选择性激光烧结成型技术的优点和缺陷

选择性激光烧结SLS法由美国德克萨斯大学研究生C.R.dechard在1989年提出并研制成功的。采用激光作为熔化粘结颗粒材料的热源，打印材料为粉末，可用材料种类多，基本上加热后可实现粘接的材料都可以，现在的材料主要有尼龙、金属、陶瓷粉末材料。加工时，需要先把粉末预热到比材料熔点低一点的温度，这个过程大概需要几个小时，这也使得SLS打印时间总体来说用时比较长(单独从选择烧结来说，它的打印速度可以说是最快的)。SLS打印可以分为散步，前处理、激光选择烧结和后处理。前处理包括对打印物体建立三维模型并导入打印机进行分层处理，以及前面提到的对材料预热；激光选择烧结阶段，打印机的材料托盘上铺上一层粉末材料，利用像压面条的棍子结构把粉末铺成致密粉末层，然后激光根据分层数据进行轮廓打印，当一层打印结束后，打印部件下降一层厚度，滚子再铺好粉末，直到打印完成；后处理阶段，因为粉末材料铺放时密度小小，所以打印后结构件密度也小，强度不够，需要进行熔融一些其他材料进材料件里，补足强度。另外由于打印采用粉末，所以表面会呈颗粒状，需要进行表面处理。优点：（1） 可以采用多种材料。从理论上说，任何加热后能够形成原子间粘结的粉末材料都可以作为SLS的成型材料。 （2） 过程与零件复杂程度无关，制件的强度高。 （3） 材料利用率高，为烧结的粉末可重复使用，材料无浪费。 （4） 无须支撑结构。 （5） 与其他成型方法相比，能生产较硬的模具。 缺点： （1） 原型结构疏松、多孔，且有内应力，制作易变性。 （2） 生成陶瓷、金属制件的后处理较难。 （3） 需要预热和冷却。 （4） 成型表面粗糙多孔，并受粉末颗粒大小及激光光斑的限制。 （5） 成型过程产生有毒气体及粉尘，污染环境。

华中科技大学武汉滨湖机电技术产业有限公司生产的HRPS-IV快速成型系统，采用激光烧结快速自动成型技术，其基本工作原理是离散与堆积，在使用该技术时，设计者首先借助现有的主流三维设计软件或者通过逆向工程所采集的几何数据，建立一个产品的三维模型，这是完成快速成型制造的一项基本条件。然后导出相应的STL 文件格式输入快速成型机当中，再从STL 文件“切”出设定厚度的一系列片层，或者直接从CAD 文件切出一系列的片层，这些片层按次序累积起来便是所设计零件的原型件。部件完成后，再经过必要的后续处理，使完成的部件在性能、形状尺寸、外观等方面达到设计要求。应用激光烧结快速自动成型技术来进行产品制造，可以忽略产品部件的外形复杂程度(这也是与传统机械加工方式制造产品的最大区别之一)，原材料的利用率接近100%，制造精度可达±0.2mm 200mm。如图1所示，整个成型过程是在成型活塞筒内完成，在成型活塞筒的两侧各有一个供粉活塞筒。成型步骤如下：

　　HRPS-IV设备使用的材料（PS）是一种粉末状的高分子材料，粉粒直径为50-125靘。零件制作时，首先供粉活塞上移一定量，铺粉滚轮将粉末均匀地铺在加工平面上。激光器发出激光，计算机控制激光器的开关及扫描器的角度，使得激光束以一定的速度和能量密度在加工平面上扫描。激光器的开与关以及扫描器的角度是与待成型的零件的片层的第一层信息相关。激光束扫过之处，粉末烧结成一定厚度的片层，未扫过的地方仍然是松散的粉末，这样零件的第一层就制造出来了。这时，成型活塞下移一定距离，这个距离等于待成型零件的切片厚度，而供粉活塞上移一定量（上移的量与模型的切出的片层厚度有关，一般是略大于片层厚度）。铺粉滚轮再次将粉末铺平后，激光束依照零件的片层的第二层信息加工。激光扫过之后，所形成的第二个片层也烧结在第一层上，如此反复，一个三维实体就叠加制造出来了。

　　在上述原型件的制作过程中，有几项设置参数可以帮助说明。首先，因为零件是在高温下烧结成型的，成型以后回到常温下，零件都有一个收缩。因此，为了抵消这种收缩，需要进行模型放大补偿，一般沿Z 向放大1.005倍。另外，切片处理参数的设置，HRPS-IV快速成型系统的层厚设置根据精度要求，一般为0.2mm。该系统所用的刀具指的是激光束，在烧结零件外轮廓时，激光束成型的并不是理论上的一条线，因此需要进行刀具补偿，该补偿为0.15mm。零件进行切片处理，扫描参数一般选择扫描线宽为0.15mm，即激光束扫描轨迹之间的间隔。扫描线宽太大，不容易烧结成型，扫描线宽太小，容易导致烧结区温度过高。