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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。
国内外主要SLS 成型材料及应用现状崔意娟,白培康,王建宏,刘 斌(中北大学材料科学与工程学院,山西太原030051)摘 要:简要概述了选择性激光快速成型的原理与特点,比较和分析了选择性激光烧结成型所用烧结材料的种类、特点及国内外应用现状,并对其今后的发展研究方向提出了建议。
关键词:选择性激光烧结成型;SLS 材料;应用现状中图分类号:T Q 32 文献标志码:AThe Present Application and Materials for Selective Laser SinteringCU I Yijuan,BA I P eikang ,W A NG Jianhong ,L IU Bin(Co lleg e of M ater ial Science and Engineering ,N o rth U niver sity o f China,T aiy uan 030051,China)Abstract:T he theor y and char acteristic of selectiv e laser sintering (SL S)is int roduced.T he type,characterist ic and pr esent applicatio n o f SL S materia ls are compared and analy zed,some sug g estions have been pro po sed abo ut r esear ch direc -t ion.Key words:SL S,SL S materials,Present application1 快速成型简介快速成型(Rapid prototyping )))RP)是20世纪80年代后期开始商品化的一种高新制造技术,是一种新型的数字化离散/堆积成型过程,无需任何模具,可直接由CAD 模型快速制造出任意复杂形状的三维实体模型,可以对产品设计进行快速评价、修改,以响应市场需求,从而显著缩短零件制造周期、降低零件制造成本、提高材料利用率,实现了高效、低耗、智能化的目的,因此成为21世纪的主流技术。
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。
（2）堆积过程。
首先，铺粉滚筒移至最左边，在加工区域内用滚筒均匀地铺上一层热塑性粉状材料，然后根据扫描轨迹，用激光在粉末材料表面绘出所加工的截面形状，热量使粉末材料熔化并在接合处与旧层粘接。
SLS技术的原理特点及应用领域1. SLS技术简介SLS（Selective Laser Sintering）技术是一种快速成型技术，也被称为激光烧结成型技术。
它是一种使用激光将粉末材料烧结层层堆积而成三维实体的造型方法。
SLS技术最早由德国的D.S. Hilbert在1980年代初提出，并在随后的几十年中得到了广泛的应用和发展。
2. SLS技术的原理SLS技术的工作原理可以概括为以下几个步骤：2.1. 材料选择SLS技术通常采用粉末状材料，如塑料、金属、陶瓷等。
选择合适的材料对于SLS技术的成功应用至关重要。
2.2. 粉末层压首先，将一层薄薄的粉末材料均匀地铺在工作台上，形成一个粉末层。
2.3. 激光烧结接下来，激光束被聚焦到粉末层上的特定位置。
激光的能量会将粉末材料局部加热，使其熔融并与下层粉末粒子结合。
2.4. 层层堆积一旦一层材料烧结完成，工作台会下降一层，形成新的粉末层。
再次进行激光烧结，直到整个模型被逐层堆积完成。
2.5. 后处理打印成品完成后，需要进行后处理来去除未烧结的粉末并进行粗糙表面的处理。
3. SLS技术的特点SLS技术具有以下几个显著的特点：•无需支撑结构: SLS技术是一种自支撑的打印技术，不需要使用支撑结构来支持打印物体，这使得SLS技术在制造复杂形状物体时更具优势。
•材料多样性: SLS技术可以使用多种材料进行打印，包括塑料、金属、陶瓷等。
这种灵活性使得SLS技术适用于各种不同的应用领域。
•高精度: SLS技术的打印精度较高，可以制造出精细的细节和复杂的结构。
•快速制造: SLS技术可以快速制造出物体，相比传统制造方法，节约了大量的时间和成本。
•无需模具: SLS技术可以直接从计算机辅助设计（CAD）模型进行打印，无需制作模具，节省了制模的时间和费用。
4. SLS技术的应用领域SLS技术具有广泛的应用领域，包括但不限于以下几个方面：4.1. 制造业SLS技术在制造业中得到了广泛的应用。
激光选区烧结及其在精密制造业中的应用李小飞;朱东彬;董俊慧【摘要】研究了快速、精确制造金属模具的方法,提出利用激光选区烧结(SLS)技术来快速制造高精度陶瓷型精密铸造用母模.首先,采用正交试验法研究了激光选区烧结工艺参数对制件精度的影响,确定了最佳激光烧结工艺.在此基础上利用浸水起模法替代传统的起模喷烧工艺对陶瓷型精密铸造工艺进行改进.结果表明,选定激光烧结工艺参数为激光功率25 W,扫描速度2.0 m/s,扫描间距0.19 mm,分层厚度0.25 mm时,试样尺寸收缩率最低可达2％.采用陶瓷型浸水起模法起模容易,起模后陶瓷型表面光洁,在200℃焙烧温度下抗弯强度较高,为0.361 MPa.这些结果表明,利用SLS技术能够快速、准确地制造出陶瓷型精密铸造所需母模.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2013(021)005【总页数】6页(P1222-1227)【关键词】激光选区烧结;快速成形;尺寸收缩率;陶瓷型精密铸造;浸水工艺【作者】李小飞;朱东彬;董俊慧【作者单位】内蒙古工业大学材料科学与工程学院,内蒙古呼和浩特010051;河北工业大学机械工程学院,天津300130;内蒙古工业大学材料科学与工程学院,内蒙古呼和浩特010051【正文语种】中文【中图分类】TG156.991 引言快速成型技术是20世纪80年代后期发展起来的一种新型制造技术，它综合了计算机辅助设计、计算机辅助制造、检测、激光、新材料以及精密伺服等多项先进技术［1］。
传统的成型方法有去除成型、添加成型、受迫成型及生长成型，而快速成型技术（Rapid Prototyping，RP）是一种突破传统成型方法的的新方法，该方法提出了一个全新的成型原理——离散／堆积成型，即任何三维零件都可看成是许多二维平面沿某一坐标方向的叠加［2］。
离散／堆积成型可以快速制造任意复杂形状的零件，在机械［3］、电子、航空［4］、生物医学［5－6］、汽车等许多领域得到了广泛应用。
3D打印技术：SLA、FDM、SLS等技术的特点和应用对比分析3D打印技术的快速发展已经改变了传统制造业的格局，各种不同的3D打印技术应运而生，在这些技术中，SLA、FDM和SLS是应用最为广泛的，各自具有自身独特的特点和应用。
本文将对这三种技术进行比较分析，以便读者能更好地了解它们的优缺点以及应用领域。
1. SLA（光固化3D打印技术）SLA是一种通过光敏树脂材料的光固化来实现零件制造的技术。
在SLA打印中，光固化树脂通过激光光束或UV光固化灯照射，将液体材料逐层固化成固体结构，从而实现3D打印。
特点：- SLA打印精度高，可打印出细小的细节和曲线；-制造的零件密度高，尺寸精确，表面光滑；-材料种类多，可选用透明、硬质和柔软材料等；-适用于制造模型、原型、珠宝等精细零件。
应用：-工程原型制作；-珠宝、手表等奢侈品设计与制造；-医疗行业的模型、器械等制造。
2. FDM（熔融沉积建模技术）FDM是一种利用熔融塑料丝材料层层积累而成的3D打印技术。
在FDM打印中，热塑性聚合物材料通过喷嘴加热熔化后，由机器按照程序设计的路径进行沉积成型。
特点：- FDM打印速度快，制造成本低；-可选材料种类多，包括ABS、PLA、PETG等；-零件结构强度高，适用于功能性部件制造；-可批量生产，适用于器械、工业设计等领域。
应用：-工业制造中的功能基础部件；-制造耐热、耐腐蚀功能零件；-教育领域的原型制作。
3. SLS（选择性激光烧结技术）SLS是一种通过激光照射可熔性粉末材料层层烧结而形成零件的3D打印技术。
在SLS打印中，通过激光照射将粉末材料烧结成型，无需支撑结构，制造出的零件具有良好的强度和表面质量。
特点：- SLS打印具有很高的制造自由度，支撑结构可避免；-零件强度高，可承受较大的载荷；-可使用多种工程级材料，如尼龙、PA12等；-适合于小批量或定制化零件制造。
应用：-汽车、航空航天等领域的功能零部件制造；-医疗领域的人造假体、手术模型等制造；-艺术创作和设计制造。
sls工艺成型应用案例SLM工艺成型是指通过熔融金属粉末的选择性加热和熔融，逐层堆积形成三维实体物体的一种快速成型技术。
SLM工艺成型技术具有制造速度快、制造精度高、制造成本低等优点，在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域有着广泛的应用。
以下是10个SLM工艺成型应用案例。
1. 航空航天领域：SLM工艺成型技术被广泛应用于航空航天领域的零部件制造。
例如，利用SLM工艺成型技术可以制造出具有复杂内部结构和轻量化设计的航空发动机零部件，提高了零部件的性能和耐久性。
2. 汽车制造领域：SLM工艺成型技术可以用于汽车制造领域的零部件制造。
例如，利用SLM工艺成型技术可以制造出具有复杂结构和高强度的汽车发动机零部件，提高了汽车的性能和燃油效率。
3. 医疗器械领域：SLM工艺成型技术可以用于医疗器械领域的零部件制造。
例如，利用SLM工艺成型技术可以制造出具有个性化设计和高精度的人工关节，提高了手术的成功率和患者的生活质量。
4. 电子设备领域：SLM工艺成型技术可以用于电子设备领域的零部件制造。
例如，利用SLM工艺成型技术可以制造出具有复杂结构和高导热性的散热器，提高了电子设备的散热效果和工作稳定性。
5. 工业制造领域：SLM工艺成型技术可以用于工业制造领域的零部件制造。
例如，利用SLM工艺成型技术可以制造出具有复杂结构和高耐磨性的模具，提高了工业制造的效率和品质。
6. 船舶制造领域：SLM工艺成型技术可以用于船舶制造领域的零部件制造。
例如，利用SLM工艺成型技术可以制造出具有复杂内部结构和高耐腐蚀性的船舶部件，提高了船舶的使用寿命和安全性。
7. 建筑领域：SLM工艺成型技术可以用于建筑领域的零部件制造。
例如，利用SLM工艺成型技术可以制造出具有复杂形状和高强度的建筑结构件，提高了建筑的结构稳定性和耐久性。
8. 能源领域：SLM工艺成型技术可以用于能源领域的零部件制造。
例如，利用SLM工艺成型技术可以制造出具有复杂内部结构和高热效率的燃料电池板，提高了能源的利用效率和环境友好性。
选择性激光烧结（SLS）在模具制造中的应用
【摘要】传统的模具加工方法在看到零件图纸产生设计概念后，需要进一步设计加工图、工艺规程等等，而选择性激光烧结可根据三维CAD数模直接制造出具有复杂内部结构的模具，简化了制模的工艺过程，大大节约了产品成本，提高了产品的生产效率，特别适合新产品的开发和单件小批量产品的生产。
本文介绍了选择性激光烧结的原理及在模具制造业的应用。
【关键词】模具制造；选择性激光烧结；粉末烧结
1.选择性激光烧结（SLS）的简介
随着世界经济竞争的日益激烈化和全球化，产品制造商们越来越需要以最短的时间制造出符合人们消费需求的新产品来抢占市场。
20世纪80年代末出现的SLS技术就是在这样的背景下提出并逐步得以发展的。
它是一种逐层零件制造上艺，它突破传统的材料变形成型和去除材料成型的工艺方法，使用近乎全自动化的工艺从CAD文件直接生产所需要的模型或模具，可以显著减少产品原型的开发时间和成本，极大的提高产品的质量；由于SLS工艺具有选材广泛、适用性广、制造工艺比较简单、成形精度高、无需支撑结构、可直接烧结模具等诸多优点，成为当前发展最快、最为成功的且已经商业化的模具制造方法之一，在现代制造业得到越来越广泛的重视。
因此。
SLS技术在模具制造业中越来越具有竞争力，有望成为21世纪的的主流制造技术。
2.原理
选择性激光烧结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。
SLS的原理与SLA十分相象，主要分别在于所使用的材料及其性状。
SLA所用的材料是液态的紫外光敏可凝固树脂，而SLS则使用粉状的材料。
这是该项技术的主要优点之一，因为理论上任何可熔的粉末都可以用来制造模型，这样的模型可以用作真实的原型元件。
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。
该技术最大特点是能同时用几种不同材料（聚碳酸脂、聚乙烯氯化物、石蜡、尼龙、ABS、铸造砂）制造一个零件。
其原理如图1所示：
图1 选择性激光烧结原理图
3.选择性激光烧结在模具设计制造中的应用和实例
SIS工艺已经成功应用于汽车、造船、航天和航空等诸多模具制造行业，为许多传统制造业注人了新的生命力和创造力。
概括地说，SIS工艺可以应用于以下一些场合①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、试验用复杂模型。
和其他的快速原型技术一样，SLS也是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，不必象SLA工艺那样另行生成支撑工艺结构。
可制作一些光造型法难以制作的大型零件和厚壁样件，且制作成本低廉（约为光造型法的1/2）、速度高（约为木模制作时间的1/5以下），并可简便地分析设计构思和功能。
②快速模具和工具制造。
将SIS制造的零件直接作为模具使用，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作功能性零部件使用。
③单件或小批量生产。
对于那些不能批量生产或形状很复杂的零件，利用SIS技术来制造模具，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意义。
国内，北京隆源自动成形系统有限公司在快速精密铸造方面取得了诸多成果，利用其开发的AFS-300激光快速成型机在较短时间内可为用户制成铸件原型、熔模及铸造型壳。
4.以下为国内外SLS制造的成型材料的模具
倨我所知：国外的厂家在SLS领域研究开发最具权威和代表性的是DTM公司，它开发研究的材料类型主要有聚酰胺粉末。
添加玻璃珠的聚酰胺粉末等。
主要用在概念型，测试型模具制造，消失模制造，功能零件或金属模具制造领域。
而国内的研究厂家主要有华中科技大学，华北工学院，北京隆原自动成型有限公司，它们的材料分别是覆膜砂，PS粉，覆膜陶瓷，覆膜金属，原型烧结粉等。
主要用在砂铸模具，熔模制造，金属模具，陶瓷模具精铸等领域。
以下为SLS 技术制造出的不同材料的模具例子：
4.1聚碳酸酯类模具。
应用如下
航天航空（如叶片-叶轮、飞机零件等）。
汽车生产（如发动机、泵、排气管等）。
铸造业（如熔模铸造、砂模铸造等）。
模型制造（如外观模型制造、硅胶模具制造、树脂模具制造等）。
医疗用途（如牙科、骨科等的修补及矫正等）。
4.2纤细尼龙及合成尼龙模具。
应用如下：
电器用品制造（如吹发器、空调等）。
电动工具制造（如手动电钻）。
通讯设备制造（如电话外壳、装配零件等）。
其他如玩具制造、油封制造、端子及线耳制造等各行各业的塑胶原型制造。
4.3金属模具。
应用如下
航空/航天。
汽车生产硅胶模制造。
熔模铸造砂模铸造。
各行各业的新产品开发（设计鉴定）。
4.4塑料模具
应用于所有塑胶行业的试产模具制造。
5.SIS技术在模具设计制造业中的优势
（1）其过程与零件复杂程度无关，是真正的自由模具制造，这是传统手工模具制造方法无法比拟的。
SIS可以成型几乎任意几何形状的零件，对具有复杂内部结构的零件特别有效。
（2）生产周期短，从CAD设计到模具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。
（3）材料范同宽，任何受热粘结的粉末材料都被用作SIS原材料的可能性。
材料无浪费，未烧结的粉末可重复使用。
【参考文献】
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