2.2.4 SLS
:选择性激光烧结

SLSSelective Laser Sintering),选择性激光烧结、选区激光烧结。该工艺属于“粉末/丝状材料高能束烧结或熔化成型”这一大类。

该工艺由美国得克萨斯大学奥斯汀分校的C. R. Dechard1989年研制成功。SLS3DP相似,也是采用粉末材料,但一般都为金属粉末、陶瓷粉末等。此外,不像3DP通过喷头喷黏结剂来黏结,而是通过烧结来黏结。具体地,如图2-5所示,SLS利用粉末材料在激光照射下烧结的原理,由计算机控制,层层堆结成型。首先铺一层粉末材料,并刮平。将材料预热到接近熔化点,再使用高强度的CO2激光器有选择地在该层截面上扫描,使粉末温度升至熔化点,然后烧结形成黏结,接着不断重复铺粉、烧结的过程,直至完成整个模型成型。

2-5  SLS的技术原理(图片来源:thre3d.com

SLS在市场上采用得比较多,因为它和工业结合得很紧密,而且使用的材料最广泛,理论上讲几乎所有的粉末材料都可以打印。像铸造行业对精度要求没那么高,SLS打印出来的精度足够了,与精密铸造工艺相当。SLS可以直接打印一些小的金属件,如首饰、小的金属模具等。SLS的打印案例如图2-7所示。

Selective Laser Sintering  

2-7  SLS的打印案例(图片来源:ArtCorp

SLS技术的优点如下。

ü 成型材料广泛,包括高分子、金属、陶瓷、砂等多种粉末材料。

ü 零件的构建时间较短,可达到1 inch/h速度。

ü 所有没用过的粉末都能在下一次打印中循环利用。所有未烧结过的粉末都保持原状并成为实物的支撑性结构,因此这种方法不需要任何其他支撑材料。相比之下,FDMSLA等工艺则需要支撑结构。

ü 此技术最主要的优势在于金属成品的制作,其制成的产品可具有与金属零件相近的机械性能,故可用于直接制造金属模具以及进行小批量零件生产。

 

SLS技术的缺点如下。

r  粉末烧结的表面粗糙(精度为0.10.2mm),需要后期处理。在后期处理中难以保证制件尺寸精度,后期处理工艺复杂,样件变形大,无法装配。

r  无法直接成型高性能的金属和陶瓷零件,成型大尺寸零件时容易发生翘曲变形。

r  在加工前,要花近2小时的时间将粉末加热到熔点以下,当零件构建之后,还要花510小时冷却,然后才能将零件从粉末缸中取出。

r  由于使用了大功率激光器,除了本身的设备成本,还需要很多辅助保护工艺,整体技术难度较大,制造和维护成本非常高,普通用户无法承受,所以目前应用范围主要集中在高端制造领域,而尚未有桌面级SLS打印机开发的消息。

r  需要对加工室不断充氮气以确保烧结过程的安全性,加工的成本高。该工艺产生有毒气体,污染环境。

 

还有一种跟SLS原理相似的工艺名为SHSSelective Heat Sintering:选择性热烧结),如图2-5所示。不同之处在于SHS采用的是热打印头而非高强度的激光,耗材为热塑性粉末而非金属粉末,因此是一种相对廉价的方案,可被用于桌面级打印。

2-5  SHS的技术原理(图片来源:thre3d.com

除了SLS,金属打印还有SLMDMLSLENSEBMEBDM,详细介绍请移步本章2.4节。