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陶瓷材料选择性激光烧结熔融技术研究与应用现状一、本文概述陶瓷材料以其独特的高硬度、高耐磨性、高化学稳定性以及良好的热学、电学性能，在众多工程领域中发挥着不可替代的作用。
然而，传统的陶瓷成型工艺如压制、注浆等静压等，都存在工艺复杂、能耗高、生产周期长等问题，这在一定程度上限制了陶瓷材料的大规模应用。
近年来，随着增材制造技术的发展，选择性激光烧结熔融技术（Selective Laser Sintering/Melting，简称SLS/SLM）作为一种先进的陶瓷材料成型工艺，逐渐展现出其独特的优势和应用潜力。
本文旨在全面综述陶瓷材料选择性激光烧结熔融技术的研究现状和应用进展。
文章将简要介绍选择性激光烧结熔融技术的基本原理和特点，并重点分析其在陶瓷材料成型中的应用优势。
随后，文章将详细探讨陶瓷材料选择性激光烧结熔融技术的研究现状，包括材料体系、工艺参数、设备发展等方面。
文章还将对陶瓷材料选择性激光烧结熔融技术的应用现状进行梳理，涉及航空航天、生物医学、汽车制造、电子封装等领域。
文章将展望陶瓷材料选择性激光烧结熔融技术的发展趋势和未来挑战，以期为相关领域的研究和应用提供有益的参考和借鉴。
二、陶瓷材料选择性激光烧结熔融技术原理选择性激光烧结熔融（Selective Laser Sintering, SLS）是一种增材制造技术，特别适用于陶瓷材料的加工。
该技术的核心原理是通过激光束在计算机控制下，选择性地熔化或烧结粉末材料，层层堆积形成三维实体。
在陶瓷材料的选择性激光烧结熔融过程中，首先需要将陶瓷粉末均匀铺设在打印平台上。
然后，激光束根据预先设定的三维模型数据，在计算机的控制下，对陶瓷粉末进行选择性加热。
激光束的能量使粉末颗粒间的接触点发生熔化或烧结，形成牢固的结合。
随着打印层的逐渐累加，最终形成完整的陶瓷部件。
陶瓷材料的选择性激光烧结熔融技术具有高精度、高效率和高材料利用率等优点。
同时，该技术还可以通过调整激光参数、粉末材料性能等因素，实现陶瓷部件的微观结构和性能的调控，以满足不同应用场景的需求。
选择性激光烧结原理
选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS）是一种常用于快速成型的增材制造技术，它通过激光照射粉末材料来实现三维物体的逐层烧结，是一种非常重要的制造技术。
本文将对选择性激光烧结的原理进行详细介绍，包括激光烧结的基本过程、原理及其应用。
激光烧结的基本过程是将一层薄薄的粉末材料铺在工作台上，然后利用激光束逐层扫描并照射在粉末层上，粉末被局部熔化并与下一层粉末烧结在一起，从而形成一个完整的三维物体。
这个过程需要精确控制激光束的位置和功率，以确保粉末能够被正确烧结，同时又不会造成过度烧结或烧结不足的情况。
激光烧结的原理主要是利用激光的高能量来熔化粉末材料，并且在瞬间冷却后形成固态结构。
激光束的能量密度和照射时间是影响烧结质量的关键参数，需要根据材料的特性和所需的物体结构来进行合理的选择。
此外，粉末材料的颗粒大小和分布也会对烧结质量产生影响，因此需要在制备粉末材料时进行精确的控制。
选择性激光烧结技术在实际应用中具有广泛的用途，特别是在制造复杂形状和小批量产品时具有独特的优势。
例如，在航空航天、医疗器械、汽车制造等领域，激光烧结技术都得到了广泛的应用。
由于激光烧结技术可以直接从数字模型中制造出实物，因此在定制化产品的制造中具有很大的潜力。
总的来说，选择性激光烧结技术是一种非常重要的增材制造技术，它通过激光照射粉末材料来实现三维物体的逐层烧结。
激光烧结的原理主要是利用激光的高能量来熔化粉末材料，并且在瞬间冷却后形成固态结构。
这种技术在航空航天、医疗器械、汽车制造等领域具有广泛的应用前景，是一种非常有前景的制造技术。
选择性激光烧结成型技术的工艺与应用第一篇：选择性激光烧结成型技术的工艺与应用选择性激光烧结成型技术的研究与应用摘要：介绍了选择性激光烧结成型技术的基本原理、工艺过程和特点，阐述了激光烧结技术的材料和设备的选择，列举了激光烧结技术在各个领域特别是模具制造领域的应用，并且分析了现有技术中存在的问题以及前景的展望。
关键词：快速成型；选择型激光烧结（SLS）；模具制造 1.引言快速原型技术（Rapid Prototyping，PR）是一种涉及多学科的新型综合制造技术。
它是借助计算机、激光、精密传动和数控技术等现代手段，根据在计算机上构造的三位模型，能在很短时间内直接制造产品模型或样品。
快速原型技术改善了设计过程中的人机交流，缩短了产品开发的周期，加快了产品的更新换代速度，降低了企业投资新产品的成本和风险。
选择性激光烧结机技术（Selective Laser Sintering，SLS）作为快速原型技术的常用工艺，是利用粉末材料在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成型。
与其他快速成型工艺相比，其最大的独特性是能够直接制作金属制品，而且其工艺比较简单、精度高、无需支撑结构、材料利用率高。
本文主要介绍选择型激光烧结成型技术的基本原理、工艺特点、材料设备选择以及应用等内容。
2.选择性激光烧结技术（SLS）2.1 选择性激光烧机技术（SLS）的基本原理和工艺过程选择性激光烧机技术（SLS）工艺是一种基于离散-堆积思想的加工过程，其成形过程可分为在计算机上的离散过程和在成形机上的堆积过程，简单描述如下：（1）离散过程。
首先用CAD软件，根据产品的要求设计出零件的三维模型，然后对三维模型进行表面网格处理，常用一系列相连三角形平面来逼近自由曲面，形成经过近似处理的三维CAD模型文件。
然后根据工艺要求，按一定的规则和精度要求，将CAD模型离散为一系列的单元，通常是由Z向离散为一系列层面，称之为切片。
然后将切片的轮廓线转化成激光的扫描轨迹。
选择性激光烧结技术讨论选择性激光烧结技术讨论1.选择性激光烧结技术（SLS）的发展现状⽬前RP技术的快速成型⼯艺⽅法有⼗多种，主要有：⽴体光固造型（⽴体印刷）SLA；选择性激光烧结SLS；叠层技术LOM；熔融沉积造型FDM ，三维印刷3D-P。
选择性激光烧结技术（Selective Laser Sintering）是发展最快，最为成功且已经商业化的RP⽅法之⼀，采⽤该技术不仅可以制造出精确的模型，还可以成型具有可靠结构的⾦属零件作为直接功能件使⽤。
由于其具有诸多优点，如粉末选材⼴泛、适⽤性，可直接烧结零件等，因此在现代制造中受到越来越⼴泛的重视。
SLS技术最初是由美国德克萨斯⼤学奥斯汀分校于1989年提出的。
后来美国DTM公司于1992年推出该⼯艺的商品化⽣产设备。
⼏⼗年来，奥斯汀分校和DTM公司在SLS领域做了⼤量研究⼯作，在设备研制和⼯艺、材料开发上取得了丰硕的成果。
德国的EOS公司在这⼀领域也做了很多研究⼯作，并开发了相应的系列成型设备。
在国内，很多单位进⾏了SLS的相关研究⼯作，如华中科技⼤学、南京航空航天⼤学、西北⼯业⼤学、华北⼯学院和北京隆源⾃动成型有限公司等也取得了许多重⼤成果。
如北京隆源⾃动成型有限公司开发的AFS-300激光快速成型的商品化设备。
如果从烧结⽤材料的特性来划分，选择性激光技术的发展可分为两个阶段：⼀是⽤SLS技术烧结低熔点的材料来制造原型。
⽬前的烧结设备和⼯艺⼤多处于这⼀阶段。
所使⽤的材料是塑料、尼龙、⾦属或者陶瓷的包⾐粉末）（或于聚合物的混合物）；⼆是⽤SLS技术直接烧结⾼熔点的材料来制造零件2. 选择性激光烧结技术的研究内容选择性激光烧结(Selective Laser Sintering)是20世纪80年代末出现的⼀种快速成型新⼯艺—利⽤激光束烧结粉末材料分层加⼯制造技术。
零件的三维描述被转化为⼀整套切⽚，每个切⽚描述确定⾼度的零件横截⾯。
采⽤激光束对粉末状的成型材料进⾏分层扫描，受到激光束照射的粉末被烧结。
选择性激光烧结快速成形技术摘要：选择性激光烧结快速成形(Selective Laser Sintering Rapid Prototyping)技术使用固体粉末材料，该材料在激光的照射下，能吸收能量。
发生熔融固化，从而完成层信息的成型。
这种方法适用的材料范围广(适用于聚合物、铸造用蜡、金属或陶瓷粉末)，特别是在金属和陶瓷材料的成型方面具有独特的优点，有着制造工艺简单，柔性度高、材料选择范围广、材料价格便宜，成本低、材料利用率高，成型速度快等特点。
本文就SLS的原理，优点，以及使用材料的发展做了简要概括，并对金属粉末的进行了重点讨论。
关键字：SLS，原理，材料，金属粉末目录前言 (1)1 选择性激光烧结快速成形技术的应用 (1)2 选择性激光烧结快速成形技术原理 (2)2.1 基本工作原理 (2)2.2 SLS快速成形技术工艺流程 (4)2.3 SLS烧结机理 (4)3SLS技术的特点 (5)4 中北大学SLS方面的成果 (6)5 选择性激光烧结用原材料 (6)5.1 金属材料 (7)5.2 聚合物材料 (8)5.3 陶瓷材料 (8)5.4 新型SLS原料的研制-木塑复合材料 (8)6 金属粉末选择性激光烧结(SLS)技术 (8)6.1 间接法 (9)6.2 直接法 (10)6.3 金属粉末SLS存在的问题 (11)6.4 金属粉末SLS发展趋势 (12)总结 (12)参考文献 (14)前言选择性激光烧结快速成形(Selective Laser Sintering Rapid Prototyping)技术(简称SLS技术)1989年由美国C.R Decard申请专利，DTM公司推向市场，之后因为具有成型材料选择范围宽、应用领域广的突出优点，得到了迅速的发展，受到越来越多的重视。
选择性激光烧结(SLS)也可被称为选区激光烧结，它跟其它的快速成型工艺一样，加工原理也是离散-堆积成型原理。
其以Nd:YAG或CO2激光发射器为加工能源，利用计算机来控制激光束对加工材料（包括高分子材料、金属粉末、预合金粉末材料及纳米材料等）按设定的速度并调整合适的激光能量密度并根据切片截面轮廓的二维数据信息进行烧结，层层堆积，全部烧结完后去掉周围多余的粉末, 再对烧结件进行打磨、烘干等一系列后处理操作便可以获得零件。
3D打印技术：SLA、FDM、SLS等技术的特点和应用对比分析3D打印技术的发展已经取得了显著的成就，现在市面上有多种不同的3D打印技术，如SLA（光固化）、FDM（熔融沉积建模）和SLS （选择性激光烧结）等。
这些技术各自具有自己的特点和应用，本文将对它们进行详细的分析和比较。
一、SLA（光固化）技术SLA（Stereo Lithography Apparatus）是一种利用紫外线激光固化光敏树脂来进行3D打印的技术。
在SLA打印中，紫外线激光照射到光敏树脂表面，树脂在紫外线激光的作用下进行固化，一层一层地堆积，从而构建出3D打印模型。
SLA技术的特点：1.高精度：由于SLA技术采用激光光束对光敏树脂进行点对点的固化，因此该技术打印出的模型具有很高的精度和表面光滑度。
2.高速度：SLA技术在固化光敏树脂时只需要进行点对点的激光照射，因此打印速度较快。
3.适用于小批量生产：由于SLA技术具有高精度和高速度的特点，因此适用于小批量生产，尤其是一些需要高精度模型的领域，如医疗、汽车、航空航天等。
4.材料多样性：SLA技术使用的光敏树脂种类繁多，可以根据不同的需求选择不同性能的光敏树脂进行打印，可以满足不同行业的需求。
SLA技术的应用：1.医疗领域：SLA技术可以打印出高精度的医疗模型，用于手术模拟、人体组织重建等领域。
2.工程领域：SLA技术可以打印出高精度的工程模型，用于产品设计、样机制作等领域。
3.艺术领域：SLA技术可以打印出艺术品模型，用于雕塑、装饰等领域。
二、FDM（熔融沉积建模）技术FDM（Fused Deposition Modeling）是一种利用熔化的热塑性材料进行3D打印的技术。
在FDM打印中，熔融的热塑性材料从喷嘴中挤出，通过移动喷嘴进行层层堆积，从而构建出3D打印模型。
FDM技术的特点：1.低成本：FDM技术使用的材料相对较为便宜，因此成本较低。
2.材料多样性：FDM技术使用的热塑性材料种类繁多，可以根据不同的需求选择不同性能的材料进行打印。
选择性激光烧结技术讨论1.选择性激光烧结技术（SLS）的发展现状目前RP技术的快速成型工艺方法有十多种，主要有：立体光固造型（立体印刷）SLA；选择性激光烧结SLS；叠层技术LOM；熔融沉积造型FDM ，三维印刷3D-P。
选择性激光烧结技术（Selective Laser Sintering）是发展最快，最为成功且已经商业化的RP方法之一，采用该技术不仅可以制造出精确的模型，还可以成型具有可靠结构的金属零件作为直接功能件使用。
由于其具有诸多优点，如粉末选材广泛、适用性，可直接烧结零件等，因此在现代制造中受到越来越广泛的重视。
SLS技术最初是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校于1989年提出的。
后来美国DTM公司于1992年推出该工艺的商品化生产设备。
几十年来，奥斯汀分校和DTM公司在SLS领域做了大量研究工作，在设备研制和工艺、材料开发上取得了丰硕的成果。
德国的EOS公司在这一领域也做了很多研究工作，并开发了相应的系列成型设备。
在国内，很多单位进行了SLS的相关研究工作，如华中科技大学、南京航空航天大学、西北工业大学、华北工学院和北京隆源自动成型有限公司等也取得了许多重大成果。
如北京隆源自动成型有限公司开发的AFS-300激光快速成型的商品化设备。
如果从烧结用材料的特性来划分，选择性激光技术的发展可分为两个阶段：一是用SLS技术烧结低熔点的材料来制造原型。
目前的烧结设备和工艺大多处于这一阶段。
所使用的材料是塑料、尼龙、金属或者陶瓷的包衣粉末）（或于聚合物的混合物）；二是用SLS技术直接烧结高熔点的材料来制造零件2. 选择性激光烧结技术的研究内容选择性激光烧结(Selective Laser Sintering)是20世纪80年代末出现的一种快速成型新工艺—利用激光束烧结粉末材料分层加工制造技术。
零件的三维描述被转化为一整套切片，每个切片描述确定高度的零件横截面。
采用激光束对粉末状的成型材料进行分层扫描，受到激光束照射的粉末被烧结。
当一个层被扫描烧结完毕后，工作台下降一个层的厚度，一个敷料辊又在上面敷上一层均匀密实的粉末，直至完成整个造型。
在造型过程中，未经烧结的粉末对模型的空腔和悬臂部分起着支撑作用。
SLS也是不必象SLA工艺那样另行生成支撑工艺结构，成型过程与复杂程度无关，无需任何工装模具。
因此特别适合于内部结构极其复杂的零件制造，例如，发动机缸体、缸盖、进排气管等。
2.1 选择性激光烧结技术的原理选择性激光技术是采用激光有选择地分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化层层层叠加生成所需形状的零件。
其整个工艺过程包括CAD模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。
SLS技术的快速成型系统工作原理如图1所示。
图1 选择性激光烧结原理整个工艺装置由粉末缸和成型缸组成。
工作时粉末缸活塞（送粉活塞）上升，由铺粉辊将粉末在成型缸活塞（工作活塞）上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹，有选择的烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。
粉末完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺上新粉，控制激光束再扫描烧结新层。
如此循环往复，层层叠加，知道三维零件成型。
最后，将未烧结的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件，对于金属粉末激光烧结，在烧结之前，整个工作台被加热至一定温度，可减少成型中的热变形，并利于层与层之间的结合。
与其他RP方法相比，SLS最突出的优点在于它所使用的成型材料十分广泛。
从理论上说，任何加热后能形成原子间粘结的粉末材料都可以作为SLS 的成型材料。
目前，可成功进行SLS成型加工材料有石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末和它们的复合粉末材料。
由于SLS成型材料品种多、用料节省、成型件性能分布广泛，适合多种用途以及SLS无需设计和制造复杂的支撑系统，所以SLS的应用越来越广泛。
2.2 SLS中成型材料的研究成型材料是SLS技术发展和烧结成功的一个关键环节，它直接影响成型件的成型速度、精度和物理化学性能，影响工艺和设备的选择及成型件的综合性能。
因此，国内外有许多公司和研究单位加强了这一领域的研究工作，并取得了重大进步。
◆国外主要SLS成型材料的产品及用途国外的许多快速成型系统开发公司和使用单位都对快速成型材料进行了大量的研究工作，开发了适合多种快速成型的材料。
其中在SLS领域以DTM公司所开发的成型材料最具有代表性，其已经商品化的SLS用成型材料的产品见表1。
表1 DTM开发的SLS用成型材料产品◆国内主要SLS成型材料的产品及用途与快速成型设备的研究相比，我国快速成型材料及工艺的研究相对滞后，目前还处在起步阶段，与国外相比还存在较大差距。
虽国内有多家研究开发单位对SLS材料和工艺进行了研究开发工作，但还没有专门的成型材料生产和销售单位。
国内几家主要快速成型技术研究单位开发的材料见表2。
表2 国内主要快速成型技术研究单位开发的SLS用材料2.3 SLS技术的主要特点SLS技术的特点归纳起来主要有一下几点：①过程与零件复杂程度无关，是真正的自由制造，这是传统的方法无法比拟的。
SLS与其它RP不同，不需要预先制作支架，未烧结的松散粉末做了自然支架。
SLS可以成型几乎任何形状的零件，对具有内部复杂结构的零件特别有效。
②产品的单价几乎与批量无关，特别适合于新产品的开发或单件、小批量零件的生产。
③生产周期短，从CAD设计到零件的加工完成，只需几小时到几十小时，整个生产过程数字化，可随时修正、随时制造。
这一特点使其特别适合于新产品的开发。
④与传统工艺方法相结合，可实现快速铸造、快速模具制造、小批量零件输出等功能，为传统制造方法注入新的活力。
⑤材料范围宽，任何受热粘结的粉末材料都有被用作SLS原材料的可能。
材料无浪费，未烧结的粉末可重复使用。
⑥应用面广。
由于成型材料的多样化，使得SLS适合于多种应用领域，如原型设计验证、模具母模、精铸熔模、铸造型壳和型芯等。
金属粉末的SLS技术由于用途比较广泛，技术也比较成熟，现就重点介绍一下金属粉末的SLS相关研究内容。
早期SLS主要使用的是塑料粉末，随着工艺和材料的发展及制造业的要求，国内外科技工作者近几年对金属粉末的选择性烧结工艺做了大量的研究工作，并取得了重大的进步。
目前，金属粉末的SLS主要有直接法和间接法两种方法。
①直接法目前，直接法使用金属粉末材料是由高熔点金属粉末（用作结构材料）和低熔点金属粉末（用作粘接剂）混合而成，烧结时激光将粉末升温至两金属熔点之间的某一温度，使粘结金属粉末熔化，并在表面张力的作用下填充于未熔化的结构金属粉末颗粒间的孔隙中，从而将结构金属粉末粘结在一起。
为了更好的降低孔隙率，粘结金属的颗粒尺寸必须比结构金属的小，这样可以使小颗粒熔化后更好的润湿大颗粒、填充颗粒间的孔隙，提高烧结体的致密度。
此外，激光功率对烧结质量也有较大影响。
目前，直接SLS用的成型材料主要有：Ni-Sn，Fe-Sn，Cu-Sn，Fe-Cu，Ni-Cu 等。
②间接法间接法使用的粉末实际上是一种金属组元与有机粘结剂的混合物。
由于有机材料的红外光吸收率高、熔点低，因而在激光烧结过程中，有机粘结剂熔化，将金属颗粒粘结起来。
由于间接SLS工艺可以显著缩短工艺周期，因而近几年来，间接SLS工艺在金属粉末SLS技术中所占的比重明显上升。
2.4 SLS技术的应用领域几十年来，SLS工艺已经成功应用于汽车、造船、航天和航空等诸多行业，为许多传统制造业注入了新的生命力和创造力。
概括的说，SLS工艺可以应用于以下一些场合：快速原型制造。
可快速制造设计零件的原型，及时进行评价、修正以提高产品的设计质量，使客户获得直观的零件模型、制造教学、实验用复杂模型。
快速模具和工具制造。
将SLS制造的零件和直接作为模具使用，如砂型铸造用模、金属冷喷模、低熔点合金模等。
也可将成型件经后处理后做功能性零件使用。
单件或小批量生产。
对于那些不能批量生产或者形状很复杂的零件，利用SLS技术来制造，可降低成本和节约生产时间，这对航空航天及国防工业更具有重大的意义。
3．目前选择性激光烧结成型技术尚存在的一些问题。
SLS是一种新兴的制造技术，在许多方面还不够完善。
如制造的三维零件普遍存在强度不高、精度较低及表面质量较差等问题。
目前，制造出来的零件普遍存在着致密度、强度及精度较低、机械性能和热学性能不能满足使用要求等一系列问题。
这些成型件不能作为功能性零件直接使用，需要进行后处理（如热等静压HIP、液相烧结LPS、高温烧结及熔浸）后才能投入实际使用。
就SLS技术在金属粉末中的应用来说，存在的问题可以归结为以下两点：①在直接法中，虽然激光是一种重要的加工条件，但是如果激光功率过小，会使粘结金属熔化不充分，导致烧结体的残余孔隙过多；反之，如果功率太高，则又会生成过多的金属液，使烧结体发生变形。
因此对直接法而言，为了获得良好的烧结结构，必须不断摸索以寻找到最佳的激光功率。
而且直接法烧结后的零件机械强度和致密度较低，需进行后续处理（如液相烧结、热等静压等）才能满足使用要求。
②对于间接法而言，烧结后的成型件孔隙较大，强度也不是很高，必须经后处理才能成为密实的金属功能件。
一般的后处理工艺为脱脂→高温焙烧（或称二次烧结）→金属熔浸。
间接法的优点是烧结速度快，但主要缺点是工艺周期长，在后处理过程中零件的尺寸和形状精度会降低。
此外，还需要注意的是，由于金属粉末的SLS温度较高，为了防止金属粉末氧化，烧结时必须将金属粉末密封在充有保护气体的容器中。
保护气体有氮气、氢气、氩气及其混合气体。
烧结的金属不同，要求的保护气体也不同。
快速成型技术中，金属粉末激光烧结是近年来人们研究的一个热点，实现使用高熔点金属直接烧结成型金属零件，对传统切削加工方法难以加工制造出高强度零件以及对快速成型技术更广泛的应用具有重要的意义。
尤其在航天器件、飞机发动机零件及武器零件的制造方面。
近几十年来SLS技术得到了飞速发展，获得了良好的应用效果，但作为一项新兴制造技术，尚处于一个不断发展、不断完善的过程之中。
目前，SLS技术还有很大发展空间。
因此，需要加强SLS技术的研究，以使其能更好的服务于制造业。
4.关于SLS工艺的一些思考与建议SLS工艺过程中涉及的很多参数（如材料的物理化学性质、激光参数和烧结工艺参数等），这些参数影响着烧结过程、成型精度和质量。
零件在成型过程中，由于各种材料因素、工艺因素等的影响。
会使烧结件产生各种金属缺陷（如裂纹、变形、气孔、组织不均匀等）◆粉末材料的影响粉末材料的物理特性，如粉末粒度、密度、热膨胀系数以及流动性等对零件中缺陷形成具有重要的影响。
粉末粒度和密度不仅影响成型件中缺陷的形成，还对成型件的精度和粗糙度有着显著的影响。
粉末的膨胀和凝固机制对烧结过程的影响可导致成型件孔隙的增加和抗拉强度的降低。
