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SLS打印工艺的原理、特点及应用

1989年,美国Texas大学的C. Deckard成功研制出选择性激光烧结成型法(Selective Laser Sintering,SLS),稍后组建DTM公司,DTM公司于2001年被3D Systems公司收购。

SLS工艺采用激光选择性地逐层烧结固体粉末,层层叠加得到所需要的零件。与SLA技术相比,SLS工艺使用的是红外激光束(如CO2激光器),材料由液态光敏树脂变成了塑料、蜡、陶瓷、金属及其复合物的粉末。SLS与DMLS技术(Direct Metal Laser Sintering,直接金属激光烧结)在本质上一样,但后者一般针对金属合金的加工。

一、SLS工艺的原理

选择性激光烧结成型法的原理如下图所示:1)粉末颗粒存储在左侧的供料仓内,打印时供粉仓升降平台向上升起,将高于打印平面的粉末通过铺粉滚筒推压至打印仓的打印平板上,形成一个很薄且平面的粉层;2)此时激光束扫描系统,会依据切片的二维CAD路径在粉层上进行选择性扫描,被扫描到的粉末颗粒会由于激光焦点的高温而烧结在一起,而生成具有一定厚度的实体薄片,未扫描的区域仍然保持原来的松散粉末状;3)一层烧结完成后,打印平台根据切片高度下降,水平滚筒再次将粉末铺平,然后再开始新一层的烧结,此时层与层之间也同时烧结在一起;4)如此反复,直至烧结完所有层面。移除并回收未被烧结的粉末,即可取出打印好的实体模型

SLS打印工艺原理

二、SLS工艺的优势、劣势

与其它3D打印方法相比,SLS工艺的优点非常明显:1)成型材料十分广泛。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)可以打印任何复杂结构,包括镂空结构,空心结构等。过程与零件复杂程度无关,制件的强度高;3)材料利用率高,未烧结的粉末可重复使用,材料浪费少;4)无须支撑结构,松散粉末起到支撑作用,降低打印前期模型处理难度;5)SLS工艺可加工具有良好力学性能的标准塑料;6)可加工材料种类持续增加,在小批量生产中价格优势明显。

与相应的注塑件相比,SLS工艺产品的性能并不完全一致,尤其是产品表面较为粗糙。

SLS工艺几乎可以应用于各行各业中,不仅是在研发设计阶段的概念验证,同样适用于功能性手板的制作,终端零部件的生产,以及直接或间接地利用于各种快速铸造。目前该工艺在航空航天、家用电子、汽车制作、医疗辅助、工艺美术和灯饰等领域均有很广泛的应用。

SLS打印产品

三、SLS工艺应用范围

1)加工标准塑料的外观、装配、功能原型。

2)支撑零件,如夹具、固定装置等。

3)小批量生产。

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