第四章选择性激光烧结成型工艺选择性激光烧结工艺(SelectiveLaserSintering,SLS)又称为选区激光烧结技术,该方法最初就是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校得C、R、Dechard于1989年提出得,稍后组建了DTM公司,于1992年开发了基于SLS得商业成型机(Sinterstation)。20年来,奥斯汀分校与DTM公司在SLS领域做了大量得研究工作,并取得了丰硕成果。德国得EOS公司在这一领域也做了很多研究工作,并开发了相应得系列成型设备。国内华中科技大学(武汉滨湖机电产业有限责任公司)、南京航空航天大学、中北大学与北京隆源自动成型有限公司等,也取得了许多重大成果与系列得商品化设备。SLS工艺就是利用粉末材料(金属粉末或非金属粉末)在激光照射下烧结得原理,在计算机控制下层层堆积成型。SLS得原理与SLA十分相似,主要区别在于所使用得材料及其性状不同。SLA所用得材料就是液态得紫外光敏可凝固树脂,而SLS则使用粉状得材料。选择性激光烧结加工过程就是采用铺粉辊将一层粉末材料平铺在已成形零件得上表面,并加热至恰好低于该粉末烧结点得某一温度,控制系统控制激光束按照该层得截面轮廓在粉层上扫描,使粉末得温度升至熔化点,进行烧结并与下面已成形得部分实现粘接。当一层截面烧结完后,工作台下降一个层得厚度,铺料辊又在上面当实体构建完成并在原型部分充分冷却后,粉末块会上升到初始得位置,将其拿出并放置到后处理工作台上,用刷子小心刷去表面粉末露出加工件部分,其余残留得粉末可用压缩空气除去。◎可直接制作金属制品◎可采用多种材料◎无需支撑结构◎制造工艺比较简单◎材料利用率高第二节选择性激光烧结得材料及设备间接SLS用得复合粉末通常有两种混合形式:◎粘结剂粉末与金属或陶瓷粉末按一定比例机械混合;◎把金属或陶瓷粉末放到粘结剂稀释液中,制取具有粘结剂包裹得金属或陶瓷粉末。实践表明,采用粘结剂包裹得粉末得制备虽然复杂,但烧结效果较机械混合得粉末好。近年来,已经开发并被应用于SLS粉末激光烧结快速原型制作得材料种类如表4-2所示。表4-3DTM公司开发得部分SLS用成型材料表4-4部分DuraForm系列粉末材料及性能12表4-5DTM公司开发得部分金属粉末及树脂砂材料及性能第二节选择性激光烧结得材料及设备表4-7国内各单位开发得SLS用成型材料研究选择性激光烧结(SLS)设备工艺得单位有美国得DTM公司、3DSystems公司、德国得EOS公司以及国内得北京隆源公司与华中科技大学等。下图就是DTM公司得Sinterstation2500与2500Plus机型,如图所示。其中2500Plus机型得成型体积比过去增加了10%,同时通过对加热系统得优化,减少了辅助时间,提高了成型速度。图4-5HRPS-IIIA激光粉末烧结快速成型机(1)硬件方面切片模块第二节选择性激光烧结得材料及设备表4-8国内外部分选择性激光烧结快速成型设备一览表选择性激光烧结工艺使用得材料一般有石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末与它们得复合粉末材料。材料不同,其具体得烧结工艺也有所不同。(1)前处理前处理阶段主要完成模型得三维CAD造型,并经STL数据转换后输入到粉末激光烧结快速原型系统中。右图就是某个铸件得CAD模型。(2)粉层激光烧结叠加图4-9某铸件经过渗蜡处理得SLS原型2、金属零件间接烧结工艺在广泛应用得几种快速原型技术方法中,只有SLS工艺可以直接或间接得烧结金属粉末来制作金属材质得原型或零件。金属零件间接烧结工艺使用得材料为混合有树脂材料得金属粉末材料,SLS工艺主要实现包裹在金属粉粒表面树脂材料得粘接。其工艺过程如右图所示。由图中可知,整个工艺过程主要分三个阶段:一就是SLS原型件(“绿件”)得制作,二就是粉末烧结件(“褐件”)得制作,三就是金属溶渗后处理。1、原型件制作关键技术选用合理得粉末配比:环氧树脂与金属粉末得比例一般控制在1:5与1:3之间。加工工艺参数匹配:粉末材料得物性、扫描间隔、扫描层厚、激光功率以及扫描速度等。实例:采用金属铁粉末、环氧树脂粉末、固化剂粉末混合,其体积比为67%、16%、17%;在激光功率40W下,取扫描速度170mm/s,扫描间隔在0、2mm左右,扫描层厚为0、25mm时烧结。后处理二次烧结时,控制温度在800℃,保温1h;三次烧结时温度1080℃,保温40min;熔渗铜时温度1120℃,熔渗时间40min。所成型得金属齿轮零件如图所示。金属零件直接烧结工艺采用得材料就是纯粹得金属粉末,就是采用SLS工艺中得激光能源对金属粉末直接烧结,使其融化,实现叠层得堆积。其工艺流程如图所示。金属零件直接烧结成型过程较间接金属零件制作过程明显缩短,无需间接烧结时复杂得后处理阶段。但必须有较大功率得