选择性激光烧结 (SLS) 3D 打印：详细指南

增材制造行业的价值高达 138.4 亿美元，是现代增长最快的制造技术之一。选择性激光烧结 (SLS) 是创新的 3D 打印技术之一，推动了其迅速崛起并激发了大规模的工业适应。

在这本综合指南中，我们将讨论 SLS 打印的各个方面，包括其工作流程、优缺点、材料功能及其一些应用。

什么是选择性激光烧结 3D 打印？

SLS 3D 打印利用引导激光作为热能源，将原材料颗粒层烧结成坚固耐用的结构。这些颗粒在加热时会聚结在一起而不会熔化。这就是为什么它被称为烧结过程，而不是熔化过程。

此外，SLS 3D 打印机具有从桌面到大型工业的各种构建体积。它们在激光类型（光纤、二极管、CO2 激光等）、激光功率、成本和制造精度等因素上也有所不同。

该技术以其在制造功能部件和快速原型设计方面的可行性而闻名。 SLS 3D 打印机零件的理想材料质量对于制造商和产品开发商来说是一个有希望的因素。

让我们更深入地研究选择性激光烧结并分解其工作流程以更好地理解。

SLS 3D 打印的工作流程

SLS 3D 打印分多个步骤进行。下面描述的是大多数 SLS 3D 打印机的分步程序标准。

1。 CAD 模型准备

故事从要打印的零件的 CAD 模型开始。最终模型以适合 3D 打印的文件格式传输到 SLS 打印机的内置用户界面或切片软件。最常见的文件格式是 STL。

切片软件为 3D 打印准备 CAD 文件，生成命令（称为 G 代码），打印机的控制器可以根据激光的扫描运动来解释这些命令。该软件还包含用户定义的设置，例如层厚度、激光功率和分辨率，这些都是决定最终构建质量的因素。

在这个阶段，软件还可以预测打印时间和材料消耗等关键信息。

2。印前检查

SLS 3D 打印机是复杂的机器，需要培训和小心才能操作。在开始打印之前，会进行一些检查以确保打印顺利进行。

构建室（粉床）填充到正确的水平和正确的材料。此外，专业操作人员还会进行一些预印 CAD 检查，以确保不存在影响印刷适性的漏洞。

检流计（将激光束引导到所需打印路径的镜子）必须进行校准。驱动它们的伺服电机也被带到它们的原始位置，以最大限度地减少错误。制造商通常会在手册中推荐这些校准计划。

3。预热粉

在打印开始之前，将构建室中的粉末预热至略低于其熔点。这样激光的热能仅用于烧结。这样可以快速进行 3D 打印。

4。打印

实际上，印刷过程本身是相当简单和巧妙的。激光在粉末床的顶面上扫描零件的顶层（之前由切片机定义）。

精确设置激光功率以实现与层厚相等的烧结深度。 SLS 3D打印的典型层厚范围为0.05-0.15mm。

然后，床向下移动一层厚度，并与它一起构建。一层新的 SLS 材料通过重涂刀片/辊涂在床上。这次激光扫描的是第二层，与上一层会合。

然后这个过程不断重复，直到打印出整个部分。

5。零件恢复和后处理

打印完成后，让其在室内冷却一段时间。一旦冷却，它就会从构建室中取出。由于零件四面被未烧结的粉末包围，因此提取过程通常被称为“除粉”。

SLS 3D 打印的优势

SLS 3D 打印拥有众多优点，使其成为工业领域最受欢迎的增材制造方法之一。

1。坚固的零件

SLS 3D打印部件具有机械强度、拉伸模量、耐热性、水密性和气密性等优势。这是由于烧结过程将单个聚合物颗粒牢固地结合在一起。

这种稳健性使 SLS 打印机成为开发和测试功能原型的常用设备，不仅模仿测试产品的外观，而且模仿其功能。

2。无需支撑

具有悬垂或桥梁等特征的 3D 打印结构需要支撑几何结构以在打印过程中支撑这些元素。大多数 3D 打印方法，如 FDM，在打印这些支撑结构时会浪费大量时间和材料。

然而，对于选择性激光烧结，这不是问题。由于整个构建被困在松散的粉末池中，因此在构建过程中它已经得到了很好的支撑。这不仅可以节省时间，还可以降低成本。

3。快速

这些机器被认为是快速 3D 打印机，具有商业打印功能，速度高达 48 毫米/小时。这击败了相当多的替代 3D 打印方法。

除此之外，此过程的工作流程虽然分为许多步骤，但非常省时。激光扫描几乎是即时的，构建室可以拆卸，并在第一个冷却后更换另一个，还有批量打印的可能性，我们接下来讨论。

4。批量打印

3D 打印机有多种构建室体积，一个方向最大 750 毫米，适用于更大的机器。一种有效的方法是通过调整批量打印来有效利用构建室的体积。

这意味着在构建室内安装尽可能多的部件，作为“批次”。这是谨慎的，因为激光扫描本身非常快。在批量打印中，一次扫描，它可以烧结多个零件的层，而不仅仅是一个，节省了几个小时的打印时间。

5。高维精度

SLS 生产非常精确的零件。如前所述，层高可低至 0.05mm。最重要的是，大多数 3D 打印机的制造公差都在 +/- 3% 以内。粉末床提供的保压压力也有助于最大限度地减少翘曲。

正因为如此，SLS 3D 打印的零件是近净形状，不需要大量的后处理。

SLS 3D 打印的缺点

与任何制造过程一样，SLS 也有其优点之外的缺点。我们阐明了在选择 SLS 之前必须牢记的一些要点。

1。有限的原材料选择

选择性激光烧结不提供强大的材料目录。除了几种类型的尼龙、热塑性弹性体和 TPU（热塑性聚氨酯）外，与 SLS 兼容的材料有点难找。物理外观也仅限于灰色金属饰面。

虽然科学研究正在扩大 SLS 打印的材料范围，但目前它是一个明显的劣势。

2。颗粒表面

最终的构建虽然尺寸准确，但没有光滑、有光泽的表面。在许多情况下，它可能需要进一步的表面处理以满足制造要求。立体光刻等竞争技术具有更好的表面光洁度。

我们将在下一节讨论一些流行的后处理方法，以帮助解决这个问题。

3。昂贵的打印机

SLS 打印机通常是昂贵的机器。人们应该期望在更便宜的版本上花费超过 5,000 美元。高端版本在 100,000 美元以上。

然而，这里必须注意的是，初始投资被相对较低的材料和印刷成本所抵消。此外，新一波创新的台式 3D 打印机进入市场，价格不高，但规格不错。详细了解 3d 打印服务费用。

4。健康与环境危害

SLS 材料以细粉形式出现，粒径小至 20 微米。如此微小的颗粒很容易进入我们的呼吸系统并造成健康问题。烧结产生的烟雾会逸出工作环境并对环境产生负面影响。

建议操作人员在处理这些材料时使用适当的个人防护装备，例如口罩和手套。

适用于 SLS 3D 打印的材料

可烧结粉末聚合物是 SLS 材料的主要类别。下面总结了一些属于这一类的主要材料。

1。 PA12

PA 12 也俗称尼龙 12 和聚酰胺 12。它具有很好的拉伸强度、韧性和柔韧性。 PA 12 还具有耐化学性和耐热性，是功能性产品的理想候选者。

3D打印后，它的表面略带颗粒感，类似哑光。自然地，它具有白色，可以方便地染成其他颜色。

2。 PA11

聚酰胺 11/尼龙 11 具有生物相容性、坚固性、柔韧性、耐热性和耐化学性。它以其各向同性特性而闻名，这在汽车内饰、假肢和医疗设备等某些承重应用中表现出色。

3。铝化物

铝化物是填充有铝粉的尼龙。这种混合物具有更高的强度和刚度。此外，铝还赋予最终产品闪亮的金属外观，不像 PA12 或 PA11 等纯尼龙材料那样颗粒状。

4。 PA-CF

碳纤维填充尼龙是具有卓越强度和抗冲击性的高性能组合。作为碳纤维产品的特点，它非常轻巧。常见的应用包括夹具、固定装置和轻型汽车零件。

SLS 打印部件的表面处理选项

上面提到了后处理，但我们没有强调专家使用的不同技术。然而，除粉部件的表面光洁度并不理想。因此，根据制造要求，可以应用多种表面处理

1。手动打磨/打磨

使用手工技术可以获得更精细的表面。操作人员使用各种等级的砂纸或磨床进行均匀的表面处理，并达到几何形状的各个角落。

2。爆破和翻滚

这些方法可实现出色的表面光洁度。对于喷珠，常用的介质是玻璃珠，而对于滚珠，则广泛使用陶瓷片。在这两种情况下，这些粒子都会与 SLS 零件的表面发生碰撞以使其变平。

然而，缺点是一些材料也被去除，改变了零件尺寸。此外，锋利的边缘也可能会变圆，这可能是可取的，也可能不是。

3。化学处理

丙酮等化学物质可以与表面发生反应，使其光滑。这不是一种流行的方法，但在某些情况下是可行的。选择化学品时应注意反应性。

4。涂层

可以应用各种涂层以获得特定的物理性能。有时使用金或铜等金属涂层来增加强度和美观。由于 3D 打印部件是多孔的，因此可以应用硅胶等防水涂层来增强性能。

5。染色/上漆

改善表面质量的一个简单解决方案是在粗糙的表面上涂上一层油漆或清漆。这增强了零件的外观，给人一种闪亮的感觉，而且不需要太多时间。

SLS 3D 打印的应用

由于其众多优势，SLS 已在多个重要行业中得到应用。

1。快速原型制作和制造

SLS 3D 打印部件的机械性能可与通过其他工艺制造的部件相媲美。但是，生产更加快捷方便。因此，SLS零件被广泛用于快速成型和制造功能性产品。

得益于快速的打印速度和部件功能，产品开发人员可以自由地快速完成设计迭代。

2。航空和汽车

这两个行业都在不断寻找轻质、耐冲击的部件——SLS 打印的特征。因此，3D 打印在制造用于改装或装饰汽车的定制、时尚零件方面也越来越受欢迎。

航空发动机中的阻燃部件是 SLS 材料的特定品质适用的另一种应用。除了这些，它还流行用于制作风管和原型。

3。医疗

在医疗行业，功能性、定制设计的假肢和矫形器如今已采用 3D 打印技术。这是因为 3D 扫描技术可以根据患者的体质精确塑造这些部件，而 SLS 有助于实现所需的机械性能。

WayKen 的 SLS 3D 打印服务

SLS 是一种流行的增材制造技术，因其精度、准确性和生产力而被许多行业使用。然而，掌握这项技术可能具有挑战性，因此与拥有丰富经验和专业知识的信誉良好的服务提供商合作以提供高质量的结果非常重要。

WayKen 是一家通过 ISO 认证的快速原型制造公司，拥有一支经验丰富的工程师团队，专门从事 SLS 3D 打印。我们提供快速的交货时间、有竞争力的定价和 DFM 分析，以帮助您优化项目。当与我们合作满足您的 SLS 需求时，您可以确信您将获得最高质量的零件和服务。立即点击按钮获取即时报价！

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结论

近年来，选择性激光烧结无疑在增材制造领域留下了深刻的印记。随着越来越多的工业家对它的关注，它的潜力和用途越来越大。

总结本指南，我们建议读者在选择 3D 打印时使用本指南进行决策。这仍然是一个相对较新的市场，在最终选择 3D 打印方法和制造商之前必须充分了解情况。

常见问题解答

SLS 3D 打印机有哪些类型？

SLS 3D 打印机有很多不同之处：

-尺寸 ：构建体积为 100x100x100 毫米的桌面打印机到构建体积高达 500x500x500 毫米的高端工业级打印机。

-激光类型 ：SLS打印机可以配备CO2激光器、光纤激光器、红外激光器或激光二极管。

-印刷规格 ：打印速度、最小层厚、材料能力等规格因产品而异。

选择性激光烧结 (SLS) 打印和选择性激光熔化 (SLM) 打印有什么区别？

SLS 通过烧结材料颗粒来连接它们。这个过程发生在材料的熔点以下，颗粒简单地相互融合。另一方面，SLM 在熔点以上运行，将颗粒完全熔化，然后凝固成均匀的部分。

SLM 生产的零件具有更好的机械性能，适用于非常高质量的应用。 SLS也生产功能部件，但不如SLM强。

SLS 3d 打印常用哪些材料？

热固性聚合物和热塑性聚氨酯是 SLS 3D 打印中常用的材料。具体来说，尼龙 12 和尼龙 11 等材料是最受欢迎的。一些特殊应用还利用这些与金属（铝）或纤维（碳纤维、玻璃纤维）的混合物。