选择性激光烧结成形(SLS)是一种
增材制造(AM)技术,它使用
激光作为电源来烧结粉末材料(通常是尼龙/聚酰胺),将激光自动瞄准由a定义的空间点。 3D模型将材料粘合在一起,形成坚固的结构。 它类似于直接金属激光烧结(DMLS); 这两个是相同概念的实例,但技术细节不同。 选择性激光熔化(SLM)使用了类似的概念,但在SLM中材料完全熔化而不是烧结,允许不同的性质(晶体结构,孔隙率等)。 SLS(以及其他提到的AM技术)是一项相对较新的技术,迄今为止主要用于快速原型制作和零部件的小批量生产。 随着AM技术的商业化改进,生产角色正在扩大。
历史
选择性激光烧结成形(SLS)由DADPA赞助的Carl Deckard博士和20世纪80年代中期
德克萨斯大学奥斯汀分校的学术顾问Joe Beaman博士开发并获得专利。Deckard和Beaman参与了由此产生的启动公司DTM,该公司是为设计和制造SLS机器而建立的。 2001年,DTM和SLS技术的最大竞争对手3D Systems收购了DTM。关于Deckard SLS技术的最新专利于1997年1月28日发布,并于2014年1月28日到期。
类似的过程获得专利,但没有被R. F. Housholder在1979年商业化。
由于SLS需要使用高功率激光器,因此在家中使用时通常太昂贵,更不用说可能太危险了。 SLS印刷的费用和潜在危险意味着SLS印刷的本土市场不像其他
增材制造技术的市场那样大,例如熔融沉积成型(FDM)。然而,有一些个人和公司专注于将这项技术带给个人消费者。其中一位是
斯沃斯莫尔学院的工程专业学生安德烈亚斯巴斯蒂安,他最近开发了一种相对低成本的SLS打印机,能够用蜡或碳制造物体。家用SLS打印的另一个选择是Focus SLS打印机。 Barry Mayers在2000年初以商标CB公司的有限公司为该设计申请了专利。
技术
增材制造层技术SLS涉及使用高功率激光器(例如,
二氧化碳激光器)将塑料,金属,陶瓷或玻璃粉末的小颗粒熔合成具有所需三维形状的块。激光通过扫描由粉末床表面上的部件的3-D数字描述(例如来自CAD文件或扫描数据)产生的横截面来选择性地熔化粉末材料。扫描每个横截面后,将粉末床降低一层厚度,在顶部施加新的材料层,并重复该过程直到部件完成。
由于成品密度取决于峰值激光功率,而不是激光持续时间,因此SLS机器通常使用脉冲激光。 SLS机器将粉末床中的散装粉末材料预热到略低于其熔点的温度,以使激光更容易在剩下的时间内将所选区域的温度升高到熔点。
与其他一些增材制造工艺相比,例如立体光刻(SLA)和熔融沉积成型(FDM),其中最常需要特殊的支撑结构来制造悬垂设计,SLS不需要单独的支撑材料进料器,因为正在构造的部件在任何时候都被未烧结的粉末包围,这允许构造先前不可能的几何形状。此外,由于机器的腔室总是充满粉末材料,因此通过称为“嵌套”的技术,多个部件的制造对设计的整体难度和价格的影响要小得多,因此可以定位多个部件以适应边界这台机器。然而,应该观察到的一个设计方面是,使用SLS,制造空心但完全封闭的元件是“不可能的”。这是因为元件内未烧结的粉末不能排出。
由于专利已经开始到期,经济实惠的家用打印机已成为可能,但加热过程仍然是一个障碍,功耗高达5千瓦,温度必须控制在2°C以内的三个阶段的预热,熔化并在移除前存储。
材料和应用
一些SLS机器使用单组分粉末,例如直接金属激光烧结。粉末通常通过球磨生产。然而,大多数SLS机器使用双组分粉末,通常是涂覆粉末或粉末混合物。在单组分粉末中,激光仅熔化颗粒的外表面(表面熔化),将固体未熔化的核心彼此熔合并熔合到前一层。
与其他增材制造方法相比,SLS可以从相对广泛的市售粉末材料生产零件。这些包括聚合物,如尼龙(纯净,玻璃填充,或与其他填料)或聚苯乙烯,金属,包括钢,钛,合金混合物,复合材料和绿砂。物理过程可以是完全熔化,部分熔化或液相烧结。根据材料的不同,可以获得高达100%的密度,其材料特性可与传统制造方法相媲美。在许多情况下,可以在粉末床内包装大量零件,从而实现非常高的生产率。
SLS技术因其能够直接从数字CAD数据轻松制作非常复杂的几何形状而在全世界广泛使用。虽然它最初是作为在设计周期早期构建原型零件的一种方式,但它越来越多地用于限量生产制造以生产最终用途零件。 SLS的一个较少预期和快速增长的应用是它在艺术中的应用。
因为SLS可以生产由各种材料(塑料,玻璃,陶瓷或金属)制成的零件,它很快就会成为创造原型,甚至最终产品的流行过程。在需要少量高质量零件的情况下,SLS已经越来越多地用于工业中,例如在航空航天工业中,SLS被更频繁地用于制造飞机的原型。飞机通常是少量生产并且可以使用数十年,因此生产零件的物理模具变得非常划算,因此SLS已成为一种出色的解决方案。
优点与缺点
优点
SLS过程的一个明显优势是,因为它是完全自支撑的,它允许在称为嵌套的过程中在其他部分内构建零件 - 具有高度复杂的几何形状,而这些几何形状根本无法以任何其他方式构造。
零件具有高强度和刚度
各种精加工可能性(例如,金属化,炉搪瓷,振动研磨,浴缸着色,粘合,粉末,涂层,植绒)
符合EN ISO 10993-1和USP / VI / 121°C的生物兼容性
可以构建具有内部部件,通道的复杂部件,而不会将材料捕获在内部并且改变表面以免移除支撑件。
最快的增材制造工艺,用于印刷功能性,耐用性,原型或最终用户部件。
各种材料和强度,耐用性和功能特性,SLS根据应用提供尼龙基材料作为解决方案。
由于优异的机械性能,该材料通常用于替代典型的注塑成型塑料。
缺点
SLS印刷部件具有多孔表面。这可以通过涂覆诸如
氰基丙烯酸酯的涂层来密封。