选择性激光烧结成形

增材制造技术

选择性激光烧结成形（SLS）是一种增材制造（AM）技术，它使用激光作为电源来烧结粉末材料（通常是尼龙/聚酰胺），将激光自动瞄准由a定义的空间点。 3D模型将材料粘合在一起，形成坚固的结构。它类似于直接金属激光烧结（DMLS）; 这两个是相同概念的实例，但技术细节不同。选择性激光熔化（SLM）使用了类似的概念，但在SLM中材料完全熔化而不是烧结，允许不同的性质（晶体结构，孔隙率等）。 SLS（以及其他提到的AM技术）是一项相对较新的技术，迄今为止主要用于快速原型制作和零部件的小批量生产。随着AM技术的商业化改进，生产角色正在扩大。

历史

选择性激光烧结成形（SLS）由DADPA赞助的Carl Deckard博士和20世纪80年代中期德克萨斯大学奥斯汀分校的学术顾问Joe Beaman博士开发并获得专利。Deckard和Beaman参与了由此产生的启动公司DTM，该公司是为设计和制造SLS机器而建立的。 2001年，DTM和SLS技术的最大竞争对手3D Systems收购了DTM。关于Deckard SLS技术的最新专利于1997年1月28日发布，并于2014年1月28日到期。

类似的过程获得专利，但没有被R. F. Housholder在1979年商业化。

由于SLS需要使用高功率激光器，因此在家中使用时通常太昂贵，更不用说可能太危险了。 SLS印刷的费用和潜在危险意味着SLS印刷的本土市场不像其他增材制造技术的市场那样大，例如熔融沉积成型（FDM）。然而，有一些个人和公司专注于将这项技术带给个人消费者。其中一位是斯沃斯莫尔学院的工程专业学生安德烈亚斯巴斯蒂安，他最近开发了一种相对低成本的SLS打印机，能够用蜡或碳制造物体。家用SLS打印的另一个选择是Focus SLS打印机。 Barry Mayers在2000年初以商标CB公司的有限公司为该设计申请了专利。

技术

增材制造层技术SLS涉及使用高功率激光器（例如，二氧化碳激光器）将塑料，金属，陶瓷或玻璃粉末的小颗粒熔合成具有所需三维形状的块。激光通过扫描由粉末床表面上的部件的3-D数字描述（例如来自CAD文件或扫描数据）产生的横截面来选择性地熔化粉末材料。扫描每个横截面后，将粉末床降低一层厚度，在顶部施加新的材料层，并重复该过程直到部件完成。

由于成品密度取决于峰值激光功率，而不是激光持续时间，因此SLS机器通常使用脉冲激光。 SLS机器将粉末床中的散装粉末材料预热到略低于其熔点的温度，以使激光更容易在剩下的时间内将所选区域的温度升高到熔点。

与其他一些增材制造工艺相比，例如立体光刻（SLA）和熔融沉积成型（FDM），其中最常需要特殊的支撑结构来制造悬垂设计，SLS不需要单独的支撑材料进料器，因为正在构造的部件在任何时候都被未烧结的粉末包围，这允许构造先前不可能的几何形状。此外，由于机器的腔室总是充满粉末材料，因此通过称为“嵌套”的技术，多个部件的制造对设计的整体难度和价格的影响要小得多，因此可以定位多个部件以适应边界这台机器。然而，应该观察到的一个设计方面是，使用SLS，制造空心但完全封闭的元件是“不可能的”。这是因为元件内未烧结的粉末不能排出。

由于专利已经开始到期，经济实惠的家用打印机已成为可能，但加热过程仍然是一个障碍，功耗高达5千瓦，温度必须控制在2°C以内的三个阶段的预热，熔化并在移除前存储。

材料和应用

一些SLS机器使用单组分粉末，例如直接金属激光烧结。粉末通常通过球磨生产。然而，大多数SLS机器使用双组分粉末，通常是涂覆粉末或粉末混合物。在单组分粉末中，激光仅熔化颗粒的外表面（表面熔化），将固体未熔化的核心彼此熔合并熔合到前一层。

与其他增材制造方法相比，SLS可以从相对广泛的市售粉末材料生产零件。这些包括聚合物，如尼龙（纯净，玻璃填充，或与其他填料）或聚苯乙烯，金属，包括钢，钛，合金混合物，复合材料和绿砂。物理过程可以是完全熔化，部分熔化或液相烧结。根据材料的不同，可以获得高达100%的密度，其材料特性可与传统制造方法相媲美。在许多情况下，可以在粉末床内包装大量零件，从而实现非常高的生产率。

SLS技术因其能够直接从数字CAD数据轻松制作非常复杂的几何形状而在全世界广泛使用。虽然它最初是作为在设计周期早期构建原型零件的一种方式，但它越来越多地用于限量生产制造以生产最终用途零件。 SLS的一个较少预期和快速增长的应用是它在艺术中的应用。

因为SLS可以生产由各种材料（塑料，玻璃，陶瓷或金属）制成的零件，它很快就会成为创造原型，甚至最终产品的流行过程。在需要少量高质量零件的情况下，SLS已经越来越多地用于工业中，例如在航空航天工业中，SLS被更频繁地用于制造飞机的原型。飞机通常是少量生产并且可以使用数十年，因此生产零件的物理模具变得非常划算，因此SLS已成为一种出色的解决方案。

优点与缺点

优点

SLS过程的一个明显优势是，因为它是完全自支撑的，它允许在称为嵌套的过程中在其他部分内构建零件 - 具有高度复杂的几何形状，而这些几何形状根本无法以任何其他方式构造。

零件具有高强度和刚度

良好的耐化学性

各种精加工可能性（例如，金属化，炉搪瓷，振动研磨，浴缸着色，粘合，粉末，涂层，植绒）

符合EN ISO 10993-1和USP / VI / 121°C的生物兼容性

可以构建具有内部部件，通道的复杂部件，而不会将材料捕获在内部并且改变表面以免移除支撑件。

最快的增材制造工艺，用于印刷功能性，耐用性，原型或最终用户部件。

各种材料和强度，耐用性和功能特性，SLS根据应用提供尼龙基材料作为解决方案。

由于优异的机械性能，该材料通常用于替代典型的注塑成型塑料。

缺点