激光选区烧结成形材料的研究和应用现状

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1、激光选区烧结成形材料的研究和应用现状[摘要]介绍了激光快速成形的原理及SLS对材料性能的要求，概括了激光选区烧结成形技术中各种材料的研究和应用现状，分析了SLS技术产业化存在的问题及可能解决的途径。[关键词]选择性激光烧结，材料，研究与应用ResearchandApplicationPresentConditionontheMaterialsofSelectiveLaserSinteringAbstract：Inthisarticletheprincipleoftheselectivelasersintering,thesituationoftheresearch

2、andapplicationonmaterialbySLSaresummarized.Theexistentproblemsandsolvingmethodsarediscussed.Keywords:selectivelasersintering,material，researchandapplication440．引言SLS（selectivelasersintering）作为快速原形制造技术的重要分支之一，是目前发展最快和应用最广的技术之一[1]。它和SLA、LOM构成激光快速成形技术的核心。与其它快速成形技术相比，SLS以选材广泛、无需设计和制造复杂支撑并

3、且可直接生产注塑模、电火花加工电极以及可快速获得金属零件等功能性零件而受到了越来越广泛的重视。1．激光选区烧结成形技术SLS所用的激光有两种：CO2激光器和Nd：YAG激光器。大部分金属对CO2激光器的反射率比对Nd：YAG激光器的反射率大，不利于金属粉末对激光能量的吸收。在SLS系统中，激光束对任何粉末颗粒的作用时间都非常短，大约为几毫秒到几十毫秒，所以目前SLS技术大多采用液相烧结[2]，其材料一般由两种熔点相差明显的成分组成，高熔点成分称为结构材料，低熔点成分称为粘结剂。因此，从原则上讲所有受热能相互粘结的粉末材料或表面覆有热固（塑）性粘结剂的粉末都能用作S

4、LS材料。2．国内外主要SLS成形材料及其应用现状目前，SLS材料主要有塑料粉、蜡粉、尼龙、金属或陶瓷的包衣粉（或与聚合物的混合物）等。2．1有机材料从理论上说，任何热塑性粉末均可采用SLS技术成形为任何复杂形状的制件。目前常见的有：（1）蜡粉，传统的熔模精铸用蜡（烷烃蜡、脂肪酸蜡等），蜡模强度较低，难以满足精细、复杂结构的铸件的要求，且成形精度差，所以DTM研制了低熔点高分子蜡的复合材料；华北工学院采用化学合成法，开发了以氧化聚乙烯为主要成分的复合精铸蜡粉（PCP1），其成形件经过简单的后处理（清粉、涂液）即可达到精铸蜡模的要求[1]。（2）聚苯乙烯（PS）聚苯

5、乙烯受热后可熔化、粘结，冷却后可以固化成形，而且该材料吸湿率小，收缩率也较小，其成形件浸树脂后可进一步提高强度，主要性能指标可达拉伸强度≥15Mpa、弯曲强度≥33Mpa、冲击强度≥3Mpa，可作为原形件或功能件使用；也可用做消失模铸造用母模，生产金属铸件，但其缺点是必须采用高温燃烧法(>300℃)进行脱模处理，造成环境污染。因此，对于PS粉原料，针对铸造消失模的使用要求一般加入助分解助剂。国内如华中科大、北京隆源、北京航空航天大学及华北工学院均有研究，研究包括成形件致密度、成形腔温度场等有限元模拟及实际测量等，是目前国内使用最为广泛的一种成形材料之一。（3）工程

6、塑料（ABS）ABS与聚苯乙烯同属热塑性材料，其烧结成形性能与聚苯乙烯相近，只是烧结温度高20℃左右，但ABS成形件强度较高，所以在国内外广泛被用于快速制造原形及功能件。（4）聚碳酸酯（PC）从文献资料看，对聚碳酸酯烧结成形4的研究比较成熟，其成形件强度高、表面质量好，且脱模容易，主要用于制造熔模铸造航空、医疗、汽车工业的金属零件用的消失模以及制作各行业通用的塑料模，如DTM公司的DTMPolycarbanate。但聚碳酸酯价格比聚苯乙烯昂贵。国内北航对聚碳酸酯（PC）进行了研究，探讨其烧结工艺过程以提高成形件精度[3]。（5）尼龙（PA）尼龙材料用SLS方法可被

7、制成功能零件。目前商业化广泛使用的有四种成分的材料[4]：⑴标准的DTM尼龙（StandardNylon），能被用来制作具有良好耐热性能和耐蚀性的模形；⑵DTM精细尼龙（DuraFormGF），不仅具有与DTM尼龙相同的性能，还提高了制件的尺寸精度、降低表面粗糙度，能制造微小特征，适合概念形和测试形制造，但价格高达188美元/kg；⑶DTM医用级的精细尼龙（FineNylonMedicalGrade），能通过高温蒸压被蒸汽消毒5个循环；⑷原形复合材料（ProtoFormTMComposite），是DuraFormGF经玻璃强化的一种改性材料，与未被强化的DTM尼龙

8、相比，它具