1995年,德國Fraunhofer激光器研究所(Fraunhofer Institute for Laser Technology,ILT)最早提出了選擇性激光熔融技術(shù)(Selective Laser Melting,SLM),用它能直接成型出接近完全致密度的金屬零件。SLM技術(shù)克服了SLS技術(shù)制造金屬零件工藝過程復(fù)雜的困擾。1989年,美國Texas大學(xué)的C. Deckard成功壓制出選擇性激光燒結(jié)成型法(Selective Laser Sintering,SLS),稍后組建DTM公司,DTM公司于2001年被3D Systems公司收購。
用SLS技術(shù)制造金 屬零件的方法主要有:1)熔模鑄造法:首先采用SLS技術(shù)成型高聚物(聚碳酸酯PC、聚苯乙烯PS等)原型零件,然后利用高聚物的熱降解性,采用鑄造技術(shù)成型金屬零件;2)砂型鑄造法:首先利用覆膜砂成型零件型腔和砂芯(即直接制造砂型),然后澆鑄出金屬零件;3)選擇性激光間接燒結(jié)原型件法:高分子與金屬的混合粉末或高分子包覆金屬粉末經(jīng)SLS成型,經(jīng)脫脂、高溫?zé)Y(jié)、浸漬等工藝成型金屬零件;4)選擇性激光直接燒結(jié)金屬原型件法:首先將低熔點金屬與高熔點金屬粉末混合,其中低熔點金屬粉末在成形過程中主要起粘結(jié)劑作用,然后利 用SLS技術(shù)成型金屬零件。最后對零件后處理,包括浸漬低熔點金屬、高溫?zé)Y(jié)、熱等靜壓(Hotisostatic Pressing,HIP)。
SLS工藝采用激光選擇性地逐層燒結(jié)固體粉末,層層疊加得到所需要的零件。與SLA技術(shù)相比,SLS工藝使用的是紅外激光束(如CO2激 光器),材料由液態(tài)光敏樹脂變成了塑料、蠟、陶瓷、金屬及其復(fù)合物的粉末。SLS與DMLS技術(shù)(Direct Metal Laser Sintering,直接金屬激光燒結(jié))在本質(zhì)上一樣,但后者一般針對金屬合金的加工。
一、SLS工藝的原理 選擇性激光燒結(jié)成型法的原理如下圖所示:1)粉末顆粒存儲在左側(cè)的供料倉內(nèi),打印時供粉倉升降平臺向上升起,將高于打印平面的粉末通過鋪 粉滾筒推壓至打印倉的打印平板上,形成一個很薄且平面的粉層;2)此時激光束掃描系統(tǒng),會依據(jù)切片的二維CAD路徑在粉層上進行選擇性掃描,被掃描到的粉 末顆粒會由于激光焦點的高溫而燒結(jié)在一起,而生成具有一定厚度的實體薄片,未掃描的區(qū)域仍然保持原來的松散粉末狀;3)一層燒結(jié)完成后,打印平臺根據(jù)切片 高度下降,水平滾筒再次將粉末鋪平,然后再開始新一層的燒結(jié),此時層與層之間也同時燒結(jié)在一起;4)如此反復(fù),直至燒結(jié)完所有層面。移除并回收未被燒結(jié)的 粉末,即可取出打印好的實體模型
二、SLS工藝的優(yōu)勢、劣勢 與其它3D打印方法相比,SLS工藝的優(yōu)點非常明顯:1)成型材料十分廣泛。從理論上說,任何加熱后能夠形成原子間粘結(jié)的粉末材料都可以 作為SLS的成型材料;2)可以打印任何復(fù)雜結(jié)構(gòu),包括鏤空結(jié)構(gòu),空心結(jié)構(gòu)等。過程與零件復(fù)雜程度無關(guān),制件的強度高;3)材料利用率高,未燒結(jié)的粉末可 重復(fù)使用,材料浪費少;4)無須支撐結(jié)構(gòu),松散粉末起到支撐作用,降低打印前期模型處理難度;5)SLS工藝可加工具有良好力學(xué)性能的標(biāo)準(zhǔn)塑料;6)可加 工材料種類持續(xù)增加,在小批量生產(chǎn)中價格優(yōu)勢明顯。與相應(yīng)的注塑件相比,SLS工藝產(chǎn)品的性能并不完全一致,尤其是產(chǎn)品表面較為粗糙。SLS工藝幾乎可以應(yīng)用于各行各業(yè)中,不僅是在研發(fā)設(shè)計階段的概念驗證,同樣適用于功能性手板的制作,終端零部件的生產(chǎn),以及直接或間接地利用于各種快速鑄造。目前該工藝在航空航天、家用電子、汽車制作、醫(yī)療輔助、工藝美術(shù)和燈飾等領(lǐng)域均有很廣泛的應(yīng)用。
三、SLS工藝應(yīng)用范圍1)加工標(biāo)準(zhǔn)塑料的外觀、裝配、功能原型。2)支撐零件,如夾具、固定裝置等。3)小批量生產(chǎn)。
SLM工藝的原理
一、SLM是利用金屬粉末在激光束的熱作用下完全熔化、經(jīng)冷卻凝固而成型的一種技術(shù)。SLM與SLS制件過程非常相似,這里不再贅述。但 是,SLM工藝一般需要添加支撐結(jié)構(gòu),其主要作用體現(xiàn)在:1)承接下一層未成型粉末層,防止激光掃描到過厚的金屬粉末層,發(fā)生塌陷;2)由于成型過程中粉 末受熱熔化冷卻后,內(nèi)部存在收縮應(yīng)力,導(dǎo)致零件發(fā)生翹曲等,支撐結(jié)構(gòu)連接已成型部分與未成形部分,可有效抑制這種收縮,能使成型件保持應(yīng)力平衡。
二、SLM工藝的優(yōu)勢、劣勢1)SLM工藝加工標(biāo)準(zhǔn)金屬的致密度超過99%,良好的力學(xué)性能與傳統(tǒng)工藝相當(dāng)。2)可加工材料種類持續(xù)增加,所加工零件可后期焊接。3)價格昂貴,速度偏低。4)精度和表面質(zhì)量有限,可通過后期加工提高。
三、SLM工藝應(yīng)用范圍1)加工標(biāo)準(zhǔn)金屬的外觀、裝配、功能原型。2)支撐零件,如夾具、固定裝置等。3)小批量零件生產(chǎn)。4)注射模具。http://www.ryshouban.com/p137.html手板加工