选择性激光烧结铺粉工艺分析

张俏

摘 要：近年来，选择性激光烧结铺粉工藝技术逐渐进入大众视野，其本质是一种增材制造的先进工艺技术，在借助计算机辅助计算下能够更加精密、高效地加工各种精密零价，本文对选择性激光烧结铺粉工艺概述、原理特点、制造工艺及其应用方面探讨了探讨。

关键词：选择性;激光;烧结;铺粉工艺

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

1 选择性激光烧结铺粉概述

选择性激光烧结工艺英文名称为Selective Laser Sintering，简称为SLS，该工艺技术最初是由美国人C. R. Dechard提出的，并于上世纪90年代初开发了成型机。选择性激光烧结工艺的工作原理是非金属或者金属粉末在激光的照射下，并在计算机的辅助下完成堆积成型，目前选择性激光烧结铺粉工艺在工业上的应用很广，并在人们的日常生活中发挥了重要的作用。

2 选择性激光烧结工艺的基本原理和特点

（1）选择性激光烧结工艺基本原理。选择性激光器烧结工艺的基本原理是对粉末材料济宁固化和烧结，首先，将粉末材料用辊筒或者刮板平均铺在成型的零件表面，之后慢慢升温，当温度升高至接近其熔点时，借助计算机辅助软件的设计，将激光在粉末表面进行扫面，并逐渐升温至其熔点，进行烧结铺粉连接。当表面上的一层粉末烧结铺粉完成后，工作台下降一个层的厚度，按照上述工艺流程继续进行下一个层面的烧结铺粉过程，该过程反复进行，直至整个零件完成烧结铺粉，选择性激光烧结工艺基本原理图如下图1所示。

（2）选择性激光烧结工艺特点。选择性激光烧结铺粉工艺具有很多优势，例如，金属制品的制作成型过程中，避免了支撑结构的使用，并且使用的材料多种多样，材料的浪费程度低，在工艺制作方面非常简化，工艺实施条件简单。但是也存在一些弊端，尤其是烧结后的零件表面很粗糙，很难形成一个光滑的表面，并且在烧结过程中产生一些异味气体。

3 选择性激光烧结工艺过程

选择性激光烧结工艺在材料上有选择性，石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末及其复合材料是常用材料，根据材料选择的不同，工艺也呈现很大差异。

（1）高分子粉末材料烧结工艺。高分子粉末材料烧结铺粉工艺主要分为三个过程，第一个过程前处理，第二个过程成型，第三个过程后处理。下面以某一铸件的SLS原型制作工艺为例简单介绍其制作工艺过程。

1）前处理。前处理主要是对工艺参数和工艺流程的准备，首先利用CAD建造一个三维的模型图，之后将该成型的CAD三维造型经过STL数据终端传输到快速成型系统中。2）粉层激光烧结叠加。第二个过程是分层在成型零件表面上的烧结叠加，该过程首先是预热一下成型空间，尤其是高分子材料，其预热温度一般需要达到100℃。在原型结构上找到准确的定位点，在预热阶段将找到正确的方位后，然后在控制面板上设置好工艺的具体参数，例如，烧结粉末的厚度，烧结的时间，烧结的温度，激光扫描的方式、速度和功率等参数。启动制作工艺的前提是当成型区域的温度达到事前设定的温度值，为确保制件的最终质量，应该根据烧结的情况随时调节制件的温度和激光扫描的功率，烧结完成后不能骤然降温，应该缓慢将温度冷却到40℃以下。3）后处理。后处理是该工艺中非常重要的环节，由于激光烧结后的原件强度很弱，因此需要进行以下特殊处理才能保证正常使用，最常采用的处理方式是渗树脂或渗蜡处理，由于该激光烧结铺粉工艺的原型用于熔模铸造，因此采用渗蜡处理比较合理。

（2）金属零件间接烧结工艺。目前，最常采用的几种快速成型工艺技术中，能够间接或直接对金属材质的零件进行烧结金属粉末的工艺只有SLS工艺。该工艺在烧结过程中并不是采用单一的金属粉末，而是在其中掺加了树脂材料，树脂材料的加入大大的提高了金属成型原件的性能，并实现了金属粉末和树脂之间的连接。

4 选择性激光烧结工艺的应用

（1）直接制作快速模具。SLS工艺是激光烧结工艺中比较成熟的工艺，根据材料自身性质的不能可以烧结成不能用途的模具，该工艺不仅可以烧制金属模具还可以烧制陶瓷模具。

（2）复杂金属零件的快速无模具铸造。SLS激光快速成型技术不是一种独立的工艺技术，可以与其他工艺相结合发挥更大的作用，例如，可以与精密铸造工艺相结合制作形状更为复杂的零件，并且工艺制作简单，效率高，生产成本低。

（3）内燃机进气管模型。内燃机进气管模型的制作也是采用SLS激光快速成型工艺技术生产的，该工艺可以与计算机进行连接，对内燃机的效率和工作状态进行评价测试，然后对内燃机进行优化，使燃烧效率提高，以此满足内燃机的使用和发展需求。

（4）生物工程领域——PCL多孔支架制作。PCL是一种聚合物，在生物体内可作为一种可消溶性的酶使用，在肌肉和软骨组织修复方面具有非常大、潜在的应用价值。PCL高分子聚合物可以由激光快速成型技术制作。此外，三维打印、精密挤压沉积、光固化成型技术等方面也应用了选择性激光烧结铺粉工艺。

参考文献：

[1]杨军惠，党新安，杨立军.选择性激光烧结快速成型机铺粉装置设计[J].机床与液压，2010，38（08）：11-13.

[2]沈以赴，顾冬冬，王蕾等.多组分铜基金属粉末选择性激光烧结成形的工艺研究[J].铸造，2005，54（07）：659-664.