快速成型技术-第二章粉末材料选择性激光烧结

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1、快速成型技术及应用上次课内容回顾：1、FDM原理；2、FDM设备组成和个组成的作用；3、FDM成型过程；4、FDM成型精度及控制方法；5、FDM原材料有哪些及对其要求；6、FDM成型特点。第二章粉末材料选择性激光烧结概述粉末材料选择性激光烧结（SelectedLaserSintering，简SLS）快速成形技术，和SLA类似，也是用激光束来扫描各层材料，从而得到三维实体的方法，但用粉末（塑料粉、金属粉、陶瓷粉）代替液体聚合物。目前，以该工艺制造的快速零件制品市场占有率约为9％。研究SLS的有DTM公司、EOS公

2、司、北京隆源公司、华中科技大学和南京航空航天大学等。快速成型原理叠加法：SLS成形原理1.在开始加工之前，先将充有氮气的工作室升温，温度保持在粉末的熔点以下。2.成型时，送料筒上升，铺粉滚筒移动，先在工作平台上铺一层粉末材料，SLS成形原理3.激光束在计算机控制下，按照截面轮廓对实心部分所在的粉末进行烧结，使粉末熔化并相互黏结，继而形成一层固体轮廓，未经烧结的粉末仍留在原处，作为下一层粉末的支撑SLS成形原理4.第一层烧结完成后，工作台下降一截面层的高度，再铺上一层粉末，进行下一层烧结，如此循环，形成三维的原型

3、零件。5.最后经过5-10小时冷却，即可从粉末缸中取出零件。SLS装置图SLS成形机的系统组成SLS成形机主要由激光烧结系统、粉末供给系统、升温系统、可升降工作台、和计算机控制系统组成。激光烧结系统1.激光器的选择用于SLS成形技术的激光器主要有两种：（1）CO2激光器，波长为10.6μm，属于红外光范围，多用于塑料粉末的烧结；（2）Nd：YAG激光器，即掺钕钇铝石榴石连续激光器，波长为1.06μm，属于近红外光范围，多用于金属粉末和陶瓷粉末的烧结。依据：粉末对激光的吸收率大。粉末供给系统由机械装置驱动送料筒和

4、铺粉滚筒，用来铺设烧结用粉末，粉末的直径为50～125μm。计算机控制系统SLS成形机的控制系统主要由数据处理和成形执行机构两部分组成。数据处理部分包括三维CAD模型构建、利用加工轨迹的离散过程软件使三维模型转化成STL格式，并对模型进行切片，得到相应的二维轮廓，并向成形机构输入信息。成形执行机构根据数据处理部分传来的信息，由数控设备来完成执行和控制加工过程。SLS工艺过程SLS工艺过程同样分为三个过程：前处理、中处理、后处理。前处理主要进行画图及分层处理，后处理主要是工件的取出，以及冷却和表面处理。中处理：既

5、工件的制作过程，叠加过程。按照烧结材料的不同分为：高分子粉末烧结、金属粉末烧结和陶瓷材料制作。高分子粉末烧结：高分子粉末为有机材料粉末，材料的熔点低，烧结温度不高，制作容易。金属粉末烧结：分为间接金属烧结和直接金属烧结。间接烧结原理：先用金属粉末和树脂粉末混合制得工件烧结，将其中的树脂粉末烧熔，同时得到工件的原形，这一过程一般称RP原形，为了提高强度，再次进行二次和三次烧结，再进行金属的溶渗，得到金属工件。金属直接烧结法：将金属粉末直接高温烧结，烧结温度达到金属的熔点，得到工件过程。陶瓷粉末烧结：由于陶瓷粉末的

6、熔点很高，烧结温度高，工艺过程复杂。影响SLS成形质量的因素1.激光功率密度和扫描速度激光功率密度定义：单位面积上激光功率的大小。d＝w/πr2因此，它由激光功率的大小和激光的光斑直径决定。影响SLS成形质量的因素激光功率密度和扫描速度决定了激光能对粉末的加热温度和时间。激光功率密度过大，扫描速度过小，则局部温度过高，导致粉末气化，烧结表面凹凸不平。激光功率密度过小，扫描速度过大，则粉末烧结不充分甚至不能烧结，建立的制件强度低或者不能成形。影响SLS成形质量的因素2.激光束扫描间距激光束的扫描间距是指相邻激光扫

7、描行之间的距离。激光扫描间距和激光束半径的配合会影响激光烧结的质量。影响SLS成形质量的因素定义扫描间距为h，激光束直径为β，激光束半径为ω（1）h>β时，扫描过程中必定有部分的粉末不能被烧结；（2）h<ω时，扫描线大部分重叠，此时相邻区域的激光能量可以使该区域的粉末烧结，到激光能量呈波峰波谷，分布不均匀，导致烧结深度不一致，制件密度也不均匀。（3）ω

8、使制件变形翘曲。影响SLS成形质量的因素4激光扫描方式激光的扫描方式有光栅式、矢量式以及两种方式的混合式。（1）光栅式扫描光栅式扫描如同锯齿，光栅扫描的优点：①只需快速成形机的一个轴运动，因此扫描速度快；②扫描算法简单，所以程序也简单，容易实现。所以光栅式扫描在激光扫描中用的最多。影响SLS成形质量的因素（2）矢量式扫描扫描沿着一定的方向和大小来进行，适合于边界的扫描。（3）混合式扫描