2.3第二章 快速成型制造工艺--III
时间：2025-06-28
ξ2 快速成型制造工艺
第四节 选择性激光烧结成型工艺选择性激光烧结工艺(Selective Laser Sintering,简称SLS)又称为
选区激光烧结，由美国德克萨斯大学奥汀分校的C. R. Dechard于1989年研制成功。该方法已被美国DTM公司商品化。于1992年开发了基 于SLS的商业成型机(Sinterstation)。十几年来，DTM公司在SLS领域
做了大量的研究工作。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。
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形。 SLS的原理与SLA十分相象，主要区别在于所使用的材料及 其形状。 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。
这是该项技术的主要优点之一，因为理论上任何可熔 的粉末都可以用来制造模型，这样的模型可以用作真实的原 型制件。
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一、
选择性激光烧结工艺的基本原理
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 面铺上一层
均匀密实的粉末，进行新一层截面的烧结，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。
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。
ξ2 快速成型制造工艺
ξ2 快速成型制造工艺
二 、选择性激光烧结工艺的特点选择性激光烧结工艺和其它快速成型工艺相比，具有较多的优 点：
可直接制作金属制品 在目前广泛应用的几种快速原型工艺方法中，唯有SLS方法 可直接烧结制作金属材质的原型，这是SLS工艺的独特优点。
可采用多种材料 从原理上说，这种方法可采用加热时粘度降低的任何粉末材 料，通过材料或各类含粘结剂的涂层颗粒制造出任何造型，适应 不同的需要。
制造工艺比较简单 由于可用多种材料，选择性激光烧结工艺按采用的原料不 同
可以直接生产复杂形状的原型、型腔模三维构件或部件及工 具。例如，制造概念原型，可安装为最终产品模型的概念原型， 蜡模铸造模型及其它少量母模，直接制造金属注塑模等。
无需支撑结构和LOM工艺一样，SLS工艺也无需设计和需要支撑结构，叠层过程中出现的悬空层面可直接由未烧结的粉末来实现支撑。
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材料利用率高由于SLS工艺过程不需要支撑结构，也不象LOM工艺那样出现许多工艺废料，也不需要制作基底支撑，所以该工艺方法在常 见的几种快速原型工艺中材料利用率是最高的，材料的利用率基 本可以认为是100%。SLS工艺中的多数粉末的价格较便宜，所以 SLS模型的成本相比较来看也是较低的。 但是，选择性激光烧结工艺的缺点也比较突出，具体如下：
原型表面粗糙 由于SLS工艺的原材料是粉状的，原型的建造是由材料粉层 经过加热熔化而实现逐层粘接的，因此，原型表面严格讲是粉粒 状的，因而表面质量不高。
烧结过程挥发异味 SLS工艺中的粉层粘接是需要激光能源使其加热而达到熔 化状态，高分子材料或者粉粒在激光烧结熔化时一般要挥发异
味气体。
有时需要比较复杂的辅助工艺SLS技术视所用的材料而异，有时需要比较复杂的辅助工艺过程。以聚酰胺粉末烧结为例，为避免激光扫描烧结过程中材料 因高温起火燃烧，必须在机器的工作空间充入阻燃气体，一般为
氮气。
为了使粉状材料可靠地烧结，必须将机器的整个工作空间内直接参与造型工作的所有机件以及所使用的粉状材料预先 加热到规定的温度，这个预热过程常常需要数小时。 造型工作完成后，为了除去工件表面沾粘的浮粉，需要 使用软刷和压缩空气，而这一步骤必须在闭封空间中完成以免 造成粉尘污染。
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三、选择性激光烧结工艺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。
(一)高分子粉末材料烧结工艺和其他快速原型工艺方法一样，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。
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。右图给出的是
某个铸件的CAD模型。
某铸件的CAD模型
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