《3D打印成型工艺及材料》课件第3章选区激光烧结工艺及材料.pptx

3D打印成型工艺及材料第3章 选区激光烧结工艺及材料3D打印技术研究所 概述1 成型材料 典型应用 成型原理及工艺462 成型系统 成型影响因素53第3章 选区激光烧结工艺及材料第3章 选区激光烧结工艺及材料 选区激光烧结（Selected Laser Sintering，SLS）又称选择性激光烧结，是一种采用激光有选择地分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化层层层叠加生成所需形状零件的工艺。塑料、石蜡、金属、陶瓷等受热后能够粘结的粉末都可以作为SLS的原材料。3.1 概述 SLS思想是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Dechard于1986年首先提出的。 DTM公司(后被3D Systems公司收购)于1992年推出了Sinterstation 2000系列商品化SLS成型机。 EOS公司于1994年推出3个系列的SLS成型机：EOSINTP用于烧结热塑性塑料粉末，制造塑料功能件及熔模铸造和真空铸造的原型;EOSINTM用于金属粉末的直接烧结，制造金属模具和金属零件;EOSINTS用于直接烧结树脂砂，制造复杂的铸造砂型和砂芯。3.1 概述 EOS FORMIGA P 110激光粉末烧结系统3D Systems iPro系列SLS 成型原理1 成型工艺2 工艺特点33.2 成型原理及工艺3.2.1 成型原理 选区激光烧结工艺使用的材料一般有石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末和它们的复合粉末材料。要使粉末直接SLS成型顺利进行，必须使得一层粉末材料全部或局部熔化，并和基体粘结且该层的表面不发生汽化现象。烧结过程中能量给予过程示意图3.2.1 成型原理直接法间接法双组元法金属粉末为单一的金属组元。直接法得到的零件再经热等静压烧结工艺处理，可使零件的最终相对密度达99.9%，但直接法的主要缺点是工作速度比较慢。金属粉末实际上是一种金属组元与有机粘结剂的混合物，有机粘结剂的含量约为1%。烧结后的零件孔隙率约达45%，强度也不是很高，需要进一步加工。金属粉末由高熔点金属粉末和低熔点金属粉末混合而成。双组元法烧结后的零件机械强度较低，需进行后续处理，经液相烧结的零件相对密度可大于80%，零件的机械强度也很高。3.2.2 成型工艺选区激光烧结工艺成型过程3.2.2 成型工艺 SLS后处理 （1）高温烧结 将SLS成型件放入温控炉中，先在一定温度下脱掉黏接剂，然后再升高温度进行高温烧结。 （2）热等静压烧结 热等静压烧结将高温和高压同时作用于坯体，能够消除坯体内部的气孔，提高制件的密度和强度。 （3）熔浸 熔浸是将坯体浸没在一种低熔点的液态金属中，金属液在毛细管力作用下沿着坯体内部的微小孔隙缓慢流动，最终将孔隙完全填充。 （4）浸渍 浸渍和熔浸相似，所不同的是浸渍是将液态非金属物质浸入多孔的激光区烧结坯体的孔隙内。3.2.3 工艺特点 SLS成型工艺优点：可采用多种材料。 可制造多种原型。 高精度。 无须支撑结构。 材料利用率高。 SLS成型工艺缺点:表面粗糙。 烧结过程有异味。 有时辅助工艺较复杂。3.3 成型系统 SLS系统一般由高能激光系统、光学扫描系统、加热系统、供粉及铺粉系统等组成。振镜式扫描SLS系统3.3.1 光学扫描系统振镜式激光扫描原理直线导轨扫描原理3.3.2 供粉及铺粉系统 铺粉过程可以概括为:烧结槽下降一个层厚，同时供粉槽上升一定高度。铺粉装置自右向左运动，同时铺粉滚筒正向转动，铺粉装置运动至程序设定的终点。铺粉滚筒停止转动，铺粉装置自左向右运动，按程序设定的距离返回原位。供粉及铺粉系统3.4 成型材料 SLS技术是一种基于粉床的增材制造技术，以粉末作为成型材料，所使用的成型材料十分广泛，从理论上讲，任何被激光加热后能够在粉粒间形成原子间连接的粉末材料都可以作为SLS的成型材料。但是粉末材料的特性对SLS制件的性能影响较大，其中粒径、粒径分布及形状等最为重要。3.4.1 粉末特性特性1粒径粒径减小，表面光洁度和成型精度提高；粉末平均粒径越小，烧结速率越大，烧结件的强度越高。3.4.1 粉末特性特性2粒径分布 指用简单的表格、绘图和函数形式表示粉末颗粒群粒径的分布状态。增加粉床密度的一个方法是将几种不同粒径的粉末进行复合。 单分布球形粉末的正交堆积单粉末堆积与复合粉末堆积3.4.1 粉末特性特性3粉末颗粒形状 规则的球形粉末具有更好的流动性，铺粉效果更好，成型精度比不规则粉末高。 不同制备方法的粉末形状3.4.2 成型材料分类金属粉末工程塑料覆膜陶瓷粉末聚苯乙烯 覆膜砂聚碳酸酯纳米材料蜡粉尼龙3.5 成型影响因素 SLS工艺成型质量受多种因素影响，包括成型前数据的转换、成型设备的机械精度、成型过程的工艺参数以及成型材料的性质等。 本节主要对成型过程中烧结机理以及几个主要工艺参数进行分析，