選擇性激光燒結鋪粉工藝分析

張俏

摘 要：近年來，選擇性激光燒結鋪粉工藝技術逐漸進入大眾視野，其本質是一種增材制造的先進工藝技術，在借助計算機輔助計算下能夠更加精密、高效地加工各種精密零價，本文對選擇性激光燒結鋪粉工藝概述、原理特點、制造工藝及其應用方面探討了探討。

關鍵詞：選擇性;激光;燒結;鋪粉工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.016

1 選擇性激光燒結鋪粉概述

選擇性激光燒結工藝英文名稱為Selective Laser Sintering，簡稱為SLS，該工藝技術最初是由美國人C. R. Dechard提出的，并于上世紀90年代初開發了成型機。選擇性激光燒結工藝的工作原理是非金屬或者金屬粉末在激光的照射下，并在計算機的輔助下完成堆積成型，目前選擇性激光燒結鋪粉工藝在工業上的應用很廣，并在人們的日常生活中發揮了重要的作用。

2 選擇性激光燒結工藝的基本原理和特點

（1）選擇性激光燒結工藝基本原理。選擇性激光器燒結工藝的基本原理是對粉末材料濟寧固化和燒結，首先，將粉末材料用輥筒或者刮板平均鋪在成型的零件表面，之后慢慢升溫，當溫度升高至接近其熔點時，借助計算機輔助軟件的設計，將激光在粉末表面進行掃面，并逐漸升溫至其熔點，進行燒結鋪粉連接。當表面上的一層粉末燒結鋪粉完成后，工作臺下降一個層的厚度，按照上述工藝流程繼續進行下一個層面的燒結鋪粉過程，該過程反復進行，直至整個零件完成燒結鋪粉，選擇性激光燒結工藝基本原理圖如下圖1所示。

（2）選擇性激光燒結工藝特點。選擇性激光燒結鋪粉工藝具有很多優勢，例如，金屬制品的制作成型過程中，避免了支撐結構的使用，并且使用的材料多種多樣，材料的浪費程度低，在工藝制作方面非常簡化，工藝實施條件簡單。但是也存在一些弊端，尤其是燒結后的零件表面很粗糙，很難形成一個光滑的表面，并且在燒結過程中產生一些異味氣體。

3 選擇性激光燒結工藝過程

選擇性激光燒結工藝在材料上有選擇性，石蠟、高分子、金屬、陶瓷粉末及其復合材料是常用材料，根據材料選擇的不同，工藝也呈現很大差異。

（1）高分子粉末材料燒結工藝。高分子粉末材料燒結鋪粉工藝主要分為三個過程，第一個過程前處理，第二個過程成型，第三個過程后處理。下面以某一鑄件的SLS原型制作工藝為例簡單介紹其制作工藝過程。

1）前處理。前處理主要是對工藝參數和工藝流程的準備，首先利用CAD建造一個三維的模型圖，之后將該成型的CAD三維造型經過STL數據終端傳輸到快速成型系統中。2）粉層激光燒結疊加。第二個過程是分層在成型零件表面上的燒結疊加，該過程首先是預熱一下成型空間，尤其是高分子材料，其預熱溫度一般需要達到100℃。在原型結構上找到準確的定位點，在預熱階段將找到正確的方位后，然后在控制面板上設置好工藝的具體參數，例如，燒結粉末的厚度，燒結的時間，燒結的溫度，激光掃描的方式、速度和功率等參數。啟動制作工藝的前提是當成型區域的溫度達到事前設定的溫度值，為確保制件的最終質量，應該根據燒結的情況隨時調節制件的溫度和激光掃描的功率，燒結完成后不能驟然降溫，應該緩慢將溫度冷卻到40℃以下。3）后處理。后處理是該工藝中非常重要的環節，由于激光燒結后的原件強度很弱，因此需要進行以下特殊處理才能保證正常使用，最常采用的處理方式是滲樹脂或滲蠟處理，由于該激光燒結鋪粉工藝的原型用于熔模鑄造，因此采用滲蠟處理比較合理。

（2）金屬零件間接燒結工藝。目前，最常采用的幾種快速成型工藝技術中，能夠間接或直接對金屬材質的零件進行燒結金屬粉末的工藝只有SLS工藝。該工藝在燒結過程中并不是采用單一的金屬粉末，而是在其中摻加了樹脂材料，樹脂材料的加入大大的提高了金屬成型原件的性能，并實現了金屬粉末和樹脂之間的連接。

4 選擇性激光燒結工藝的應用

（1）直接制作快速模具。SLS工藝是激光燒結工藝中比較成熟的工藝，根據材料自身性質的不能可以燒結成不能用途的模具，該工藝不僅可以燒制金屬模具還可以燒制陶瓷模具。

（2）復雜金屬零件的快速無模具鑄造。SLS激光快速成型技術不是一種獨立的工藝技術，可以與其他工藝相結合發揮更大的作用，例如，可以與精密鑄造工藝相結合制作形狀更為復雜的零件，并且工藝制作簡單，效率高，生產成本低。

（3）內燃機進氣管模型。內燃機進氣管模型的制作也是采用SLS激光快速成型工藝技術生產的，該工藝可以與計算機進行連接，對內燃機的效率和工作狀態進行評價測試，然后對內燃機進行優化，使燃燒效率提高，以此滿足內燃機的使用和發展需求。

（4）生物工程領域——PCL多孔支架制作。PCL是一種聚合物，在生物體內可作為一種可消溶性的酶使用，在肌肉和軟骨組織修復方面具有非常大、潛在的應用價值。PCL高分子聚合物可以由激光快速成型技術制作。此外，三維打印、精密擠壓沉積、光固化成型技術等方面也應用了選擇性激光燒結鋪粉工藝。

參考文獻：

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[2]沈以赴，顧冬冬，王蕾等.多組分銅基金屬粉末選擇性激光燒結成形的工藝研究[J].鑄造，2005，54（07）：659-664.