选择性激光烧结工艺的优化应用

选择性激光烧结工艺（Selective Laser Sintering，SLS）最早是由美国学者C.R.Dechard于1989年在其硕士论文中提出的，随后C.R.Dechard创立了DTM公司并于两年后发布了基于SLS技术的工业级商用3D打印机Sinterstation。

二十多年来奥斯汀分校和DTM公司在SLS工艺领域投入了大量的研究工作，在设备研制和工艺、材料开发上都取得了丰硕的成果。德国的EOS公司针对SLS工艺也进行了大量的研究工作并且已开发出一系列的工业级SLS快速成型设备，在2012年的欧洲模具展上EOS公司研发的3D打印设备大放异彩。目前，在国内也有许多研究单位开展了对SLS工艺的研究，如华中科技大学、华北工学院、北京航空航天大学、中北大学、武汉滨湖机电产业有限公司以及北京隆源自动成型有限公司等。

SLS工艺使用的是粉末状材料，激光器在计算机的操控下对粉末进行扫描照射而实现材料的烧结黏合，就这样材料层层堆积实现成型，如图3-2所示，为SLS的成型原理。

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图3-2　SLS成型原理

选择性激光烧结工艺利用粉末材料在激光照射下烧结的原理，首先采用铺粉辊将一层粉末材料平铺到已经成型工件的上表面，并刮平，将材料预热到接近熔化点，再使用高强度的CO2激光器有选择地在该层截面上扫描，使粉末温度升至熔化点，从而进行烧结并与下面已成型的部分实现黏合。当一层截面烧结完后工作台将下降一个层厚，这时铺粉辊又会均匀地在上面铺上一层粉末材料并开始新一层截面的烧结，如此反复操作直至工件完全成型。在成型的过程中，未经烧结的粉末材料对模型的空腔以及悬臂起着支撑的作用，因此SLS成型的工件不需要像SLA成型的工件那样需要支撑结构。SLS工艺使用的材料与SLA工艺相比相对丰富些，主要有石蜡、聚碳酸酯、尼龙、纤细尼龙、合成尼龙、陶瓷，甚至还可以是金属。当工件完全成型并完全冷却后，工作台将上升至原来的高度，此时需要把工件取出并使用刷子或压缩空气把模型表层的粉末去掉。

SLS工艺成型材料广泛，成型工件无须支撑结构。此技术最主要的优势在于金属成品的制作，其制成的产品可具有与金属零件相近的机械性能，故可用于直接制造金属模具以及进行小批量零件生产。但是SLS工艺由于使用了大功率激光器，需要很多辅助保护工艺，整体技术难度较大，制造和维护成本非常高，普通用户无法承受，所以目前应用范围主要集中在高端制造领域。