3 第4章_选择性激光烧结成型工艺
选择性激光烧结的原理和工艺
选择性激光烧结的原理和工艺选择性激光烧结技术，最早由美国得克萨斯大学开发，并由 DTM 公司将其推向市场。
SLS 工艺是利用粉末状材料成型的。
其原理为：将材料粉末铺洒在已成型零件的上表面，并刮平；在计算机的控制下，用高强度的 CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成型的部分粘接；一层完成后再进行下一层，循环往复，全部烧结完成后，去除多余的粉末，便得到烧结成的零件。
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激光选区烧结成形
另外，由于SLS粉末材料的粉体形状都很不规则，这就 造成了粉末颗粒间存在有一定的间隙空间。例如，若粉 末全为均匀的球体，在压实状态下粉末的间隙空间会占 总体积的50%左右，只有当粉末全为方体时才可能达到 全密度（无间隙空间），但是在实际中这是不可能的， 而由烧结层叠加起来的成型件的密度却高达全密度的 95%以上，所以，在SLS烧结过程中，由于密度的增加， 成型件必然会产生收缩。这种由粉末密度的变化导致的 制件收缩可称为密度收缩。
3．SLS翘曲变形的发展规律
由于SLS翘曲变形是由烧结层各部分不均匀收缩造成的，所以烧 结层的不均匀收缩的变化规律就反映了其翘曲变形的变化规律。 由于SLS加工过程是层片叠加成型过程，所以各烧结层的收缩在 很大程度上要受前面已烧结层的影响与制约。当一层烧结完毕并 产生翘曲变形后，在其表面上新铺的一层粉末的厚度就很不均匀， 中间凹陷部分的粉末厚度大，四周翘曲部分所铺设的粉层厚度小。 但是，在烧结这一层并粘结到前一层上时，前一层的收缩变形已 固定下来，而当前层却仍然处于较松软的状态，于是当前层就有 向前一层铺展的趋势，这样，当前层的收缩受到前一层的制约而 减小，于是产生的翘曲变形也减小。这样层层叠加后烧结层的收 缩变形自然逐层变小，于是随着加工的进行制件的翘曲变形也就 逐渐减小。除了前一层的制约作用以外，当前层本身的翘曲变形 也是呈逐渐减小趋势的。这是由于随着烧结的进行，制件内存储 的能量逐渐增加，于是在烧结当前层时，前一层的温度也逐渐变 高，这样当前层上、下部分的温差逐渐变小，从而减小了烧结层 不均匀收缩的趋势，翘曲变形减小。
4.有效导热系数k
采用的烧结材料都是高分子聚合物。这些材料 对激光的反射与吸收与金属以及某些非金属有 较大的区别。它们对激光的反射比较低，对应 的吸收比较高。而且其结构特征决定了它对激 光波长有强烈的选择性。这些材料在红外区波
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。
选择性激光烧结技术讨论
选择性激光烧结技术讨论选择性激光烧结技术讨论1.选择性激光烧结技术（SLS）的发展现状⽬前RP技术的快速成型⼯艺⽅法有⼗多种，主要有：⽴体光固造型（⽴体印刷）SLA；选择性激光烧结SLS；叠层技术LOM；熔融沉积造型FDM ，三维印刷3D-P。
选择性激光烧结技术（Selective Laser Sintering）是发展最快，最为成功且已经商业化的RP⽅法之⼀，采⽤该技术不仅可以制造出精确的模型，还可以成型具有可靠结构的⾦属零件作为直接功能件使⽤。
由于其具有诸多优点，如粉末选材⼴泛、适⽤性，可直接烧结零件等，因此在现代制造中受到越来越⼴泛的重视。
SLS技术最初是由美国德克萨斯⼤学奥斯汀分校于1989年提出的。
后来美国DTM公司于1992年推出该⼯艺的商品化⽣产设备。
⼏⼗年来，奥斯汀分校和DTM公司在SLS领域做了⼤量研究⼯作，在设备研制和⼯艺、材料开发上取得了丰硕的成果。
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。
在国内，很多单位进⾏了SLS的相关研究⼯作，如华中科技⼤学、南京航空航天⼤学、西北⼯业⼤学、华北⼯学院和北京隆源⾃动成型有限公司等也取得了许多重⼤成果。
如北京隆源⾃动成型有限公司开发的AFS-300激光快速成型的商品化设备。
如果从烧结⽤材料的特性来划分，选择性激光技术的发展可分为两个阶段：⼀是⽤SLS技术烧结低熔点的材料来制造原型。
⽬前的烧结设备和⼯艺⼤多处于这⼀阶段。
所使⽤的材料是塑料、尼龙、⾦属或者陶瓷的包⾐粉末）（或于聚合物的混合物）；⼆是⽤SLS技术直接烧结⾼熔点的材料来制造零件2. 选择性激光烧结技术的研究内容选择性激光烧结(Selective Laser Sintering)是20世纪80年代末出现的⼀种快速成型新⼯艺—利⽤激光束烧结粉末材料分层加⼯制造技术。
零件的三维描述被转化为⼀整套切⽚，每个切⽚描述确定⾼度的零件横截⾯。
采⽤激光束对粉末状的成型材料进⾏分层扫描，受到激光束照射的粉末被烧结。
3第4章_选择性激光烧结成型工艺
3第4章_选择性激光烧结成型⼯艺机械⼯业出版社（第三版）第四章选择性激光烧结成型⼯艺◆选择性激光烧结⼯艺(S elective L aser S intering ，SLS )⼜称为选区激光烧结技术，SLS ⼯艺是利⽤粉末材料（⾦属粉末或⾮⾦属粉末）在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成型。
◆ SLS 的原理与SLA （光固化成型）⼗分相似，主要区别在于所使⽤的材料及其性状不同。
SLA 所⽤的材料是液态的紫外光敏可凝固树脂，⽽SLS 则使⽤粉状的材料。
◆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。
◆国内华中科技⼤学（武汉滨湖机电产业有限责任公司）、南京航空航天⼤学、中北⼤学和北京隆源⾃动成型有限公司等，也取得了许多重⼤成果和系列的商品化设备。
1 选择性激光烧结⼯艺的基本原理和特点23 选择性激光烧结⼯艺过程4 ⾼分⼦粉末烧结件的后处理6选择性激光烧结快速成型材料及设备第四章选择性激光烧结成型⼯艺5 选择性激光烧结⼯艺参数◆ SLS 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。
第⼀节选择性激光烧结⼯艺的基本原理和特点图4-1 选择性激光烧结⼯艺原理图1.选择性激光烧结（ SLS ）⼯艺的基本原理◆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。
选择性激光烧结(SLS)
3D打印技术 —选择性激光烧结
旅顺职业中专
李建新
授课内容
01 选择性激光烧结技术介绍 02 选择性激光烧结技术发展 03 选择性激光烧结技术应用
01 PART ONE 选择性激光烧结技术
1、SLS打印技术
SLS打印技术概念：
选择性激光烧结技术（Selective Laser Sintering, SLS），主要是利用粉末材料在激光照射下高温烧结的基 本原理，通过计算机控制光源定位装置实现精确定位，然 后逐层烧结堆积成型
华曙高科通过3D打印SLS技 术，为某汽车生产的车用空 调总成的部件原型件产品， 节省了磨具，修复等环节， 大大节省了时间，以前使用 CNC机床制造磨具，大概需 要14天时间，使用3D打印 后仅需要4天时间就可以交 付产品，单次打印的费用是 开模费用的10%
华曙高科与武汉萨普科技股份有限公司合作，采用连续增材制造解决方案建造 时间仅用10小时，将长度近1米、结构复杂的汽车空调HVAC壳体一体成型，且 其强度、精度完全符合技术标准。
02 选择性激光烧结技术发展 PART TWO
2、激光烧结技术发展
选择性激光烧结工艺最早是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Carl R. Deckard 于1989年在其硕士论文中提出的，随后C.R.Dechard创立了DTM公司，并于1992年 发布了基于SLS技术的工业级商用3D打印机Sinterstation。
选择性激光烧结成型技术的工艺与应用
选择性激光烧结成型技术的研究与应用摘要：介绍了选择性激光烧结成型技术的基本原理、工艺过程和特点，阐述了激光烧结技术的材料和设备的选择，列举了激光烧结技术在各个领域特别是模具制造领域的应用，并且分析了现有技术中存在的问题以及前景的展望。
关键词：快速成型；选择型激光烧结（SLS）；模具制造1.引言快速原型技术（Rapid Prototyping，PR）是一种涉及多学科的新型综合制造技术。
它是借助计算机、激光、精密传动和数控技术等现代手段，根据在计算机上构造的三位模型，能在很短时间内直接制造产品模型或样品。
快速原型技术改善了设计过程中的人机交流，缩短了产品开发的周期，加快了产品的更新换代速度，降低了企业投资新产品的成本和风险。
选择性激光烧结机技术（Selective Laser Sintering，SLS）作为快速原型技术的常用工艺，是利用粉末材料在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成型。
与其他快速成型工艺相比，其最大的独特性是能够直接制作金属制品，而且其工艺比较简单、精度高、无需支撑结构、材料利用率高。
本文主要介绍选择型激光烧结成型技术的基本原理、工艺特点、材料设备选择以及应用等内容。
2.选择性激光烧结技术（SLS）2.1选择性激光烧机技术（SLS）的基本原理和工艺过程选择性激光烧机技术（SLS）工艺是一种基于离散-堆积思想的加工过程，其成形过程可分为在计算机上的离散过程和在成形机上的堆积过程，简单描述如下：（1）离散过程。
首先用CAD软件，根据产品的要求设计出零件的三维模型，然后对三维模型进行表面网格处理，常用一系列相连三角形平面来逼近自由曲面，形成经过近似处理的三维CAD模型文件。
然后根据工艺要求，按一定的规则和精度要求，将CAD模型离散为一系列的单元，通常是由Z向离散为一系列层面，称之为切片。
然后将切片的轮廓线转化成激光的扫描轨迹。
（2）堆积过程。
首先，铺粉滚筒移至最左边，在加工区域内用滚筒均匀地铺上一层热塑性粉状材料，然后根据扫描轨迹，用激光在粉末材料表面绘出所加工的截面形状，热量使粉末材料熔化并在接合处与旧层粘接。
SLS技术的成形工艺原理
SLS技术的成形⼯艺原理⼀、实验名称：选择性激光烧结快速成型⼯艺实验SLS成型技术开辟了不⽤任何⼑具⽽迅速制作各类零件的途径，并为⽤传统⽅法不能或难于制造的零件或模型提供了⼀种崭新的制造⼿段，SLS技术的特点归纳起来主要有以下⼏点：（1）过程与零件复杂程度⽆关，是真正的⾃由制造，这是传统⽅法⽆法⽐拟的。
SLS 与其它RP不同，不需要预先制作⽀架，未烧结的松敞粉末作为⾃然⽀架，SLS可以成型⼏乎任意⼏何形状的零件，对具有复杂内部结构的零件特别有效。
（2）技术的⾼度集成，它是计算机技术、数控技术、激光技术与材料技术的综合集成。
（3）⽣产周期短，由于该技术是建⽴在⾼度集成的基础上，从CAD设计到零件的加⼯完成只需⼏⼩时到⼏⼗⼩时，这⼀特点使其特别适合于新产品的开发。
（4）与传统⼯艺⽅法相结合，可实现快速铸造、快速模具制造、⼩批量零件输出等功能，为传统制造⽅法注⼊新的活⼒。
（5）产品的单价⼏乎与批量⽆关，特别适合于新产品的开发或单件、⼩量零件的⽣产。
（6）材料适应⾯⼴，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、蜡等材料的零件。
特别是可以制造⾦属零件。
这使SLS⼯艺颇具吸引⼒。
成型材料是SLS 技术发展和烧结成功的⼀个关键环节,它直接影响成型件的成型速度、精度和物理、化学性能，影响成型⼯艺和设备的选择以及成型件的综合性能。
因此，国内外有许多公司和研究单位加强了这⼀领域的研究⼯作,并且取得了重⼤进步。
从理论上讲任何受热粘结的粉末都有被⽤作 SLS 原材料的可能性。
原则上这包括了塑料、陶瓷、⾦属粉末及它们的复合材料。
⽬前SLS材料主要有塑料粉（PC、PS、ABS）、蜡粉、⾦属粉、表⾯覆有粘结剂的覆膜陶瓷粉、覆膜⾦属粉及覆膜砂等。
（7）应⽤⾯⼴，由于成型材料的多样化，使得SLS 适合于多种应⽤领域，如原型设计验证、模具母模、精铸熔模、铸造型壳和型芯等。
（8）⾼精度，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，该⼯艺⼀般能够达到⼯件整体范围内±（0.05-2.5）mm 的公差。
综述SLS工艺
综述SLS工艺【摘要】：介绍了选择性激光烧结技术的原理、特点及其研究发展状况 ,简述了选择性激光烧结的工艺过程、应用、发展和研究现况。
最后 ,总结了选择性激光烧结技术的发展前景【关键词】：快速成形选择性激光烧结烧结粉末1.SLS简介20世纪90年代开始，随着世界经济竞争的日益激烈化和全球化，产品制造商们越来越需要以最短的时间制造出符合人们消费需求的新产品来抢占市场。
20世纪80年代末出现的快速成型(Rapid Prototyping，简称RP)就是在这样的背景下提出并逐步得以发展的。
RP技术是一种逐层零件制造上艺，它突破传统的材料变形成型和去除材料成型的工艺方法，使用近乎全自动化的工艺从CAD文件直接生产所需要的模型或模具，可以显著减少产品原型的开发时间和成本，极大的提高产品的质量；另外，RP制造过程中不需要任何传统意义上的工装夹具、刀具或模具即可制造出任何复杂形状的零部件。
因此。
RP技术在现代制造业中越来越具有竞争力，有望成为21世纪的的主流制造技术。
目前典型的快速成型的方法有：光固化立体造型SLA(StereoLithography Apparatus)、分层物件制作LOM(Laminated Object Manufacturing)、选择性激光烧结SLS(Selective Laser Sintering)和熔融沉积造型FDM(Fused Deposition Modeling)等。
各种RP方法具有其自身的特点和适用范围。
由于SLS工艺具有粉末选材广泛、适用性广、制造工艺比较简单、成形精度高、无需支撑结构、可直接烧结零件等诸多优点，成为当前发展最快、最为成功的且已经商业化的RP 方法之一，在现代制造业得到越来越广泛的重视。
主要综述SLS技术的工艺原理、实际应用、发展历程和现状。
2.SLS工艺的基本原理SLS工艺又称为选择性激光烧结，由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R. Dechard于1989年研制成功。
智慧树知到《3D打印技术与应用》2020见面课答案
见面课：3D打印技术前沿应用1、以下不是促进3D打印技术在医疗领域应用的方法是（）A.严格控制产品成本B.加强计算机辅助设计人才的培养C.鼓励发展拥有自主知识产权的3D打印机和专用配套材料D.建立清晰的回报预期正确答案：严格控制产品成本2、3D打印技术在建筑行业的应用中，目前使用最广泛的领域是（）A.建筑装饰品和建筑模型的生产B.建筑材料的生产C.整体建筑物的建造D.建筑机械的生产正确答案：建筑装饰品和建筑模型的生产3、LOM技术最早是用于什么领域（）A.医学摄像B.立体地图C.建筑D.航空航天正确答案：立体地图4、当前应用于建筑领域的 3D 打印技术主要有以下哪三种？（）A.D 型工艺B.轮廓工艺C.混凝土打印D.实体工艺正确答案：D 型工艺;轮廓工艺;混凝土打印5、3D 打印技术运用最广泛的是是在航空航天领域。
（）A.对B.错正确答案：对见面课：3D打印的材料及其性能1、对光敏树脂的性能要求不包括以下哪一项?（）A.粘度低B.固化收缩小C.毒性小D.成品强度高正确答案：毒性小2、以下是3DP打印技术使用的原材料是（）A.高分子材料B.光敏树脂C.PLAD.粉末材料正确答案：粉末材料3、选择性激光烧结成型工艺(SLS)可成型的材料包括（）A.塑料粉B.陶瓷粉C.金属粉D.蜡粉正确答案：塑料粉 ;陶瓷粉;金属粉;蜡粉4、3D 打印技术运用于航空发动机零部件制造的特点是（）A.短周期B.高成本C.高柔性D.低成本正确答案：短周期;高柔性;低成本5、下列材料中，LOM常用的材料有（）A.纸B.金属箔C.塑料膜D.光敏树脂。
SLS技术的成形工艺原理(知识参考)
一、实验名称：选择性激光烧结快速成型工艺实验SLS成型技术开辟了不用任何刀具而迅速制作各类零件的途径，并为用传统方法不能或难于制造的零件或模型提供了一种崭新的制造手段，SLS技术的特点归纳起来主要有以下几点：（1）过程与零件复杂程度无关，是真正的自由制造，这是传统方法无法比拟的。
SLS 与其它RP不同，不需要预先制作支架，未烧结的松敞粉末作为自然支架，SLS可以成型几乎任意几何形状的零件，对具有复杂内部结构的零件特别有效。
（2）技术的高度集成，它是计算机技术、数控技术、激光技术与材料技术的综合集成。
（3）生产周期短，由于该技术是建立在高度集成的基础上，从CAD设计到零件的加工完成只需几小时到几十小时，这一特点使其特别适合于新产品的开发。
（4）与传统工艺方法相结合，可实现快速铸造、快速模具制造、小批量零件输出等功能，为传统制造方法注入新的活力。
（5）产品的单价几乎与批量无关，特别适合于新产品的开发或单件、小量零件的生产。
（6）材料适应面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、蜡等材料的零件。
特别是可以制造金属零件。
这使SLS工艺颇具吸引力。
成型材料是SLS 技术发展和烧结成功的一个关键环节,它直接影响成型件的成型速度、精度和物理、化学性能，影响成型工艺和设备的选择以及成型件的综合性能。
因此，国内外有许多公司和研究单位加强了这一领域的研究工作,并且取得了重大进步。
从理论上讲任何受热粘结的粉末都有被用作 SLS 原材料的可能性。
原则上这包括了塑料、陶瓷、金属粉末及它们的复合材料。
目前SLS材料主要有塑料粉（PC、PS、ABS）、蜡粉、金属粉、表面覆有粘结剂的覆膜陶瓷粉、覆膜金属粉及覆膜砂等。
（7）应用面广，由于成型材料的多样化，使得SLS 适合于多种应用领域，如原型设计验证、模具母模、精铸熔模、铸造型壳和型芯等。
（8）高精度，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，该工艺一般能够达到工件整体范围内±（0.05-2.5）mm 的公差。
《3D打印成型工艺及材料》电子课件 第4章 选区激光熔化工艺及材料
孔隙率的大小与颗粒形状、表面粗糙度、粒径及粒径 分布、颗粒直径与床层直径的比值、床层的填充方式等因 素有关。一般说来孔隙率随着颗粒球形度的增加而降低， 颗粒表面越光滑，床层的孔隙率也越小。
孔隙率与球形度和表面粗糙度的关系
Nantong Institute of Technology
成型材料
4.4.2 金属粉末材料特性
<1.1 50KHz <3% 同光路指引 200-240V 水冷，冷却量1100W
Nantong Institute of Technology
成型系统
4.3.3 光路传输系统
1. 振镜扫描系统 SLM成型致密金属零件要求成型过程中固液界面连续，这就要求扫描间距更为精细。因此，所
采用的扫描策略数据较多，数据处理量大，要求振镜系统的驱动卡对数据处理能力强、反应速度快。
3D打印成型工艺及材料
第4章选区激光熔化工艺及材料
3D打印技术研究所
第4章 选区激光熔化工艺及材料 Nantong Institute of Technology
1
概述
2
成型原理及工艺
选择性激光烧结-SLS
选择性激光烧结(SLS-Selected Laser Sintering)一、概念在工作台上均匀铺上一层很薄(100μ-200μ)的粉末在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结，一层完成后再进行下一层烧结。
全部烧结后去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干等处理便获得零件。
目前成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉，用金属粉或陶瓷粉进行粘结或烧结的工艺还正在实验阶段。
工艺原理：借助精确引导的激光束使材料粉末烧结或熔融后凝固成形三维原型或制件。
信息过程：离散处理。
物理过程：叠加成型。
系统组成：主机、控制系统和冷却器三部分计算机控制系统：计算机、软件、传感检测单元和驱动单元组成上位机主要完成CAD数据处理和总体控制任务：1、从CAD模型生成符合快速成型工艺特点的数控代码信息； 2、将获得的数控代码信息传给子机； 3、对成型情况进行监控并接受运动参数的反馈。
必要时通过子机对快速成型设备的运动状态进行干涉； 4、实现人机交互，提供真实感的原型三维CAD模型显示和运动轨迹实时显示；5、提供可选加工参数询问，满足不同材料和加工工艺的要求；应用软件的功能：1、切片模块 2、数据处理 3、工艺规划 4、安全监控工艺步骤：1、金属粉末的烧结：单金属粉末、金属混合物、金属粉末加有机粉末烧结方法也分为三种2、陶瓷粉末的烧结：在粉末中加入粘结剂。
AL2O3和SiC 3、塑料粉末的烧结：一次烧结成型烧结件的后处理：高温烧结、热等静压、浸渍特点：可采用多种材料、制造工艺比较简单、高精度、成本较低原材料：塑料、蜡、陶瓷、金属、其它复合物的粉体。
适用范围：适合中、小件。
缺点：结构疏松、多孔、表面质量不高。
SLS成型的主要特点：1)可直接制造各种高分子材料功能件，用作结构验证和功能测试，可直接装配样机。
2)可用的粉末材料多样化，不同材料制件又的物理性能可满足不同的需要。
3)制件可直接用作精密铸造用蜡模、砂型、型芯。
4)无需支撑，材料利用率高。
选择性激光烧结演示课件
简介
选择性激光烧结工艺，又称选区激光烧结，由美国德克萨斯大 学Dechard于l989年研制成功。美国DTM公司已经商品化。
SLS工艺是利用粉末材料(金属粉末或非金属粉末)在激光照射 下烧结，在计算机控制下层层堆积成形。SLS的原理与SLA十 分相似，主要区别在于所使用的材料。
聚集32天津科技大学tianjinuniversitytechnologyselectivelasersintering33天津科技大学tianjinuniversitytechnology成型材料34天津科技大学tianjinuniversitytechnology成型材料35天津科技大学tianjinuniversitytechnology36天津科技大学tianjinuniversitytechnology37天津科技大学tianjinuniversitytechnology38天津科技大学tianjinuniversitytechnology39天津科技大学tianjinuniversitytechnology40天津科技大学tianjinuniversitytechnology41天津科技大学tianjinuniversitytechnology42天津科技大学tianjinuniversitytechnology43天津科技大学tianjinuniversitytechnology44天津科技大学tianjinuniversitytechnology45天津科技大学tianjinuniversitytechnology46天津科技大学tianjinuniversitytechnology成型过程47天津科技大学tianjinuniversity1预热12小时2冷却34小时48单组分金属粉末49精度与粉体粒度直接相关50天津科技大学tianjinuniversitytechnology高分子粉末材料成型工艺高分子粉末材料与金属粉末性质差别很大
第四章_选择性激光烧结成型工艺介绍
第三节 选择性激光烧结工艺过程
（3）后处理
激光烧结后的PS原型件，强度
很弱，需要根据使用要求进行渗蜡 或渗树脂等进行补强处理。由于该 原型用于熔模铸造，所以进行渗蜡 处理。渗蜡后的该铸件原型如图所 示。
图4-9 某铸件经过渗蜡处理的SLS原型
第三节 选择性激光烧结工艺过程
优点：
◎可直接制作金属制品 ◎无需支撑结构 ◎可采用多种材料 ◎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
1 2 3 4 5
选择性激光烧结工艺的基本原理和特点 选择性激光烧结快速成型材料及设备 选择性激光烧结工艺过程 高分子粉末烧结件的后处理 选择性激光烧结工艺参数
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50～125µ m之间。
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：
◎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
数据处理
工艺规划
安全监控
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。
合工大快速原型课后复习题及解答
合⼯⼤快速原型课后复习题及解答第⼆章光固化快速成型⼯艺1 ．叙述光固化快速成型的原理。
氦－镉激光器或氩离⼦激光器发出的紫外激光束在控制系统的控制下按零件的各分层截⾯信息在光敏树脂表⾯进⾏逐点扫描，使被扫描区域的树脂薄层产⽣光聚合反应⽽固化，形成零件的⼀个薄层。
⼀层固化完毕后，⼯作台下移⼀个层厚的距离，以使在原先固化好的树脂表⾯再敷上⼀层新的液态树脂，刮板将粘度较⼤的树脂液⾯刮平，然后进⾏下⼀层的扫描加⼯，新固化的⼀层牢固地粘结在前⼀层上，如此重复直⾄整个零件制造完毕，得到⼀个三维实体原型。
2 ．光固化快速成型的特点有哪些？优点：（1）成型过程⾃动化程度⾼；（2）尺⼨精度⾼；（3）优良的表⾯质量；（4）可以制作结构⼗分复杂的模型、尺⼨⽐较精细的模型；（5）可以直接制作⾯向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型；（6）制作的原型可以⼀定程度地替代塑料件。
缺点：（1）制件易变形，成型过程中材料发⽣物理和化学变化；（2）较脆，易断裂性能尚不如常⽤的⼯业塑料；（3）设备运转及维护成本较⾼，液态树脂材料和激光器的价格较⾼；（4）使⽤的材料较少，⽬前可⽤的材料主要为感光性的液态树脂材料；（5）液态树脂有⽓味和毒性，并且需要避光保护，以防⽌提前发⽣聚合反应，选择时有局限性；（6）需要⼆次固化3．光固化材料的优点有哪些？光固化树脂主要分为⼏⼤类？优点：（1）固化快（2）不需要加热（3）可配成⽆溶剂产品（4）节省能量。
（5）可使⽤单组分，⽆配置问题，使⽤周期长。
（6）可以实现⾃动化操作及固化，提⾼⽣产的⾃动化程度，从⽽提⾼⽣产效率和经济效益。
分类：(1)⾃由基光固化树脂(2)阳离⼦光固(3)混杂型光固化树脂4．光固化成型⼯艺过程主要分为⼏个阶段，其后处理⼯艺过程包括哪些基本步骤？阶段：前处理、原型制作和后处理三个阶段。
后处理步骤：（1）原型叠层制作结束后，⼯作台升出液⾯，停留5~10min（晾⼲）；（2）将原型和⼯作台⼀起斜放景⼲，并将其浸⼊丙酮、酒精等清洗液中，搅动并刷掉残留的⽓泡，45min后放⼊⽔池中清洗⼯作台；（3）由外向内从⼯作台上取下原型，并去除⽀撑结构；（4）再次清洗后置于紫外烘箱中进⾏整体后固化。
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第四章 选择性激光烧结成型工艺◆ 选择性激光烧结工艺(S elective L aser S intering ，SLS )又称为选区激光烧结技术，SLS 工艺是利用粉末材料（金属粉末或非金属粉末）在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成型。
◆ SLS 的原理与SLA （光固化成型）十分相似，主要区别在于所使用的材料及其性状不同。
SLA 所用的材料是液态的紫外光敏可凝固树脂，而SLS 则使用粉状的材料。
◆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。
◆ 国内华中科技大学（武汉滨湖机电产业有限责任公司）、南京航空航天大学、中北大学和北京隆源自动成型有限公司等，也取得了许多重大成果和系列的商品化设备。
1 选择性激光烧结工艺的基本原理和特点23 选择性激光烧结工艺过程4 高分子粉末烧结件的后处理6选择性激光烧结快速成型材料及设备 第四章 选择性激光烧结成型工艺5 选择性激光烧结工艺参数◆ SLS 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。
第一节 选择性激光烧结工艺的基本原理和特点图4-1 选择性激光烧结工艺原理图1.选择性激光烧结（ SLS ）工艺的基本原理◆ 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。
◆ 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。
图4-2 选择性激光烧结系统的基本组成 ◎ 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 ◎ 材料利用率高优点：2.选择性激光烧结工艺的特点缺点： ◎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和特点2 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6选择性激光烧结快速成型材料及设备第四章 选择性激光烧结成型工艺5 选择性激光烧结工艺参数第二节 选择性激光烧结的材料及设备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。
◆ 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1.选择性激光烧结快速成型材料间接SLS 用的复合粉末通常有两种混合形式：◎ 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。
表4-2 常用的SLS 工艺的材料表4-3 DTM 公司开发的部分SLS 用成型材料美国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。
表4-4 部分DuraForm 系列粉末材料及性能DTM 公司所开发的成型材料类别较多，最具代表性，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所示表4-5 DTM 公司开发的部分金属粉末及树脂砂材料及性能DTM 公司所开发的成型材料类别较多，最具代表性，其中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4-6 EOS 公司开发的部分粉末材料及性能德国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。
表4-7 国内各单位开发的SLS 用成型材料国内开发的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。
◆ 研究选择性激光烧结（SL S ）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。
2. 选择性激光烧结快速成型设备图4-5 HRPS-IIIA 激光粉末烧结快速成型机华中科技大学的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。
（1）硬件方面扫描 系统 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激光器 采用美国CO 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华中科技大学的HRPS-III 激光粉末烧结系统切片模块 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）两种模块数据处理 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 工艺规划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（2）软件方面独自开发的功能强大的HRPS ’2002软件，有如下特点：图4-6 HRPM-II 金属粉末熔化快速成型机华中科技大学（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。
表4-8 国内外部分选择性激光烧结快速成型设备一览表1 选择性激光烧结工艺的基本原理和特点2 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6选择性激光烧结快速成型材料及设备第四章 选择性激光烧结成型工艺5 选择性激光烧结工艺参数选择性激光烧结工艺使用的材料一般有石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末和它们的复合粉末材料。
材料不同，其具体的烧结工艺也有所不同。
1. 高分子粉末材料烧结工艺高分子粉末材料激光烧结快速原型制造工艺过程同样分为前处理、粉层烧结叠加以及后处理过程三个阶段。
下面以某一铸件的SLS 原型在HRPS-IVB 设备上的制作为例，介绍具体的工艺过程。
第三节 选择性激光烧结工艺过程前处理 成型 后处理（1）前处理前处理阶段主要完成模型的三维CAD 造型，并经STL 数据转换后输入到粉末激光烧结快速原型系统中。
图4-7 某铸件的CAD 模型（2）粉层激光烧结叠加图4-8 原型方位确定后的加工状态◆ 首先对成型空间进行预热。
对于PS 高分子材料，一般需要预热到100℃左右。
在预热阶段，根据原型结构的特点进行制作方位的确定，当摆放方位确定后，将状态设置为加工状态。
◆ 然后设定建造工艺参数，如层厚、激光扫描速度、方式、功率、烧结间距等。
当成形区域的温度达到预定值时，便可以启动制作了。
◆ 在制作过程中，为确保制件烧结质量，减少翘曲变形，应根据截面变化相应的调整粉料预热的温度。
◆ 所有叠层自动烧结叠加完毕后，需要将原型在成型缸中缓慢冷却至40℃以下，取出原型并进行后处理。
图4-9 某铸件经过渗蜡处理的SLS 原型（3）后处理激光烧结后的PS 原型件，强度很弱，需要根据使用要求进行渗蜡或渗树脂等进行补强处理。
由于该原型用于熔模铸造，所以进行渗蜡处理。
渗蜡后的该铸件原型如图所示。
2. 金属零件间接烧结工艺◆ 在广泛应用的几种快速原型技术方法中，只有SLS 工艺可以直接或间接的烧结金属粉末来制作金属材质的原型或零件。
◆ 金属零件间接烧结工艺使用的材料为混合有树脂材料的金属粉末材料，SLS 工艺主要实现包裹在金属粉粒表面树脂材料的粘接。
◆ 整个工艺过程主要分三个阶段：一是 SLS 原型件(“绿件”)的制作二是 粉末烧结件(“褐件”)制作 三是 金属溶渗后处理。
图4-10 基于SLS 工艺的金属零件间接制造工艺过程1、原型件制作关键技术① 选用合理的粉末配比：环氧树脂与金属粉末的比例一般控制在1：5与1：3之间。
② 加工工艺参数匹配：粉末材料的物性、扫描间隔、扫描层厚、激光功率以及扫描速度等。
2、褐件制作关键技术烧结温度和时间：烧结温度应控制在合理范围内，而且烧结时间应适宜。
3、金属熔渗阶段关键技术选用合适的熔渗材料及工艺：渗入金属必须比“褐件”中金属的熔点低。
金属零件间接烧结工艺过程中的关键技术：实例：采用金属铁粉末、环氧树脂粉末、固化剂粉末混合，其体积比为67%、16%、17%；在激光功率40W 下，取扫描速度170mm/s ，扫描间隔在0.2mm 左右，扫描层厚为0.25mm 时烧结。
后处理二次烧结时，控制温度在800℃，保温1h ；三次烧结时温度1080℃，保温40min ；熔渗铜时温度1120℃，熔渗时间40min 。
所成型的金属齿轮零件如图所示。
◆ 金属零件直接烧结工艺采用的材料是纯粹的金属粉末，是采用SLS 工艺中的激光能源对金属粉末直接烧结，使其融化，实现叠层的堆积。
◆ 金属零件直接烧结成型过程较间接金属零件制作过程明显缩短，无需间接烧结时复杂的后处理阶段。
但必须有较大功率的激光器，以保证直接烧结过程中金属粉末的直接熔化。
◆ 因而，直接烧结中激光参数的选择，被烧结金属粉末材料的熔凝过程及控制是烧结成型中的关键。
3. 金属零件直接烧结工艺4. 陶瓷粉末烧结工艺◆ 陶瓷粉末材料的选择性激光烧结需要在粉末中加入粘结剂。