国内外典型的激光烧结粉末

国内外典型的激光烧结粉末

2013.07.06

理论上讲，所有受热后能相互粘结的粉末材料或表面覆有热塑（固）性粘结剂的粉末材料都能用作SLS材料。

要求：

粉末材料有良好的热塑（固）性，

一定的导热性，

粉末经激光烧结后要有一定的粘结强度；

粉末的粒度不宜过大，否则会降低成型件质量；SLS材料还应有较窄的“软化-固化”温度范围，

几种典型的粉末烧结快速成型材料

1、蜡粉

（1）用途：烧结制作蜡型，精密铸造金属零件。

（2）传统的熔模精铸用蜡（烷烃蜡、脂肪酸蜡等），其熔点较低，在60℃左右，烧熔时间短，烧熔后没有残留物，对熔模铸造的适应性好，且成本低廉。

（3）但存在以下缺点：

•对温度敏感，烧结时熔融流动性大，使成型不易控制；

•成型精度差，蜡模尺寸误差为±0.25mm；

•蜡模强度较低，难以满足具有精细、复杂结构铸件的要求；•粉末的制备十分困难。

2、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯、工程塑料(ABS)

（1）特点：

聚苯乙烯(P S)属于热塑性树脂，熔融温度100℃，受热后可熔化、粘结，冷却后可以固化成型，而且该材料吸湿率很小，仅为0.05%，收缩率也较小，其粉料经过改性后，即可作为激光烧结成型用材料。

（2）用途：

烧结成型件经不同的后处理工艺具有以下功能：第一，结合浸树脂工艺，进一步提高其强度，可作为原型件及功能零件。第二、经浸蜡后处理，可作为精铸蜡模使用，通过熔模精密铸造，生产金属铸件。

3、尼龙粉末（PA）

（1）用途：

粉末粒径小，制作模型精度高，用于CAD数据验证；因为具有足够的强度可以进行功能验证。

（2）特点：

烧结温度—粉末熔融温度180℃；

烧结制件不需要特殊的后处理，即可以具有49MPa的抗拉伸强度。

（3）其它：尼龙粉末烧结快速成型过程中，需要较高的预热温度，需要保护气氛，设备性能要求高。

4、覆膜砂粉末、覆膜陶瓷粉末材料

（1）覆膜砂与铸造用覆膜砂类似，采用热固性树脂，如酚醛树脂包覆锆砂(ZrO2)、石英砂(SiO2)的方法制得。利用激光烧结方法，制得的原型可以直接当作铸造用砂型（芯）来制造金属铸件，其中锆砂具有更好的铸造性能，尤其适合于具有复杂形状的有色合金铸件，如镁、铝等合金的铸造。

•材料成分：包覆酚醛树脂的石英砂或锆砂，粒度160目以上；

•应用：用于制造砂型铸造的石英或锆型（芯）；

•应用实例：砂型铸造及型芯的制作，适用于单件、小批量砂型铸造金属铸件的生产，尤其适合用于传统制造技术难以实现的金属铸件。

（2）覆膜陶瓷粉

与覆膜砂的制作过程类似，被包覆陶瓷粉可以

O3、ZrO2和SiC等，激光烧结快速成型后，结合是Al

2

后处理工艺，包括脱脂及高温烧结，可以快捷地制造精密铸造用型壳，进而浇注金属零件。

也可以直接制造工程陶瓷制件，烧结后再经热等静压处理，零件最后相对密度高达99.9%，可用于含油轴承等耐磨、耐热陶瓷零件。

5、金属粉末

用SLS 制造金属功能件的方法有间接法和直接法，其中间接法速度较快，精度较高。

5.1 间接烧结成型：

用高分子聚合物作为粘结剂。由于聚合物软化温度较低，热塑性较好及粘度低，采用包覆制作工艺，将聚合物包覆在金属粉末表面，或者将其与金属粉末材料以某种形式混在一起，在用SLS成型时，激光加热使聚合物成为熔融态，流入金属粉粒间，将金属粉末粘结在一起而成型。在成型的坯件(green part) 中，既有金属成分，又有聚合物成分。坯件还需要进行热降解、二次烧结和渗金属后处理，才能成为纯金属件。

•间接法使用的材料中，结构材料是金属，主要是不锈钢和镍粉，聚合物主要是热塑性材料。

•热塑性聚合物材料有两类，一类是无定型，另一类是结晶型。无定型材料分子链上分子的排列是无序的，如PC 材料；结晶型材料分子链上分子的排列是有序的，如尼龙(nylon) 材料。这两种热塑性聚合物都可以用来作SLS 材料中的粘结剂。

•包覆方法也可有效减小颗粒之间的摩擦，增加其滚动性，但要注意包覆厚度要很薄，介于0.1~1.0 μm之间。•由于无定型材料和结晶型材料各有不同的热特性，因此也决定了SLS工艺参数的不同。

•成型粉末需要具备材料成型性好、成型强度高、粉末粒径较小、不易团聚、滚动性好、密度和孔隙率适宜、干燥硬化快等性质。

•相对其他条件而言，粉末的粒径非常重要。径小的颗粒可以提供相互间较强的范德瓦尔兹力，但滚动性较差，且打印过程中易扬尘；大的颗粒滚动性较好，但是会影响模具的打印精度。

•

成型材料除了填料和粘结剂两个主体部分，还需要加入一些粉末助剂调节其性能，可加入一些固体润滑剂增加粉末滚动性，如氧化铝粉末、可溶性淀粉、滑石粉等，有利于铺粉层薄均匀；加入二氧化硅等密度大且粒径小的颗粒增加粉末密度，减小孔隙率，防止打印过程中粘结剂过分渗透；加入卵磷脂减少打印过程中小颗粒的飞扬以及保持打印形状的稳定性等。另外，为防止粉末由于粒径过小而团聚，需采用相应方法对粉末进行分散。

•主要有强度钢，注塑模具成型，不锈钢材料，因为具有很好的抗腐蚀和机械性能，高强度的韧性，因此现在制出来的有中空的手术器械、涡轮发动机，以及涡轮发动机零配件。铝合金应用在航空航天汽车制造领域中，用于结构验证和设计验证，铜合金的复合材料是用风动装备测试。另外应用的比较多的是航空航天的钛合金。

间接烧结快速成型零件工艺缺点

用SLS系统间接成型金属件，其成型速度较快，可制造形状复杂的金属件，主要用来快速制造注塑模和压铸模。间接法制造金属件的缺点是制件的精度有限，由于在降解和二次烧结过程之中存在体积的收缩，补偿的作用有限；还有后处理时间比较长。

为解决这些问题，在以下两方面进行研究：改进粘结剂，渗入非金属材料，取消降解和二次烧结过程，使坯件不通过加热，这样的成型件具有高的精度，制造周期短，成本低，可满足使用寿命短的模具要求。