《先进制造技术》公选课程综述论文
选择性激光烧结技术
许春宝
（中国矿业大学 矿业工程学院，班级 采矿12-6班 学号 01120176 江苏 徐州221116） 摘要：综述了选择性激光烧结技术的原理及使用现状，指出了该技术发展的热点和关键。 关键词：选择性激光烧结技术；发展；应用
中图分类号：TF124.36文献标识码 A文章编号：
Selective Laser Sintering(SLS)
Chunbao Xu
（School of Mining Engineering,China University of Mining and technology, xuzhou 221008,China) Abstract：This article reviews the principle of SLS and the use of the status quo, the material is the key to the development of SLS.
Keywords：SLS; Material; Application
1 引言
目前，国内外快速原型（Rapid Prototyping，简称RP）领域中已有近20 种不同的原型工艺系统，但是这里我们就选择性激光烧结技术（Selective Laser Sintering,SLS)进行探讨。2正 文
（一）SLS的基本原理
该技术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。SLS工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；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，并与下面已成形的部分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面。 SLS工艺最大的优点在于选材较为广泛，如尼龙、蜡、ABS、树脂裹覆砂（覆膜砂）、聚碳酸脂（poly carbonates）、金属和陶瓷粉末等都可以作为烧结对象。粉床上未被烧结部分成为烧结部分的支撑结构，因而无需考虑支撑系统（硬件和软件）。
由于该类成型方法有着制造工艺简单，柔性度
高、材料选择范围广、材料价格便宜，成本低、材料利用率高，成型速度快等特点，针对以上特点SLS主要应用于铸造业，并且可以用来直接制作快速模具。
（二）SLS在模具制造中的应用。 1． 直接制造模具。
美国DTM公司于1994年推出Rapid Steel制造技术，在SLS—2000系统中烧结表面包覆树脂材料的铁粉，初次成形零件后，置人铜粉中再一起放人高温炉进行二次烧结，制造出的注塑模在性能上相当于7075铝合金，寿命可达5万件以上。
2.采用SLS技术快速制作高精度的复杂塑料模，代替木模进行砂型铸造。或者将铸造树脂砂作为巧烧结材料，直接生产出带有铸件型腔的树脂砂模型, 进行一次性浇铸。在铸造行业中, 传统制造木模的方法，不仅周期长、精度低，而且对于一些复杂的铸件，例如叶片、发动机缸体、缸盖等制造
中国矿业大学青年科研基金资助项目（2005A047）
作者简介:王延庆(1978—)，男，山东肥城人，博士，讲师，cumtwyq@163.com。
木模困难。采用SLS技术可以克服传统制模方法的上述问题，制模速度快，成本低，可完成复杂模具的整体制造。
3.选择易熔消失模料作为烧结材料，采用SLS技术快速制作消失模，用于熔模铸造，得到金属精密制件或模具。运用SLS技术能制造出任意复杂形状的蜡型，实现快速、高精度、小批量生产。
4.根据原型制造精度较高的EDM电极，然后由电火花加工模具型腔。一个中等大小，较为复杂的电极，通常只需要4到8小时即可完成，而且复形精度完全能满足图纸的要求。福特汽车公司曾采用此技术制造汽车模具取得了满意的效果。
5.以SLS成形实体为母模，翻制硅橡胶模，石膏模，环氧树脂模，或者通过RP技术制作模具的基本原型，然后对其进行表面处理，通过金属冷喷涂或电铸等方法，在原型表面形成一定厚度且具有一定强度、硬度和表面质量的薄膜制作模具。
6.将RP技术与精密铸造技术相结合，实现金属模具的快速制造。上海交通大学开发了具有我国自主知识产权的铸造模样计算机辅助快速制造系统，为汽车行业制造了多种模具，北京隆源自动成型系统有限公司也为企业制造了多种精密铸模。
（三）SLS在快速原型制造中的应用可快速制造设计零件的原型，及时进行评价、修正以提高产品的设计质量；使客户获得直观的零件模型；制造教学、试验用复杂模型。单件或小批量生产。对于那些不能批量生产或形状很复杂的零件,利用SLS 技术来制造,可降低成本和节约生产时间,这对航空航天及国防工业更具有重大意义。
（四）SLS使用的材料 （1）金属材料
在金属粉末成形方面, 常用如下3种
金属粉末进行成形单一金属粉末;金属与低熔点金属粘结剂的混合粉末; »金属与有机粘结剂的混合粉末。由于单一金属性能单一, 激光烧结以后不能够达到所要求的指标, 固在研究中通常采用后两种形
式的混合金属粉末。上海海事大学对于Fe-C粉末进行了激光烧结实验, 发现对于Fe含量99.16%, C含量014%的Fe-C混合粉末, 在激光功率4715W, 扫描速度0.13m/ s, 扫描间距0.11mm, 切片层厚0.125mm烧结出具有一定精度、致密度的复杂金属零件。根据烧结过程产生的液相量及致密化引起的成形增长方向的收缩, 推导了Fe-C烧结件的相对密度模型, 该模型反映了烧结工艺参数与烧结致密度的关系中北大学使用了Mo/Cu金属粉末进行激光烧结实验, 在成形过程中, 选择了1510W的激光功率, 1000mm/s的扫描速度, 0.11mm的扫描间隔等加工参数得到了烧结密度为6.151g/cm。 （2）聚合物材料
全世界对于聚合物的研究主要集中在聚
苯乙烯( PS)、聚碳酸酯( PC)、尼龙( PA)以及工程塑料( ABS)、聚丙烯( PP)等4个方面。对于纯的PS粉末进行烧结得到的原型件变形率较大, 因此现在所使用的均为PS的混合粉末( PS、滑石粉、氧化铝、碳酸钙), 这样的混合粉末进行激光烧结。目前, 使用PA12所得的原型件, 强度可达60MPa, 但是它的收缩变形较大, 这也是当今研究的一个热点。
（3）陶瓷材料
常用的陶瓷材料主要有SiC和Al2O3。由
于烧结温度很高, 所以不能够用激光直接烧结, 需要加入粘结剂, 从而制成陶瓷生坯, 然后通过后处理去除粘结剂, 最后得到最终陶瓷原型件。国外对SiC与有机聚合物的混合粉末进行了烧结研究，国内的南京航空航天大学、大连理工大学、上海交通大学研究了Al2O3 与NH4H2PO的激光烧结, 经过二次烧结后外理, 可以得到强度较高, 密度分布均匀的原型件。南昌航空工业学院对Al2O3/PS复合材料进行了研究, 原型件的翘曲变形量不大于0.13mm, 体积密度不小于0.196g/cm3。缺口冲击韧性的提高幅度大约为20%~50%, 最大缺口抗击强度达到1015kJ/m并且韧性也有所提高。
（4）新型SLS原料的研制-木塑复合材料
木塑复合材料是指采用木纤维或植物纤维与热塑性塑料复合, 经过热压、熔融挤出等不同加工方式制成的绿色环保复合材料。这种新型的代木材料具有可降解性、环境污染小、寿命长、美观、可再生、成本低、力学性能防虫、抗滑、防腐、可喷涂和尺寸稳定性好等优点, 而且可像木材一样进行加工、粘接和固定, 因此木塑复合材料在建筑、家具、运输、包装、公共设施等领域应用前景广阔。目前, 东北林业大学郭艳玲教授等人提出应用木塑复合材料进行选择性激光烧结快速原型制造, 在国内外尚属首次。木塑复合材料是采用了木粉热熔胶、氢氧化钠、聚丙烯( PP)、相容剂、引发剂、润滑剂等按比例的机械式混合制备的材料。使用激光成型机(HRPS-ÓA)对制备的木塑材料进行激光烧结。烧结件通过打磨、烘干、渗蜡等后处理之后形成的原型件已经可以达到一定的性能要求。
（五）SLS的局限性
目前的技术水平，SLS的缺点也是显而易见：在成型的过程中因为是把粉末烧结，所以工作中会有很多的粉状物体污染办公空间，一般设备要有单独的办公室放置。另外成型后的产品是一个实体，一般不能直接装配进行性能验证。另外产品存储时间过长后会因为内应力释放而变形。对容易发生变形的地方设计支撑，表面质量一般。运营成本较高，设备费用较贵。能耗通常在8000瓦以上。材料利用率约100%。目前应用此工艺时，以蜡粉末及塑料粉末作为原料较多，而用金属粉或陶瓷粉进行粘接或烧结的工艺尚未获得实用。
3 结束语
选择性激光烧结技术（SLS），是一种基于离散—堆积思想的加工过程，根据所选材料的差异有不同的工艺方法和加工方式。由于自身优势，SLS已经得到了飞速的发展和广泛的应用，但也存在一些缺陷和不足。只有在实际工作中不断积累经验，才能设计出既满足使要求有满足烧结工艺要求的模型。
随着SLS技术的发展,新工艺新材料的不断出现,势必会对未来的实际零件制造产生重大影响，对制造业产生巨大的推动作用。
参考文献 百度百科； 维基百科；
潘琰峰,沈以赴,顾冬冬,胥橙庭.选择性激光烧结技术的发展现状.南京航空航天大学,2004
