金属激光烧结技术DMLS在模具上的应用分析

一文看懂五种金属3D打印技术原理如今，随着科技的快速发展，具有短期制造、按需制造、快速原型优势的金属3D打印技术，正在使很多不可能成为可能。

目前市场上主流的金属3D打印技术主要有以下五种：激光选区烧结（SLS）、纳米颗粒喷射金属成型（NPJ）、激光选区熔化（SLM）、激光近净成型（LENS）和电子束选区熔化（EBSM）技术。

下面，给大家介绍一下这五种金属3D打印技术的基本工作原理。

一、SLS激光选区烧结工作原理：预先在工作台上铺一层粉末材料，激光在计算机控制下，按照界面轮廓信息，对实心部分粉末进行烧结，然后不断循环，层层堆积成型。

SLS法采用红外激光器作能源，使用的造型材料多为粉末材料。

加工时，首先将粉末预热到稍低于其熔点的温度，然后在刮平棍子的作用下将粉末铺平；激光束在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择地烧结，一层完成后再进行下一层烧结，如此循环往复，层层叠加，直到三维零件成型。

最后，将未烧结的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。

由于该成型方法有着制造工艺简单，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，主要应用于铸造业，并且可以用来直接制作快速模具。

二、NPJ纳米颗粒喷射金属成型工作原理：先将金属以液体的形式装入3D打印机，打印时用含金属纳米颗粒的液体喷射成型。

然后通过加热将多余的液体蒸发留下金属部分，最后通过低温烧结完成成型。

该成型方法能够使用普通的喷墨打印头作为工具，无需借助任何外力即可通过专门的技术融化去除支撑结构，因为是通过融化去除的，理论上可以无限添加，给予设计师更大的自由。

除金属材料外，其在陶瓷技术上的突破使得应用扩展至牙科、医疗和特定工业领域。

三、SLM激光选区熔化工作原理：利用高能量激光束将三维模型切片后的二维截面上的金属合金粉末熔化，由下而上逐层打印出任意复杂结构和接近100％致密度的金属零件。

SLM技术主要利用CAD三维软件设计三维模型，并导出为切片软件能够识别的文件格式；对三维模型进行切片操作并添加支撑和分层处理，得到三维模型的截面轮廓数据；利用路径规划软件对轮廓数据进行扫描路径处理，将路径规划后的数据导入SLM设备中，工控机按照每层轮廓的扫描路径，控制激光束选区逐层熔化金属合金粉末，逐层堆叠成致密的三维金属零件实体。

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。

详解5种金属3D打印技术原理和特点对比！随着科技发展及推广应用的需求，利用快速成型直接制造金属功能零件成为了快速成型主要的发展方向。

目前可用于直接制造金属功能零件的主要金属3D打印工艺有：包括选择性激光烧结（Selective Laser Sintering， SLS）技术、直接金属粉末激光烧结（Direct Metal Laser Sintering，DMLS）、选择性激光熔化（Selective Laser Melting， SLM）技术、激光近净成形（Laser Engineered Net Shaping， LENS）技术和电子束选择性熔化（Electron Beam Selective Melting， EBSM）技术等。

一、选择性激光烧结（SLS）选择性激光烧结，顾名思义，所采用的冶金机制为液相烧结机制，成形过程中粉体材料发生部分熔化，粉体颗粒保留其固相核心，并通过后续的固相颗粒重排、液相凝固粘接实现粉体致密化。

SLS 技术原理及其特点整个工艺装置由粉末缸和成型缸组成，工作粉末缸活塞（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，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。

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，直到三维零件成型。

SLS工艺采用半固态液相烧结机制，粉体未发生完全熔化，虽可在一定程度上降低成形材料积聚的热应力，但成形件中含有未熔固相颗粒，直接导致孔隙率高、致密度低、拉伸强度差、表面粗糙度高等工艺缺陷，在SLS 半固态成形体系中，固液混合体系粘度通常较高，导致熔融材料流动性差，将出现 SLS 快速成形工艺特有的冶金缺陷——“球化”效应。

球化现象不仅会增加成形件表面粗糙度，更会导致铺粉装置难以在已烧结层表面均匀铺粉后续粉层，从而阻碍SLS 过程顺利开展。

增材制造技术在铸造中的应用摘要：3D打印技术和增材制造技术(Additive Manufacturing，AM）一直在全球范围内飞速发展，并获得了重要的商业应用。

这是一种具有颠覆性的制造方法，它将彻底改变工业革命以来形成的生产方式和生活方式，彻底改变物体和复杂系统的制造或组装方式。

作为战略性新兴产业，受到世界上多数国家的高度重视，并积极推广。

2012年，美国总统奥巴马发表国情咨文，大力支持3D打印技术的发展，并将其命名为增材制造，成为世界科技行业的热点。

关键词：增材制造；快速成形；3D打印；铸造工艺；快速铸造引言增材制造（打印技术）是集先进制造、数字制造、智能制造和绿色制造于一体的一项革命性制造技术，它不仅改变了产品的制造方式，还改变了未来生产与生活模式，进而改变人类的生活。

目前，3D打印主要应用于原型制造、模具验证和直接制造。

直接制造是指直接用3D打印技术生产最终产品，是未来3D打印的重点领域。

在直接制造中，金属增材制造是目前增材制造技术和产业发展中最为迅速的，已广泛用于航空航天、生物医疗、工业模具和动力能源等相关领域。

1 3D打印和增材制造工艺3D打印也称为增材制造，是指在计算机程序控制下连续形成材料层以创建物理对象而生成3D物体的过程。

3D文件源通常被分成几层，每一层生成一组计算机控制的指令。

3D打印和增材制造技术的要素就是在整个3D产品中按顺序逐层进行材料添加或连接。

3D打印技术可以分为两大类：直接3D打印和间接3D打印。

主要区别在于设计是直接由3D打印（直接）制成，或者在创建模型的过程中使用了3D打印（间接）。

通过3D打印工艺几乎可以制造任何形态或几何形状的物体。

它们通常使用来自3D模型或其他电子数据源的数字模型数据生成，例如立体光刻（STL）文件，这是3D打印机可以读取的最常见的文件类型之一。

2增材制造技术的特点增材制造技术是基于计算机辅助设计，通过材料的自上到下的累积进行加工制造，最终形成一个实体的立式模型。

科技创新与应用Technology Innovation and Application研究视界2021年17期增材制造适用材料及产品机械性能研究刘森（江苏安全技术职业学院，江苏徐州221100）增材制造是起源于上个世纪90年代的一项新型技术，增材制造技术一经提出就受到各个领域的广泛关注，目前市面上已经可以见到由增材制造而生产的多种产品，如大家经常需要用到的一些光敏类材料、超薄材料等都属于增材制造技术的优秀成果。

增材制造推动了传统的制作工艺逐步升级，呈现出极大的应用优势，但是我们对增材制造技术的研究时间还比较短，虽然取得了一些卓越成果，但是在实践应用的过程中增材制造的创新也遇到了一些瓶颈。

例如增材制造过程中使用的一些材料获取难度非常大，一些成品的延展性增强，但是塑形有所降低，还有一些材料极易产生形变，这些都影响了产品使用范围的进一步拓展。

所以在实践应用的过程中，我们还需要继续对增材制造技术进行研究，并探索如何更好地推进增材制造技术不断优化升级。

1增材制造技术的原理分析增材制造技术是由美国材料和实验协会提出并加以定义，将其描述为：基于计算机辅助设计的数据模型，通过分层叠加材料的方式，来完成产品制造的相关技术。

增材制造技术可以将概念设计与产品模型有机结合在一起，通过有效的加工过程来设计产品，从而使制作出的产品具有多种优势，增材制造的过程可以简单用图1表示。

图1增材制造过程随着增材制造适用材料的不断拓宽，人们对增材制造工艺的研究也在逐步深入，其中有很多技术手段已经发展的非常成熟，使得增材制造的应用范围被极大地拓宽。

目前国内外常见的增材制造加工技术包括以下几种：金属激光烧结（DMLS）技术、电子束熔融（EBM）技术、激光选区熔化（SLM）技术、选择性激光烧结（SLS）技术、激光立体成型（LSF）技术、电子束自由制造（EBF3）技术、熔融沉积成型（FDM）技术、光固化立体成型（SLA）技术、分层实体制造（LOM）技术等。

从快速成型到大批量定制快速成型（Rapid Prototyping, RP ）中采用的技术和材料，正如其辅助设计的新产品一样，发展可谓日新月异。

从环氧树脂到生物兼容的钴铬合金材料都能进行激光烧结，而且速度、定制化和精密程度都使得成型技术在传统和新市场的应用范围大大拓宽了。

通常被称为激光加层制造（Additive Layer Manufacturing, ALM ）的激光烧结为产品开发和制造增加了柔性，这主要得益于其能够创造出到目前为止还不可能或者因成本过高而无法制造出的几何体。

早期的ALM 技术使用者遍布许多行业，包括航空航天、汽车、医疗，以及牙科；体育和娱乐产品的制造；以及一系列的塑料和金属产品供应商。

采用激光烧结技术的主要原因包括来自定制化产品的需求，创造复杂形体的需求，缩减生产时间，以及因产量过少无法通过传统工艺实现成本效率。

捷豹 (Jaguar) 汽车捷豹汽车正在其Whitley 工程中心不断增加使用这种最新技术，以加快其新车型的开发，主要用于直接从CAD 模型中导出塑料零件，免去了模具的成本。

激光烧结系统扮演着重要的角色，能通过逐层熔化尼龙粉末（聚酰胺PA2200）后得到相应的外形，从而制造出外型部件甚至引擎部件。

最后得到的部件，例如进气管、车门内饰件、仪表盘、车内通风口、外车灯罩等，都具有足够的强度经受实际行驶中的测试，使得更多的数据能在开发过程的早期就能被搜集到。

与此相反，其他使用环氧树脂和ABS 材料的快速成型技术得到的零件都易碎，只能用于视觉的观察。

上市的捷豹汽车；在过去，大笔的金钱花费在制造该部件的工装上。

而且每一个设计的改动将花费数千英镑/美元，用以更换工具，而且整个流程耗费数周才能完成。

如果是重大的改动，则需要完全更换新的工装。

使用激光烧结快速成型技术，制作出两个进气管的设计模型，之后使用尼龙粉末生产17个，每个成本低于1000英镑，生产效率为每件产品1.5天。

这仅仅对汽车零件开发来说就节省了巨大的财务开支，并将进一步开发所需的时间减半——从一年缩短到了六个月。

金属粉末冶金在模具制造中的应用研究现代制造业的发展离不开高精度模具的应用，而金属粉末冶金技术作为一种先进的制造工艺，已经在模具制造领域发挥了重要作用。

本文将探讨金属粉末冶金在模具制造中的应用研究，包括其原理、优势以及面临的挑战。

一、金属粉末冶金的原理金属粉末冶金是利用金属粉末通过成型、烧结等工艺制备零件的技术。

其基本原理是将金属粉末与其他添加剂按一定比例混合，然后通过压制成型和烧结工艺，使金属粉末颗粒之间发生冶金结合，形成致密的金属零件。

金属粉末冶金技术具有灵活性强、材料利用率高、生产过程环保等优势。

通过调节金属粉末成分和粒度，可以实现不同材料性能的调控和优化。

因此，在模具制造中应用金属粉末冶金技术，可以有效提高模具的材料性能和使用寿命。

二、金属粉末冶金在模具制造中的应用1. 陶瓷模具制造金属粉末冶金技术在陶瓷模具制造中有广泛应用。

传统的陶瓷模具制造过程需要使用粘土等材料，且成本高、制作周期长。

而采用金属粉末冶金技术制造陶瓷模具，不仅可以提高模具的耐磨性和耐腐蚀性，还能够减少生产周期和成本。

2. 超硬模具制造超硬材料如金刚石、立方氮化硼等具有极高的硬度和耐磨性，常用于制造需要高度精密加工的工具。

金属粉末冶金技术可以制备具有高硬度的超硬合金材料，用于制造高效的模具。

这些模具不仅可以提高工具的寿命和加工效率，还可以降低加工过程中的能耗和废料产生。

3. 复合材料模具制造复合材料在航天航空、汽车、电子等行业得到了广泛应用。

而金属粉末冶金技术可以制备具有优良综合性能的复合材料模具，用于制造复杂的复合材料产品。

这些模具可以提供更高的加工精度和复杂度，满足现代工业对产品的多样化需求。

三、金属粉末冶金在模具制造中面临的挑战虽然金属粉末冶金技术在模具制造中具有广泛应用前景，但目前仍面临一些挑战。

首先，金属粉末的成本较高，制造成本较传统工艺高。

随着技术的进步和规模效应的发挥，相信金属粉末冶金技术的成本将会逐渐降低。

3D打印技术中的材料与工艺选择技巧3D打印技术作为一种快速、灵活和创新的制造方法，已经得到广泛应用。

无论是用于个人项目、教育、医疗、汽车制造还是航空航天等领域，选择合适的材料和工艺对于实现高质量的3D打印作品至关重要。

本文将探讨一些3D打印技术中的材料与工艺选择技巧。

在选择3D打印材料时，考虑打印对象的用途和要求是至关重要的。

不同的材料具有不同的特性和功能，因此需要根据实际需求来进行选择。

1. 塑料材料塑料是3D打印中最常用的材料之一。

其中，最广泛使用的是聚合物材料，包括ABS、PLA、尼龙等。

ABS材料具有良好的机械性能和耐热性，适用于制作耐用的功能性零件。

PLA材料则具有较低的熔化温度和易于处理的特性，常用于打印原型和教育项目。

尼龙材料具有高强度、抗腐蚀性和耐热性，适用于要求更高性能的应用。

2. 金属材料金属3D打印技术在航空航天、汽车制造、医疗等领域具有巨大潜力。

常见的金属材料包括钛合金、铝合金、不锈钢等。

钛合金具有高强度和轻量化的优势，被广泛应用于飞机零件和医疗植入物制造。

铝合金具有良好的强度和导热性能，常用于汽车零件和工业制品。

不锈钢具有优良的耐腐蚀性和机械性能，适用于制作耐久零件和装饰品。

3. 生物材料生物材料在医疗行业的应用日益重要。

生物可降解的聚合物材料如PLA和聚乳酸（PLGA）是制作生物支架和人工器官的理想选择。

这些材料可以在体内逐渐降解，并促进组织再生和愈合过程。

此外，生物打印技术还可以使用细胞和生物材料的混合物来打印复杂的组织结构和器官。

在选择3D打印工艺时，需要根据打印对象的复杂性和目标要求来确定最佳方法。

1. FDM（熔融沉积建模）技术FDM技术是目前最为常见和广泛使用的一种3D打印工艺。

该工艺通过将熔化的塑料材料由喷嘴层层沉积，构建物体的三维形状。

FDM技术适用于打印中小型物体，具有低成本、易于操作和广泛的材料选择的优势。

2. SLA（光固化）技术SLA技术使用紫外线光束照射液态光敏树脂，使其逐层固化。