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该技术的工艺过程是,首先用压辊把粉末平铺到工件的表面,使用数控系统来控制激光束,沿着截面的轮廓,在薄层上扫描和照射,直到粉末融化、烧结和粘合。
完成一层截面烧结之后,工作台下降一个层的厚度,重新开始新一轮的循环,直到工件完全成型。
(2)技术特点
SLS技术的优点是:①原材料种类多,包括聚碳酸酯、石蜡、纤细尼龙、尼龙、陶瓷、合成尼龙、金属等。
只要粉末材料在加热时的粘度较低,就都可以作为SLS技术的原材料。
SLS技术制造出的产品或者模型可以满足多种需求。
和其他的技术相比,SLS技术可以制做金属原型或者模具,因此具有广阔的应用前景。
②工艺简单。
由于该技术可以选用粉末材料作为原材料,通过激光烧结,能够快速生产出具有复杂结构的产品原型或者模具,因此在工业产品的设计中应用比较广泛。
③精度较高。
精度受到粉末材料的种类、粉末颗粒的大小、模型的几何结构等影响。
一般而言,其精度可以达到0.05mm~2.5mm之间。
④不需要支撑结构。
在层层叠加的过程中,没有烧制的粉末可以支撑悬空层面。
⑤材料利用率高。
SLS技术的材料利用率可以接近100%,这是因为其不需要支撑结构,也不需要基底支撑,而且粉末材料价格较低,所以制模成本低。
⑥变形小。
SLS技术制作出的工件翘曲变形较小,甚至不需要校正原型。
SLS技术的缺点是:①工作时间长。
在加工之前,需要大约2小时,把粉末材料加热到粘结熔点的附近,在加工之后,需要大约5~10小时,等到工件冷却之后,才能从粉末缸里面取出原型制件。
②后处理较复杂。
SLS技术原型制件在加工过程中,是通过加热并融化粉末材料,实现逐层的粘结,因此制件的表面呈现出颗粒状,需要进行一定的后处理。
③烧结过程会产生异味。
高分子粉末材料在加热、融化等过程中,一般都会发出异味。
④设备价格较高。
为了保障工艺过程的安全性,在加工室里面充满了氮气,所以提高了设备成本。
(3)技术现状
当前,国际上的主流研究机构有:3D Systems公司、EOS公司、DTM公司等,国内的主要研究机构有南京航空航天大学、华北工学院、华中科技大学和北京隆源公司等。
3D Systems公司的Siion HiQ设备,采用智能方法控制温度,缩短了后处理的时间,提高了制件的质量以及材料利用率。
DTM公司是SLS技术原型材料的主要研发公司,每年都能推出很多新型粉末材料,使得制件具有更高的精度和表面光滑度。
华中科技大学推出的HRPS-Ⅲ型成型机可以用于高分子粉末成型、HRPS-Ι型设备可以铸造中砂型,最近又推出一些新的机型,特点是拥有双送料桶,缩短了烧结时间。
(4)技术应用
材料的多样性使得SLS工艺能够制作多种零件,可以满足多种用途。
例如:制作具有复杂结构的陶瓷零件,可以当成功能零件来使用;制作结构复杂的铸造用砂型或者熔模,可以辅助快速制造复杂的铸件;制作塑料的手机外壳,能够直接作为零件来使用,也可以用来验证结构或者进行功能测试。
制件的精度可以达到±0.1mm,接近精密铸造的工艺水平,比模具和机加工的精度要低一些。
图2-14为华中科技大学采用激光选区烧结成型技术打印的复杂零件。
6.三维打印成型(3DP)技术
1993年,美国麻省理工大学的Emanual Sachs教授发明了三维印刷工艺(3DP)。
该技术的工作原理和喷墨打印机的比较接近,与SLS工艺也比较相似,都是采用塑料、金属、陶瓷等粉末状材料。
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