第四章-选择性激光烧结成型工艺详解
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
第二节 选择性激光烧结的材料及设备
2.选择性激光烧结快速成型设备
研究选择性激光烧结（SLS）设备工艺的单位有美国的DTM公司、3D Systems 公司、德国的EOS公司以及国内的北京隆源公司和华中科技大学等。 下图是DTM公 司的Sinterstation 2500和2500Plus机型，如图所示。其中2500Plus机型的成型体积比过 去增加了10%，同时通过对加热系统的优化，减少了辅助时间，提高了成型速度。
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
6第二节 选择性激光烧结源自材料及设备1.选择性激光烧结快速成型材料
SLS工艺材料适应面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、石蜡 等材料的零件。特别是可以直接制造金属零件，这使SLS工艺颇具吸引力。
排烟除尘系统 及时充分地排除烟尘，防止烟尘对烧结过程和工作环境的影响
工作腔结构
全封闭式，防止粉尘和高温对设备关键元器件的影响
第二节 选择性激光烧结的材料及设备
（2）软件方面 独自开发的功能强大的HRPS’2002软件，有如下特点：
切片模块 数据处理 工艺规划
具有HRPS-STL(基于STL文件)和HRPS-PDSLice（基于直接切片文件， 由用户选用）两种模块
图4-3 DTM公司的Sinterstation2500机型
图4-4 DTM公司的Sinterstation2500 Plus机型
第二节 选择性激光烧结的材料及设备
华中科技大学的HRPS-III激光粉末烧结系统,如下图所示。它在硬件和软 件方面有着自己先进的特点。
图4-5 HRPS-IIIA激光粉末烧结快速成型机
◎粘结剂粉末与金属或陶瓷粉末按一定比例机械混合； ◎把金属或陶瓷粉末放到粘结剂稀释液中，制取具有粘结剂包裹的金属或陶瓷粉末。
实践表明，采用粘结剂包裹的粉末的制备虽然复杂，但烧结效果较机械混合的粉末好。近 年来，已经开发并被应用于SLS粉末激光烧结快速原型制作的材料种类如表4-2所示。
表4-2 常用的SLS工艺的材料
铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的烧结，如此反复，直至完成整个模型。
在成型过程中，未经烧结的粉末对模型的空腔和悬臂部分起着支撑作用，不必象
SLA和FDM工艺那样另行生成支撑工艺结构。
第一节 选择性激光烧结工艺的基本原理和特点
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。
选择性激光烧结加工过程是采用
铺粉辊将一层粉末材料平铺在已成形
零件的上表面，并加热至恰好低于该
粉末烧结点的某一温度，控制系统控
制激光束按照该层的截面轮廓在粉层
上扫描，使粉末的温度升至熔化点，
进行烧结并与下面已成形的部分实现
粘接。当一层截面烧结完后，工作台
下降一个层的厚度，铺料辊又在上面
图4-1 选择性激光烧结工艺原理图
具有STL文件识别及重新编码，容错及数据过滤切片，STL文件可视 化，原型制作实时动态仿真等功能
具有多种材料烧结工艺模块（包括烧结参数、扫描方式和成型方向 等）
安全监控 设备和烧结过程故障自动诊断，故障自动停机保护
第二节 选择性激光烧结的材料及设备
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HRPM-II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。 图4-6为HRPM-II金属粉末熔化快速成型机。
图4-2 选择性激光烧结系统的基本组成
第一节 选择性激光烧结工艺的基本原理和特点
2.选择性激光烧结工艺的特点
优点：
◎可直接制作金属制品
◎可采用多种材料
◎无需支撑结构
◎制造工艺比较简单
◎材料利用率高
缺点：
◎原型表面粗糙 ◎烧结过程挥发异味 ◎有时需要比较复杂的辅助工艺
第四章 选择性激光烧结成型工艺
第二节 选择性激光烧结的材料及设备
美国DTM公司开发的粉末材料：
在SLS领域，以DTM公司所开发的成型材料类别较多，最具代表性，其已商品化的SLS用 成型材料产品见表4-3，其中部分高分子材料粉末的具体型号及其指标与性能如表4-4所示，部 分金属粉末及树脂砂粉末的物理与力学性能如表4-5所示。
表4-3 DTM公司开发的部分SLS用成型材料