選擇性激光燒結(jié)鋪粉工藝分析

張俏

摘 要：近年來，選擇性激光燒結(jié)鋪粉工藝技術(shù)逐漸進入大眾視野，其本質(zhì)是一種增材制造的先進工藝技術(shù)，在借助計算機輔助計算下能夠更加精密、高效地加工各種精密零價，本文對選擇性激光燒結(jié)鋪粉工藝概述、原理特點、制造工藝及其應(yīng)用方面探討了探討。

關(guān)鍵詞：選擇性;激光;燒結(jié);鋪粉工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.016

1 選擇性激光燒結(jié)鋪粉概述

選擇性激光燒結(jié)工藝英文名稱為Selective Laser Sintering，簡稱為SLS，該工藝技術(shù)最初是由美國人C. R. Dechard提出的，并于上世紀(jì)90年代初開發(fā)了成型機。選擇性激光燒結(jié)工藝的工作原理是非金屬或者金屬粉末在激光的照射下，并在計算機的輔助下完成堆積成型，目前選擇性激光燒結(jié)鋪粉工藝在工業(yè)上的應(yīng)用很廣，并在人們的日常生活中發(fā)揮了重要的作用。

2 選擇性激光燒結(jié)工藝的基本原理和特點

（1）選擇性激光燒結(jié)工藝基本原理。選擇性激光器燒結(jié)工藝的基本原理是對粉末材料濟寧固化和燒結(jié)，首先，將粉末材料用輥筒或者刮板平均鋪在成型的零件表面，之后慢慢升溫，當(dāng)溫度升高至接近其熔點時，借助計算機輔助軟件的設(shè)計，將激光在粉末表面進行掃面，并逐漸升溫至其熔點，進行燒結(jié)鋪粉連接。當(dāng)表面上的一層粉末燒結(jié)鋪粉完成后，工作臺下降一個層的厚度，按照上述工藝流程繼續(xù)進行下一個層面的燒結(jié)鋪粉過程，該過程反復(fù)進行，直至整個零件完成燒結(jié)鋪粉，選擇性激光燒結(jié)工藝基本原理圖如下圖1所示。

（2）選擇性激光燒結(jié)工藝特點。選擇性激光燒結(jié)鋪粉工藝具有很多優(yōu)勢，例如，金屬制品的制作成型過程中，避免了支撐結(jié)構(gòu)的使用，并且使用的材料多種多樣，材料的浪費程度低，在工藝制作方面非常簡化，工藝實施條件簡單。但是也存在一些弊端，尤其是燒結(jié)后的零件表面很粗糙，很難形成一個光滑的表面，并且在燒結(jié)過程中產(chǎn)生一些異味氣體。

3 選擇性激光燒結(jié)工藝過程

選擇性激光燒結(jié)工藝在材料上有選擇性，石蠟、高分子、金屬、陶瓷粉末及其復(fù)合材料是常用材料，根據(jù)材料選擇的不同，工藝也呈現(xiàn)很大差異。

（1）高分子粉末材料燒結(jié)工藝。高分子粉末材料燒結(jié)鋪粉工藝主要分為三個過程，第一個過程前處理，第二個過程成型，第三個過程后處理。下面以某一鑄件的SLS原型制作工藝為例簡單介紹其制作工藝過程。

1）前處理。前處理主要是對工藝參數(shù)和工藝流程的準(zhǔn)備，首先利用CAD建造一個三維的模型圖，之后將該成型的CAD三維造型經(jīng)過STL數(shù)據(jù)終端傳輸?shù)娇焖俪尚拖到y(tǒng)中。2）粉層激光燒結(jié)疊加。第二個過程是分層在成型零件表面上的燒結(jié)疊加，該過程首先是預(yù)熱一下成型空間，尤其是高分子材料，其預(yù)熱溫度一般需要達到100℃。在原型結(jié)構(gòu)上找到準(zhǔn)確的定位點，在預(yù)熱階段將找到正確的方位后，然后在控制面板上設(shè)置好工藝的具體參數(shù)，例如，燒結(jié)粉末的厚度，燒結(jié)的時間，燒結(jié)的溫度，激光掃描的方式、速度和功率等參數(shù)。啟動制作工藝的前提是當(dāng)成型區(qū)域的溫度達到事前設(shè)定的溫度值，為確保制件的最終質(zhì)量，應(yīng)該根據(jù)燒結(jié)的情況隨時調(diào)節(jié)制件的溫度和激光掃描的功率，燒結(jié)完成后不能驟然降溫，應(yīng)該緩慢將溫度冷卻到40℃以下。3）后處理。后處理是該工藝中非常重要的環(huán)節(jié)，由于激光燒結(jié)后的原件強度很弱，因此需要進行以下特殊處理才能保證正常使用，最常采用的處理方式是滲樹脂或滲蠟處理，由于該激光燒結(jié)鋪粉工藝的原型用于熔模鑄造，因此采用滲蠟處理比較合理。

（2）金屬零件間接燒結(jié)工藝。目前，最常采用的幾種快速成型工藝技術(shù)中，能夠間接或直接對金屬材質(zhì)的零件進行燒結(jié)金屬粉末的工藝只有SLS工藝。該工藝在燒結(jié)過程中并不是采用單一的金屬粉末，而是在其中摻加了樹脂材料，樹脂材料的加入大大的提高了金屬成型原件的性能，并實現(xiàn)了金屬粉末和樹脂之間的連接。

4 選擇性激光燒結(jié)工藝的應(yīng)用

（1）直接制作快速模具。SLS工藝是激光燒結(jié)工藝中比較成熟的工藝，根據(jù)材料自身性質(zhì)的不能可以燒結(jié)成不能用途的模具，該工藝不僅可以燒制金屬模具還可以燒制陶瓷模具。

（2）復(fù)雜金屬零件的快速無模具鑄造。SLS激光快速成型技術(shù)不是一種獨立的工藝技術(shù)，可以與其他工藝相結(jié)合發(fā)揮更大的作用，例如，可以與精密鑄造工藝相結(jié)合制作形狀更為復(fù)雜的零件，并且工藝制作簡單，效率高，生產(chǎn)成本低。

（3）內(nèi)燃機進氣管模型。內(nèi)燃機進氣管模型的制作也是采用SLS激光快速成型工藝技術(shù)生產(chǎn)的，該工藝可以與計算機進行連接，對內(nèi)燃機的效率和工作狀態(tài)進行評價測試，然后對內(nèi)燃機進行優(yōu)化，使燃燒效率提高，以此滿足內(nèi)燃機的使用和發(fā)展需求。

（4）生物工程領(lǐng)域——PCL多孔支架制作。PCL是一種聚合物，在生物體內(nèi)可作為一種可消溶性的酶使用，在肌肉和軟骨組織修復(fù)方面具有非常大、潛在的應(yīng)用價值。PCL高分子聚合物可以由激光快速成型技術(shù)制作。此外，三維打印、精密擠壓沉積、光固化成型技術(shù)等方面也應(yīng)用了選擇性激光燒結(jié)鋪粉工藝。

參考文獻：

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[2]沈以赴，顧冬冬，王蕾等.多組分銅基金屬粉末選擇性激光燒結(jié)成形的工藝研究[J].鑄造，2005，54（07）：659-664.