SLS在增材制造中的过程
增材制造中的 SLS 用于在几小时内将 3D CAD 设计转换为物理部件。
选择性激光烧结的定义是什么？ SLS 代表选择性激光烧结，一种 3D 打印或增材制造 (AM) 技术。 SLS 使用一种称为烧结的工艺 ，其中粉末材料被加热到接近熔化的温度，导致颗粒结合在一起形成固体。
SLS 可以使用多种材料——最常见的是尼龙，但有时也可以使用塑料和金属。
由于其能够生产以前“不可能”的零件（请继续阅读以了解更多信息）以及材料的高可回收性，SLS 自 1990 年代初商业化以来一直在工业环境中流行。
SLS 最初由 Carl Deckard 和 Joe Beaman 在 1980 年代在美国国防部研发机构国防高级研究计划局 (DARPA) 的赞助下开发。
虽然 SLS 技术远非新事物，但它仍主要用于工业应用。 SLS 工艺中使用的精密激光可实现高精度制造，即使是复杂零件也是如此。因此，SLS 被广泛用于快速原型制作和小批量定制零件的生产。
另一方面，强大的激光和粉末材料的使用使其对于大多数小规模或家庭使用来说是不切实际的，特别是因为 SLS 打印机比其他流行技术（如熔融沉积建模 (FDM) 3D 打印机）要贵得多。
最近，粉末床融合技术的发展重新唤起了人们对 SLS 的兴趣，现在 SLS 已落后于 FDM 和立体光固化成型 (SLA)。
选择性激光烧结 (SLS)：预处理 SLS 模型
每种增材制造 (AM) 技术都有其局限性，SLS（选择性激光烧结）也不例外。特别是，SLS 不适合打印锋利的边缘或薄壁，包含这些特征的设计需要在预处理期间进行更改。例如：
- 具有薄壁的零件 可以使用包含薄壁分析功能的设计产品进行分析。此功能模拟打印过程，帮助设计师确定他们的设计是否有可能成功打印。如果不是，他们可以在打印前进行适当的更改。
- 对于具有锐边的零件 ，设计师可以使用他们的 CAD 软件的圆角 将这些边缘修圆，为成功打印做准备。
还有几点要记住：
- 如果项目包含过于复杂的几何图形，设计师可以在为 SLS 准备数据期间使用几何简化工具，以确保他们的设计已准备好进行打印。
- 同样，为了减轻重量，许多 SLS 部件都是空心打印的，设计师可以使用自动化工具帮助他们“挖空”他们的设计，并设置逃生孔，以便在打印后去除未烧结的材料。
- 如果使用功能齐全的设计软件，设计师应该使用仿真建模技术来了解他们的设计在打印过程中以及在实际使用时可能会如何表现。
最后，在准备打印 3D 模型之前，必须将其“切片”成 2D 层（也称为横截面），SLS 打印机将使用这些层来引导激光穿过每一层粉末材料。虽然可以使用一些免费的“切片器”来完成 SLS 的数据准备，但它们的可靠性可能存在问题，建议专业设计人员使用公认的软件包来满足他们的预处理需求。
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SLS 在增材制造中的工艺
选择性激光烧结工艺在以下方面与其他粉末床熔合技术相似：
- 设计师使用计算机辅助设计 (CAD) 程序制作 3D 模型。
- 设计被分割成薄 (2D) 层。
- 拆分设计被发送到 SLS 打印机。
- 调平辊在打印机的构建平台上散布一层薄薄的粉末材料。
- CO2 激光在材料上追踪横截面，将其加热并融合在一起。
- 一层完成后，构建平台会降低，以便为下一层粉末留出空间。
- 每层完成后，未使用的材料都会被回收。
- 重复 SLS 过程，逐层构建，直到部件完成。
在打印过程中，SLS 部件被未烧结的粉末包围。这种额外的粉末在打印过程中支撑部件，无需支撑结构。
选择性激光烧结：后处理
SLS 后处理的第一步是零件恢复。新的 SLS 打印部件包裹在多孔茧状部分烧结粉末中，必须将其打开才能取出部件。虽然这个过程在家庭环境中会很麻烦，但 SLS 主要用于工业环境，其中使用专门设计的清洁室，其中包含气密外壳和压缩空气入口。
清洁后，将对 SLS 打印部件进行检查和测试，以确保它们符合原始规格。由于 SLS 零件容易收缩和翘曲，因此此过程必须确保每个零件都适合用途。
最后，大多数 SLS 部件都经过染色和/或涂层处理，以便为实际使用做好准备。染料和涂料的范围从纯化妆品到高功能涂料，包括：
- 耐刮擦
- 反射或非反射
- 偏光
- 耐用
SLS 材料回收
回收剩余材料是 SLS 制造过程的重要组成部分。
由于粉末材料在打印过程中支撑 SLS 零件，因此使用的粉末比实际零件所需的要多得多。然而，由于构建室内的所有粉末都经过预热以帮助烧结过程，因此对于未来的 SLS 打印，“使用过的”粉末不如未使用过的粉末有效。因此，SLS 打印专家建议在任何 SLS 打印项目中使用最多 50% 的回收粉末。
不同类型的 SLS 系统
从根本上说，有两种不同类型的 SLS 系统：工业和桌面系统。
工业 SLS 系统
工业 SLS 系统已经存在了几十年，并已被包括航空航天、汽车和工具在内的各行各业的领先企业所使用。工业 SLS 系统使用一个或多个高功率 CO2 激光器。
由于其尺寸和热量要求，工业 SLS 系统需要惰性环境以确保粉末不会氧化。因此，这些系统还需要专门的设备来管理进气和排气。它们还需要工业电源。
桌面 SLS 系统
桌面 SLS 系统使用与工业系统类似的过程，但被打包到可以轻松适应小型企业或业余爱好者环境的机器中。这些系统使用功率较低的二极管或光纤激光器，而不是 CO2 激光器，这也是降低成本的部分原因。
由于尺寸更小，台式系统在烧结过程中所需的热量也更少，无需专门的空气管理系统，使其能够在标准交流电源下运行。
SLS 材料
SLS 一词通常描述基于塑料的烧结，尽管它也可以用作包括塑料、金属、玻璃、陶瓷和复合材料在内的材料烧结的统称。尽管烧结过程所需的温度各不相同，但所有材料的过程都相似。
当 SLS 应用于金属时，通常使用术语直接金属激光烧结 (DMLS)。该过程与本文前面描述的完全相同，但烧结过程比塑料基烧结需要更多的热量。
SLS 的优缺点
与任何制造工艺一样，SLS 既有优点也有缺点。
SLS的优势包括：
- 自给自足。 随着 SLS 零件的制造，中空空间充满了未烧结的粉末。因此，SLS 打印是自支撑的，不需要额外的支撑结构。
- 设计自由。 由于不需要支撑结构，设计人员可以更自由地创建满足其目标的零件，而不必担心制造可行性。因此，许多由于传统减材制造技术的限制而被认为“不可能”的零件现在可以使用 SLS 增材制造来制造。
- 速度。 由于 SLS 中使用的尼龙粉末只需要非常短的激光曝光即可烧结，因此 SLS 打印是最快的 3D 打印技术之一。与 FDM 等其他技术不同，使用 SLS，在打印速度和确保高质量之间几乎没有折衷。
- 易于染色。 SLS 印刷品具有天然多孔性，很容易吸收水分和其他液体。这种多孔特性使 SLS 部件非常适合着色，尤其是在使用热浴工艺时。
SLS的缺点包括：
- 多孔且易碎。 SLS 零件的多孔性质会损害其结构完整性。虽然它们通常具有出色的抗拉强度，但 SLS 零件不灵活，并且可能在相对较低的变形水平下失效。出于这个原因，SLS 打印通常用作概念验证原型。 SLS 生产的零件也可能具有粗糙的表面光洁度。
- 容易收缩和翘曲。 SLS 中使用的尼龙粉末在烧结过程中会经受高温，随后会迅速冷却。随着部件冷却，它也会收缩，这可能导致打印部件不准确——最常见的是尖锐的边缘和角落。
- 废物。 虽然 SLS 打印的粉末可以重复使用，但大多数 SLS 专家建议在未来的打印中使用最多 50% 的回收粉末，如上所述。因此，SLS 打印过程中始终存在浪费。
- 成本。 即使是台式 SLS 打印机的成本也可能在 5,000 美元到 40,000 美元之间——远远超过使用其他增材制造技术的同类打印机。正如您所想象的那样，工业规模的 SLS 打印机很快就会变得非常昂贵。
何时使用 SLS
SLS 最流行的用途是快速原型设计，它的速度和自支撑特性使其成为理想选择。 SLS 使设计人员可以轻松创建和测试各种原型，而无需受限于包括结构支撑或使用更传统的制造技术（如注塑成型）。
哪些行业依赖 SLS？
由于它所赋予的优势，SLS 已大量用于航空航天、汽车和医疗行业。
航空航天和汽车制造商主要使用金属和复合材料粉末来实现高水平的耐用性，而医疗制造商通常更喜欢热塑性聚氨酯 (TPU)——一种柔韧且高度耐用的塑料，具有出色的机械性能、耐用性以及耐油和耐化学品性。
SLS 通常用于价格不是主要考虑因素的情况下，至少在购买资本设备方面。 SLS 系统可能非常昂贵，这也是该工艺主要用于工业环境的主要原因。
然而，除了资本支出，生产大量小批量零件的制造商——例如。原型——实际上可以通过 SLS 节省成本。 SLS 广泛用于生产小批量和定制零件，主要是因为它可以很容易地生产这些零件，而无需大量的工具费用。
常见用例包括：
- 自定义工具和固定装置
- 油箱
- 风管
- 建筑模型
- 无人驾驶飞行器的飞行额定组件
- 汽车设计
- 艺术雕塑
SLS 的下一步是什么？
目前，SLS 主要限于工业用途——主要是由于 SLS 3D 打印机的高成本，但也由于使用了强大的激光和粉末材料。目前，如果您是业余爱好者或家庭创造者，FDM 和 SLA 等其他技术是更实惠的选择。然而，在工业环境中，SLS 系统可能非常有价值。
然而，与所有 AM 技术一样，SLS 依赖于制造商生产高度准确和优化的 3D 模型的能力。而且，鉴于 SLS 的局限性——特别是它无法打印薄壁或锐边的零件——某些软件功能对于创建和优化这些模型至关重要。
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