选择性激光烧结(SLS)技术,作为增材制造的主流技术之一,在原型制造、模具开发、逆向工程、新型材料的制备与研发方面得到了大量应用。该工艺由美国德克萨斯大学提出,于1992年开发了商业成型机,经过近几十年的发展,与此技术相关的设备、工艺和应用都取得了长足的进步,逐渐成为增材制造领域重要的技术分支,具有着光明的应用前景。

选择性激光烧结技术以激光为热源对粉末材料进行选择性烧结,是一种由离散点一层层堆积成三维实体的成型工艺。选择性激光烧结技术使用的材料可分为两大类,覆膜材料与不覆膜材料。覆膜材料有多种类型,如覆膜砂、覆膜316L不锈钢粉、覆膜420不锈钢粉、覆膜陶瓷粉末等,不覆膜材料包括蜡粉、PS、ABS、尼龙等。其中覆膜材料是由聚合物包裹着金属粉末或者砂等粉末,经激光烧结成的构件强度低,干燥脱湿后需要放入高温炉进行烧结、渗铜,最后形成表面致密的零件。不覆膜材料则是由含有不同熔点、不同收缩率的金属间化合物组成的金属粉末或高分子材料组成的混合粉末,这类材料不需再进行烧结处理,而且所需激光功率较小。

在开始加工之前,先将充有惰性气氛(氩气或氮气)的工作室升温,并保持在粉末的熔点以下。成型时,送料筒上升,铺粉滚筒移动,先在工作平台上铺一层粉末材料,然后激光束在计算机控制下按照截面轮廓对实心部分所在的粉末进行烧结,使粉末溶化继而形成一层固体轮廓。第一层烧结完成后,工作台下降一截面层的高度,在铺上一层粉末,进行下一层烧结,如此循环,形成三维的原型零件。
在激光烧结的过程中,覆膜材料由于其中的金属颗粒或砂粉完全被聚合物粘结剂所包围,因而覆膜粉末在接受激光烧结时基本相当于聚合物黏结剂本身接受烧结,对于激光的吸收率较高。因此,覆膜粉末的激光吸收率即为聚合物黏结剂的吸收率。烧结过程中表面的聚合物黏结剂层吸收激光能量,温度升高,彼此间发生烧结,形成烧结颈,烧结机理属于黏性流动机制。

选择性激光烧结的工艺过程,大体上分为以下五步:
1)首先使用三维软件或扫描仪得到需要制造的三维模型,接着将三维模型转化为中间格式如stl格式;
2)使用快速成型软件对待制造模型进行分层、切片以及部分修改和支撑处理,然后对切片后的文件进行扫描路径和优化设置得到设备可以读取的文件;
3)设备装好粉料,将待加工文件导入设备,做好加工准备,设置加工参数进行零件加工;
4)根据零件使用要求及粉末材料的种类对制造出的零件选择合适的烧结或热处理工艺;
5)对零件进形最终后处理,如喷砂、打磨抛光或二次加工以提高零件表面质量和尺寸精度,得到最终样件。


