掌握 SLS 3D 打印：技术、材料和实际应用

选择性激光烧结 (SLS) 是一项革命性的增材制造（3D 打印）技术，它改变了零件的设计和生产方式。 SLS 通过强大的激光制造零件，该激光有条不紊地将热塑性粉末烧结在一起，通过连续的层来构建零件。使用其他制造方法难以生产的复杂塑料零件（例如具有底切和内部特征的零件）可以通过 SLS 3D 打印轻松制造，几乎不需要（如果有）后处理。此外，尼龙、聚丙烯和热塑性聚氨酯等多种热塑性材料都可以用于 SLS 工艺。作为一种增材制造 (AM) 方法，SLS 简化了产品开发和原型制作流程，但也导致了中小批量零件生产方式的范式转变。

什么是选择性激光烧结 3D 打印？

选择性激光烧结（SLS）是一种PBF 3D打印技术。该技术利用激光将塑料颗粒逐层烧结在一起，直到 3D 打印部件完成。 SLS 通常适用于塑料，不需要任何支撑结构，因为粉末本身可以提供足够的支撑。 

选择性激光烧结的工作原理是，首先在加热到略低于塑料熔化温度的底座上分布一层薄薄的塑料颗粒。这种塑料由重涂机分配，以所需的厚度铺设一层材料。然后将激光射入扫描镜以描绘出零件的横截面并将颗粒烧结在一起。一层完成后，打印床向下移动，另一层粉末沉积在前一层粉末上。重复该过程直到零件完成。

SLS印刷笔筒

选择性激光烧结 3D 打印如何工作？

选择性激光烧结的工作原理是，首先在加热到略低于塑料熔化温度的底座上分布一层薄薄的塑料颗粒。这种塑料由重涂机分配，以所需的厚度铺设一层材料。然后将激光射入扫描镜以描绘出零件的横截面并将颗粒烧结在一起。一层完成后，打印床向下移动，另一层粉末沉积在前一层粉末上。重复该过程直到零件完成。

SLS 的优点和缺点是什么？

下面的表1列出了SLS 3D打印机技术的优缺点：

表 1：SLS 的优缺点

优点

SLS 零件不需要支撑材料，因为粉末本身可以支撑材料。这使得打印内部体积变得容易，只要打印后有一个粉末排出的路径。

缺点

与 FDM（熔融沉积成型）等其他技术相比，SLS 的可用材料范围相对有限。尼龙、聚苯乙烯和 TPU 都是 SLS 的可能材料，其中尼龙是最常用的。  

优点

虽然SLS通常使用白色、黑色或灰色尼龙，但部件在打印后可以染色成各种不同的颜色。

缺点

SLS 部件是多孔的，因为各个塑料颗粒并未完全熔化成均匀的物质，而是在颗粒末端烧结在一起，在颗粒之间留下空隙。

优点

SLS 零件可以具有非常精细、高度详细的特征。该输出是由于激光的焦点太小所致；可以打印小至 0.75 毫米的特征。 

缺点

打印过程中使用的未用粉末中只有 50% 可以回收利用。这意味着随着时间的推移，一些材料必须被丢弃，使得与 FDM 或 SLA（立体光刻）等其他技术相比，SLS 相对浪费。

优点

与 FDM 甚至 SLA 等技术相比，SLS 打印速度非常快，因为每一层几乎可以立即烧结。 

缺点

与 SLA 和 FDM 相比，SLS 打印技术成本较高，而 SLA 和 FDM 的核心技术并不专业，因为它需要激光来烧结材料。

什么是 SLS 打印材料？

SLS 的可用材料数量有限，其中尼龙是最常用的。下面列出了可用的各种材料：

1. 尼龙/PA11： 这种材料坚韧，具有良好的抗冲击性。 PA11 比 PA12 具有更高的耐温性，并且与 PA12 相比，在断裂前可以承受更高程度的变形。
2. 尼龙/PA12： 该材料刚性好、强度高、耐化学性好、生物相容性好。与 PA11 相比，PA12 的热阻更低。 PA12是SLS打印中最常用的材料。 
3. 填充尼龙： PA11 和 PA12 可以通过添加玻璃纤维和碳纤维等填料来改变其性能，从而提高热性能和机械性能。 
4. 浇注聚苯乙烯： 该材料设计用作真空成型和砂型铸造的母模。它具有低韧性和低熔点，不适用于功能部件。
5. TPU 弹性体： 这种材料具有橡胶般的柔韧性，具有良好的韧性和耐磨性。它还可以修改为具有不同的肖氏 A 级硬度。 

这背后的美妙之处在于您实际上能够构建无支撑的零件。传统的 3D 打印方法通常具有用于任何悬垂特征的支撑结构。 SLS 更简单一些。这就像一场寻宝之旅。你可以在里面找到你的零件，并且基本上可以将它们刷掉。

格雷格·保尔森

应用工程总监

SLS 3D 打印机的主要部件是什么？

下面列出了 3D SLS 打印机的不同部分：

1. 激光： 激光（通常是 CO2 激光）用于将塑料颗粒彼此烧结在一起。使用扫描镜引导激光，扫描镜引导激光描绘出层横截面。
2. 材料输送系统： 物料输送系统储存所有粉末。当零件制造完成时，该机制会向重涂机提供材料。
3. 重涂机： 重涂机从粉末输送系统中拖出材料并将其铺放在打印床/前面的层上。
4. 打印床： 打印零件时，打印床向下移动，通常每层移动 50 至 200 微米，具体取决于所需的分辨率。重涂机在打印床上为每个新零件层放置一层薄薄的塑料。
5. 加热器： 加热器将构建体积保持在高温，通过减少激光烧结粉末所需的能量来协助烧结过程。

SLS 3D打印示意图

最好的 SLS 3D 打印树脂是什么？

SLS的3D打印材料范围有限；然而，其中最好的如下：

1. PA12（尼龙）： PA12 具有良好的机械、耐热和耐化学性能，使其成为各种应用的理想材料。 PA12 是 SLS 打印最常用的材料。
2. PA12CF（尼龙）： 碳填充尼龙显着提高了基础尼龙的刚度、强度和硬度，可以制造具有出色强度重量比的高性能零件。
3. TPU 弹性体： TPU 弹性体可以制造具有良好耐磨性和韧性的柔性部件。 

有关 SLS 3D 打印的常见问题

SLS 3D 打印如何应用于医疗行业？

SLS 3D 打印用于根据患者身体的 3D 扫描定制假肢。 SLS 3D 打印还用于根据 3D 扫描创建患者特定的参考模型，以进行手术规划。

SLS 3D 打印如何应用于珠宝行业？

SLS 3D 打印用于创建使用其他方法无法实现的高度详细的模型。这些模型用于创建铸造模具。具体来说，可以打印聚苯乙烯等材料并用于制造铸造贵金属的模具。 

SLS 打印机能够生产大型、精细的作品吗？

是的，SLS 打印机具有较大的打印体积，可以容纳相当大的零件。使用精密激光仍然可以将精细的细节融入到非常大的零件中。

SLS 和 SLA 有什么区别？

SLS（选择性激光烧结）利用激光烧结塑料颗粒，而 SLA（立体光刻）则使用激光选择性固化液体光聚合物。这两种技术都可以生产高度详细的零件，并且它们的打印速度相当。 

摘要

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迪恩·麦克克莱门茨

Dean McClements 是机械工程荣誉学士学位毕业生，在制造业拥有二十多年的经验。他的职业生涯包括在 Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace 和 Hyster-Yale 等领先公司担任重要职务，在那里他对工程流程和创新有了深入的了解。

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