扫描速度则相反，有助于提高烧结质量，但可能增加过烧的风险。
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铺粉
在SLS设备的成型缸中铺设一层粉末材料，粉末材料可以是塑料、金属
、陶瓷等。铺粉的厚度和均匀度对最终成品的精度和质量具有重要影响
。
激光烧结过程
激光扫描
高能激光束在计算机的控制下，按照 模型的分层数据对粉末进行选择性扫 描。激光扫描过的粉末会迅速熔化并 凝固，形成模型的截面轮廓。
层层堆积
每完成一层截面的烧结后，成型缸会 下降一个层厚的距离，然后铺设新的 粉末，继续进行下一层的烧结。如此 层层堆积，直至整个模型完成。
VS
材料
选择性激光烧结成型工艺可使用的材料种 类较多，包括金属粉末、非金属粉末、塑 料粉末等。不同材料具有不同的物理和化 学性质，因此在使用过程中需要根据实际 需求进行选择。同时，为了保证成型质量 和效率，对粉末材料的粒度分布、流动性 、湿度等参数也需要进行严格控制。
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选择性激光烧结成型工艺流程
缺陷。
强化员工培训
加强对操作员工的培训和考核 ，提高其技能水平和质量意识 ，确保制品质量的稳定提升。
THANKS
感谢观看
层厚
层厚是指每层烧结材料的厚度。它影响着烧结成型件的精度和表面质量。较小的层厚可以 提高成型件的精度和表面光洁度，但可能增加制造时间和成本。较大的层厚则相反，可以 缩短制造时间和降低成本，但可能降低成型件的精度和表面质量。
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。
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。
选择性激光烧结技术介绍 SLS
How the SLS system works ?
Application of SLS
• Functional testing of production-quality prototypes • Economical manufacturing of organic or highly complex geometries • Rapid low-volume manufacturing of metal parts
SLS技术的特点 技术的特点
• 可采用多种材料：可采用加热时粘度降低的任何粉末，通过材料或各 类含粘结剂的涂层颗粒制造出任何造型；特别是可以制造金属零件。 这使SLS工艺颇具吸引力。 • 制造工艺比较简单：可以直接生产复杂形状的原型、型模、三维共建 或部件及工具，能广泛适应设计和变化； • 精度高：依赖于使用的材料种类和粒径、产品的几何形状和复杂程度。 一般能够达到共建整体范围内±（0.05-2.5）mm的公差，当粉末粒径 为0.1mm以下时，成型后的原型精度可达 ± 1%。 • 材料利用率高，价格便宜，成本低； • 翘曲变形比SLA工艺小，可能设计制造精细与条状结构的两件 • 难度一：零件表面粗糙，颗粒大，需要手工抛光表面， • 难度二：融合维持容箱内粉末的温度刚好低于熔点。
Process of SLS
3D Module Conve置
输出切片文件
切片参数设置
模型放置与添加零件支撑
铺粉参数：电极、滚轮、成型缸、料缸 成型加工及参数设置 温度参数 扫描参数 功率参数 启动加工
SLS Technology of Toady
• 总的来说，SLS技术目前在工业领域还没有得到大规模的普及应用。技术很先进，但也 存在一些问题：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、产品在加工过程中存在翘曲，开裂等现象。 在商业化开发方面，国外做得比较好的主要是美国的3D SYSTEM公司以及德国的EOS. SLS技术在金属成型方面的能力能体现各个公司在该项技术方面的优势， 3D SYSTEM 和EOS在这方面做得比较好，相比国内一些科研机构如华中科技大学，他们的优势体 现在： 表面光洁度高，省去大量去除表面粉末的的时间 产品加工尺寸精度高 结构适应性好，能适应各种几何形状 快速的成型速度 同一台机粉末可选多，钢粉、铝粉、钛粉等都可以做
选择性激光烧结技术(一)
选择性激光烧结技术的打印工作过程
激光束沿 轮廓烧结
平台下移 一层高度
一、 选择性激光烧结工艺的基本原理
当实体构建完成并在原型部分充分冷却后，粉末块会上升到 初始的位置，将其拿出并放置到后处理工作台上，用刷子小心刷去 表面粉末露出加工件部分，其余残留的粉末可用压缩空气除去。
选择性激光烧结系统的基本组成
第四选章择性选激择光性烧激结光（烧SL结S）成型工艺
选择性激光烧结工艺(Selective Laser Sintering，SLS)又称为选区激光烧 结技术，该方法最初是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C. R. Dechard于 1989年提出的，稍后组建了DTM公司，于1992年开发了基于SLS的商业成型 机(Sinterstation)。20年来，奥斯汀分校和DTM公司在SLS领域做了大量的研 究工作，并取得了丰硕成果。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。
（4）成型腔
激光进行粉末、成 形的封闭腔体，要由工 作缸和送粉缸等组成。 缸体可以沿Z轴上下移动。
成型腔结构
（3）粉末传送系统 SLS设备中，送粉通常采用两种方式， 一种是粉缸送粉方式，即通过送粉缸的升降完成粉末
的供给； 另一种是上落粉方式，即将粉末置于机器上方的容器
内，通过物末的自由下落完成粉末的供给 。 铺粉系统也有铺粉辊和刮刀两种方式。
HRPM-II金属粉末熔化快速成型机
国内外部分选择性激光烧结快速成型设备一览表
三、选择性激光烧结技术的工艺流程
三维建模& 逆向工程
生成STL文 件
成型
产品
后处理
选择性激光烧结技术成形全过程可 以归纳为前处理、激光烧结成型、后处 理3个主要步骤。
(精选)激光选区烧结成形
从以上的分析中可知，Ec代表了材料的特征参 数，它们与粉体材料的孔隙率、吸收率、熔点、 粉末密度、颗粒尺寸以及形态有直接的关系。 而EMAX取决于激光功率和扫描速度。烧结宽度 和烧结深度随着激光功率的增强而增大，随着 扫描速度的增加而减小。
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成型件的翘曲变形分析
在SLS加工中，翘曲现象经常发生,如图2-5所 示。翘曲变形对成型精度影很大，造成很大的 尺寸、形位误差，甚至导致加工无法进行。
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最大辐照能量与激光功率成正比，与光束半径 和扫描速度成反比。在粉末烧结成型过程中， 当激光辐照能量低于某一临界能量值Ec时，粉 末虽然受热但仍保持原始粉末状态。当E>Ec 时，粉末颗粒的温度高于熔点，粉末熔化烧结， 当E=Ec时，上式为
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临界烧结点呈二次抛物线，因此，当激光沿X 方向以恒定速度扫描时，粉末烧结而形成的实 体形状近似图2-4中所示的黑色部分。对于一 种给定的材料，其具体的取值范围由激光功率 和扫描速度决定。
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SLS技术的研究现状
从SLS技术诞生到广泛应用于各个领域，二十 多年来，各国的SLS学者对SLS技术的成型工 艺、方法、材料、成型效率以及成型精度展开 了大量的理论和试验研究。
目前，这些研究主要集中在：3D systems公 司、DTM公司、EOS公司、东京大学、Sony 公司、香港理工大学以及国内的清华大学、西 安交通大学、南京航空航天大学、华中科技大 学、浙江大学和北京隆源自动成型系统有限公 司等。
18Biblioteka 激光器的激光束 采用的CO2气体激光器的激光束呈高斯分布， 如图2-2所示，激光束在材料表面的强度分布 表示为
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体现在截面位置的激光烧结示意图如图2-3所 示，深颜色部分表示激光强度光斑范围内粉末 表面和深度上的分布，同时也是熔化粉末的宽 度和深度。
激光选区烧结(修正)
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应用领域
应用领域
3.1 航空航天领域
在航空航天领域，激光选区烧结 技术被广泛应用于制造复杂的航 空部件和零件。由于这些部件和 零件的形状和结构往往非常特殊 ，传统的加工方法难以满足要求 ，而激光选区烧结技术可以轻松 地制造出这些复杂的形状和结构
3.2 医疗领域
在医疗领域，激光选 区烧结技术被广泛应 用于制造人工关节、 假肢等高精度医疗设 备。由于这些设备的 形状和结构需要高度 精确，传统的加工方 法往往不能满足要求 ，而激光选区烧结技 术可以制造出高度精 确的形状和结构
2.3 高效率
激光选区烧结技术的 另一个优点是生产效 率高。因为它是自动 化的，可以连续地进 行生产，而且不需要 传统的加工工具和模 具。这大大提高了生 产效率，降低了生产 成本
技术特点
技术特点
2.4 高度定制 化
激光选区烧结技术可 以根据客户的需求进 行定制化生产。这使 得该技术在满足个性 化需求方面具有很大 的优势
应用领域
应用领域
3.3 汽车领域
在汽车领域，激光选区烧结技术被广泛应用于制造汽车零部件。由于这些零部件的形状和 结构往往非常复杂，传统的加工方法难以满足要求，而激光选区烧结技术可以轻松地制造 出这些复杂的形状和结构。此外，激光选区烧结技术还可以用于制造汽车原型和概念车
应用领域
3.4 建筑领域
在建筑领域，激光选区烧结技术被广泛应用 于制造建筑模型和部件。由于这些模型和部 件的形状和结构往往非常复杂，传统的加工 方法难以满足要求，而激光选区烧结技术可 以轻松地制造出这些复杂的形状和结构。此 外，激光选区烧结技术还可以用于制造建筑 部件的原型和概念部件
、汽车、建筑等
下面将对激光选区烧结SLS 进行详细的介绍
选择性激光烧结技术专利态势分析
选择性激光烧结技术专利态势分析摘要：增材制造技术近年来已成为国内外研究热点，选择性激光烧结技术是其中最为重要的一种方式，本文对其专利态势进行分析，可以了解产业国内外产业、技术发展状况，从多角度反映当前增材制造技术的状况以及未来发展趋势。
关键词：检索要素；关键词；扩展；缩限不当一、引言增材制造(Additive Manufacturing，AM)技术是通过计算机软件设计数据采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，目前已成为新兴发展热点, 我国政府高度重视，自2015年以来，陆续出台《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》、《增材制造产业发展行动计划（2017-2020年）》、《增材制造标准领航行动计划（2020-2022年）》等政策鼓励增材制造技术发展。
其中，选择性激光烧结技术（SLS）是增材制造技术的重要类型之一，本文对选择性激光烧结技术的专利态势进行深入分析，从多角度反映当前增材制造技术的状况以及未来发展趋势。
二、专利整体态势分析图1 选择性激光烧结技术专利申请态势图1所示为选择性激光烧结技术近20年在全球专利申请的发展趋势，由图可知，选择性激光烧结技术的发展可以分为萌芽期（2000年以前）、成长期（2000~2012年）、快速发展期（2012年至今）三个阶段。
分析全球选择性激光烧结技术领域专利申请申请人所在国家/地区的分布情况可知，中、美、德、日为该技术主要的创新来源国，同时也是专利技术的主要进入国，其中美、德、日的市场占有率也居于前列，龙头企业3D systems、EOS、SLM Solutions、ReaLizer亦主要来源于以上国家，充分表明上述国家在该技术领域的技术研发和设备开发方面依然居于世界领先地位；国内进行选择性激光烧结技术专利申请的区域则主要在广东、江苏、北京、陕西、湖南、上海、湖北和浙江，集中在珠三角、长三角、北京等经济活力足、创新欲望高的地区。
研究表明，选择性激光烧结技术在美、日、德等国家技术发展早、创新程度高、技术转化力度大，在中国仍处于发展期，我国在该技术领域的自主研发投入力度较大，并取得了一定成绩，但产业技术发展水平与竞争对手相比还有差距，技术创新程度不高，技术研发空间还很大。