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。

2．1．1金属粉末SLS 技术直接法

直接法使用的材料是单一的纯金属粉末或由高熔点金属粉末和

低熔点金属粉末混合而成。目前，直接SLS 用的成形材料主要有: Ni -Sn、Fe -Sn、Cu-Sn、Fe-Cu、Ni-Cu 等。

(1)直接法的研究成果及存在的问题：

美国DTM 公司用SLS 2000 系统成功制作出了钢-铜合金的注

塑模具。德国汉诺威激光中心采用Nd:YAG 脉冲激光器和光学扫描系统试验了不同粒度的镍、铜、铝、青铜等合金材料。

美国Texas 大学Austin 分校对多组元金属粉末，如Cu-Sn、

Ni-Sn 的SLS 成形进行研究，并成功地制造出金属零件。还对单一金属粉末激光烧结成形进行了研究，成功地制造了用于F1 战斗机和AIM9 导弹的INCONEL625 超合金和Ti6Al4 合金的金属零件。

德国EOS 公司研制的SLS 材料DirectSteel 120－VI[12]，以钢为主，包含多种金属成分，平均粒径为20 μm，成型件不需要渗铜或青铜，由于粉粒直径小，烧结层厚可为20 μm，不需要进行表面处理，在N2保护中进行，最终金属件拉伸强度可达到491 Mpa，屈

服强度可达到414 Mpa。该公司新开发的Direct Tool粉末粒度更细，烧结后致密度可达95%，制得的金属件机械性能更好。

SLS 直接法由于可使金属零件形坯接近理论密度而成为当今世界的研究热点，但某些问题（如热应力）尚未彻底解决，而且粉末材料的选取具有局限性，因而仍无法扩展推广。虽然已有研究机构制

造出了零件，但零件体积一般较小，且成形速度慢，精度较低，目前只有少数种类金属材料成形制造可达到商品化水平。

(2) 金属粉末选择性激光烧结技术的发展前景

近十几年来，SLS 技术飞速发展，取得了良好的应用效果，但作为一项新兴制造技术，尚处于不断发展、不断完善的阶段。SLS 技术还有下述未来的的发展空间:

○1、新材料成形机理、成形性的研究与开发，为SLS 提供具有良好综合性能的烧结粉末材料及形成快速原型制造材料商品化。

○2、成形工艺和设备的开发与改进，以提高成形件的表面质量、尺寸精度和力学性能。

○3、后处理工艺的优化，以满足成形件经后处理后仍能满足尺寸精度的要求。

2．1．2 选择性激光烧结(SLS)

(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

与其它传统制造方法相比,选择性激光烧结技术的突出优点是:

(1) 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,例如具有复杂凹凸部分及中空的零件。

(2) 技术高度集成,综合集成了计算机技术、数控技术、激光技术和材料技术。

(3) 生产周期短,该技术从CAD 设计到零件的加工完成只需几小时到几十小时,特别适合于开发新产品。

(3) 研究现状

选择性激光烧结技术得到了广泛的应用,特别是用于直接生产金属零件和金属模具。美国DTM公司用SLS2000 系统成功制作出了钢—铜合金的注塑模具。德国汉诺威激光中心采用Nd :YAG脉冲激光器和光学扫描系统,试验了不同粒度的镍、铜、铝、青铜等合金材料。国内,中北大学铸造中心和南京航空航天大学特种加工研究室开展了选择性激光烧结技术的基础研究,目前南京航空航天大学特种加工研究室已完成了单层烧结试验,在粉末配比及激光烧结参数的选择方面均获得了比较好的结果。

2．1．3 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