3D打印(yin)技術原理(li)——激(ji)光(guang)燒結(jie)式(shi)SLS_上(shang)海荷效壹供(gong)

3D打印(yin)技術原理(li)——激(ji)光(guang)燒結(jie)式(shi)SLS

激(ji)光(guang)燒結(jie)式(shi)SLS

選擇性(xing)激(ji)光(guang)燒結(jie)（SLS）技術，作為(wei)增材制造(zao)的主(zhu)流(liu)技術之(zhi)壹(yi)，在原型制造(zao)、模(mo)具(ju)開(kai)發、逆向工程(cheng)、新(xin)型材料的制備(bei)與研(yan)發(fa)方面得到(dao)了大量(liang)應用。該(gai)工藝由(you)美國德(de)克薩斯(si)大學提出，於1992年開(kai)發了商業(ye)成型機(ji)，經過近幾十(shi)年的發(fa)展(zhan)，與此(ci)技術相關的設(she)備(bei)、工藝和應用都取得(de)了長足的進(jin)步，逐漸(jian)成為(wei)增材制造(zao)領域重(zhong)要的技術分(fen)支(zhi)，具(ju)有著光(guang)明的應用前景(jing)。

技術原理(li)

選擇性(xing)激(ji)光(guang)燒結(jie)技術以(yi)激(ji)光(guang)為(wei)熱(re)源對(dui)粉末材料進(jin)行選擇性(xing)燒結(jie)，是(shi)壹(yi)種由(you)離散(san)點(dian)壹(yi)層層(ceng)堆積成三維(wei)實(shi)體(ti)的成型工(gong)藝。選擇性(xing)激(ji)光(guang)燒結(jie)技術使(shi)用的材料可(ke)分(fen)為(wei)兩(liang)大類(lei)，覆膜(mo)材料與不(bu)覆膜(mo)材料。覆膜(mo)材料有多(duo)種類(lei)型，如覆膜(mo)砂、覆膜(mo)316L不(bu)銹鋼粉、覆膜(mo)420不(bu)銹鋼粉、覆膜(mo)陶瓷粉末等，不(bu)覆膜(mo)材料包括(kuo)蠟(la)粉、PS、ABS、尼(ni)龍(long)等(deng)。其(qi)中覆膜(mo)材料是(shi)由(you)聚合(he)物(wu)包裹(guo)著金屬(shu)粉末或者(zhe)砂(sha)等粉末，經激(ji)光(guang)燒結(jie)成的構件強度低(di)，幹燥(zao)脫(tuo)濕後(hou)需要(yao)放入(ru)高(gao)溫爐進(jin)行燒結(jie)、滲銅，zuihou形(xing)成表面致密的零(ling)件(jian)。不(bu)覆膜(mo)材料則是(shi)由(you)含有不(bu)同熔點(dian)、不(bu)同收縮(suo)率的金(jin)屬(shu)間(jian)化(hua)合(he)物(wu)組(zu)成的金(jin)屬(shu)粉末或高(gao)分(fen)子材料組(zu)成的混(hun)合(he)粉末，這(zhe)類(lei)材料不(bu)需再(zai)進(jin)行燒結(jie)處(chu)理(li)，而且(qie)所(suo)需(xu)激(ji)光(guang)功率較(jiao)小。

在開(kai)始加(jia)工之(zhi)前，先將(jiang)充有(you)惰性(xing)氣氛(fen)（氬(ya)氣或氮(dan)氣）的工(gong)作室升溫，並保持(chi)在(zai)粉末的熔點(dian)以下(xia)。成型時(shi)，送料筒(tong)上(shang)升，鋪(pu)粉滾(gun)筒(tong)移動，先在(zai)工(gong)作平臺(tai)上(shang)鋪(pu)壹(yi)層粉末材料，然(ran)後(hou)激(ji)光(guang)束在計算機(ji)控制下(xia)按(an)照(zhao)截(jie)面輪廓(kuo)對實心(xin)部(bu)分(fen)所(suo)在(zai)的粉末進(jin)行燒結(jie)，使粉末溶化(hua)繼而形(xing)成壹(yi)層固體輪廓(kuo)。層燒結(jie)完成後(hou)，工作臺(tai)下降(jiang)壹(yi)截(jie)面層(ceng)的高(gao)度，在(zai)鋪(pu)上(shang)壹(yi)層粉末，進(jin)行下壹(yi)層燒(shao)結(jie)，如此循環(huan)，形(xing)成三維(wei)的原型零(ling)件。

在激(ji)光(guang)燒結(jie)的過程中，覆膜(mo)材料由(you)於其(qi)中的金(jin)屬(shu)顆(ke)粒(li)或砂粉*被聚(ju)合(he)物(wu)粘結(jie)劑所(suo)包(bao)圍(wei)，因而覆膜(mo)粉末在接受(shou)激(ji)光(guang)燒結(jie)時(shi)基本相當於聚(ju)合(he)物(wu)黏結(jie)劑本身接受(shou)燒結(jie)，對於激(ji)光(guang)的吸(xi)收率較(jiao)高(gao)。因此，覆膜(mo)粉末的激(ji)光(guang)吸(xi)收率即為(wei)聚(ju)合(he)物(wu)黏結(jie)劑的吸(xi)收率。燒結(jie)過程中表(biao)面(mian)的聚(ju)合(he)物(wu)黏結(jie)劑層(ceng)吸(xi)收激(ji)光(guang)能量(liang)，溫度升高(gao)，彼此(ci)間(jian)發生燒結(jie)，形(xing)成燒結(jie)頸，燒(shao)結(jie)機理(li)屬(shu)於黏性(xing)流動機(ji)制。

工(gong)藝過程

選擇性(xing)激(ji)光(guang)燒結(jie)的工(gong)藝過程，大體上(shang)分(fen)為(wei)以(yi)下五(wu)步：

1）首(shou)先使(shi)用(yong)三(san)維(wei)軟(ruan)件(jian)或(huo)掃描儀(yi)得(de)到(dao)需(xu)要制造(zao)的三(san)維(wei)模(mo)型，接著將(jiang)三維(wei)模(mo)型轉(zhuan)化(hua)為(wei)中間(jian)格(ge)式(shi)如stl格(ge)式(shi)；

2）使用(yong)快(kuai)速(su)成型軟(ruan)件對待(dai)制造(zao)模(mo)型進(jin)行分(fen)層、切片(pian)以(yi)及(ji)部(bu)分(fen)修改(gai)和(he)支(zhi)撐處(chu)理(li)，然(ran)後(hou)對切片(pian)後(hou)的文(wen)件(jian)進(jin)行掃描路徑(jing)和(he)優化(hua)設置(zhi)得到(dao)設備(bei)可(ke)以讀(du)取的文(wen)件(jian)；

3）設(she)備(bei)裝(zhuang)好(hao)粉料，將(jiang)待(dai)加(jia)工文件(jian)導入(ru)設(she)備(bei)，做好加(jia)工準(zhun)備(bei)，設置(zhi)加(jia)工參數進(jin)行零件加(jia)工；

4）根據(ju)零件(jian)使(shi)用要求(qiu)及(ji)粉末材料的種(zhong)類(lei)對制造(zao)出的零(ling)件(jian)選擇合(he)適(shi)的燒(shao)結(jie)或熱(re)處(chu)理(li)工(gong)藝；

5）對零(ling)件進(jin)形(xing)zui終後(hou)處(chu)理(li)，如噴(pen)砂(sha)、打(da)磨拋(pao)光(guang)或二次加(jia)工以提(ti)高(gao)零件表面(mian)質(zhi)量(liang)和尺寸精(jing)度，得(de)到(dao)zui終樣件。

技術特(te)點(dian)

選擇性(xing)激(ji)光(guang)熔化(hua)的其(qi)主(zhu)要(yao)技術特(te)征(zheng)是(shi)成型的gaoxiao性(xing)，能自(zi)動、快(kuai)捷(jie)、地(di)將(jiang)設計思(si)想轉(zhuan)變成壹(yi)定功(gong)能的產品(pin)原型或(huo)直接制造(zao)零(ling)部件(jian)，使jintian設計，明天(tian)成品(pin)成為(wei)可(ke)能。

具(ju)體來(lai)說，該(gai)技術的主(zhu)要(yao)特(te)點(dian)如下：

1）使用(yong)增材制造(zao)技術，避(bi)免了傳(chuan)統(tong)制造(zao)過程中的開(kai)模(mo)、機(ji)加(jia)、焊接、鑄造、裝(zhuang)配(pei)等過程，從(cong)而縮短(duan)了產品(pin)的制造(zao)周期(qi)，節(jie)省(sheng)時(shi)間成本；

2）使用(yong)增材制造(zao)技術，分(fen)層疊(die)加(jia)成型，材料利(li)用(yong)率高(gao)達99.99%，節(jie)省(sheng)材料成本；

3）制造(zao)過程與(yu)零件(jian)的復雜程度無關，且(qie)隨(sui)著產品(pin)復雜程度的上(shang)升，使用(yong)選擇性(xing)激(ji)光(guang)熔化(hua)技術更(geng)具(ju)有優勢(shi)。  

4）選擇性(xing)激(ji)光(guang)熔化(hua)技術解(jie)放了設(she)計(ji)者(zhe)的思(si)想，設(she)計人(ren)員可(ke)以有(you)更(geng)為(wei)開(kai)闊的空(kong)間對(dui)產品(pin)進(jin)行設計，而無須考慮(lv)制作過程。

典(dian)型設(she)備(bei)

選擇性(xing)激(ji)光(guang)燒結(jie)工藝的zui初(chu)思(si)想是(shi)由(you)Texas大學Austin分(fen)校的Deckard於1986 年提(ti)出，進(jin)而DTM、德國(guo)的EOS公司(si)先後(hou)將(jiang)這(zhe)壹(yi)思(si)想轉(zhuan)化(hua)成現實。其(qi)中德(de)國(guo)的EOS公司(si)通(tong)過與芬蘭(lan)的Rapid Product Innovation公司(si)合(he)作，研(yan)制出可(ke)用於SLS成形(xing)的不(bu)收縮(suo)銅粉和不(bu)銹鋼粉末，使得SLS技術拓(tuo)展(zhan)到金(jin)屬材料成形(xing)領域。中國(guo)從(cong)事(shi)該(gai)技術研(yan)究(jiu)的單位有(you)北(bei)京隆(long)源公司(si)、南(nan)京航(hang)天(tian)航(hang)空(kong)大學和華(hua)中科技大學等。