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第 8.3 课成形第 8 章 · 增材制造

选择性激光烧结(SLS)

激光熔合粉床中的尼龙粉末;松散的粉末支撑零件(粉末床熔融)

选择性激光烧结(SLS)用激光一次一薄层地熔合细小的塑料粉末,通常是尼龙。零件周围松散的粉末托住它,所以不需要支撑。它的意义在于,能小批量制造坚固、能实际使用的塑料零件,比如无人机框架、风管和定制支具。

选择性激光烧结(SLS):实拍照片
照片:newman72, CC BY 2.0, 来源: Wikimedia Commons
激光逐层熔合粉末;松散的粉末托住零件成型腔室剖面;各层和颗粒画得比实际大得多1模型被切片成为薄层层数据激光扫描镜4激光熔合切片2加热器松散粉末熔合的零件3铺粉辊供粉活塞上升5成型活塞下降一层冷却后6冷却,挖出并喷砂清理粉末和熔合的零件机床零件激光和热
SLS 成形腔剖面:激光、加热器、铺粉器、活塞和粉末圈内数字对应下面的步骤;第 3 到 5 步每一层都重复。

工作原理

  1. 切片模型。 软件把三维模型切成薄层。许多零件可以紧凑地排在一起,甚至叠放,以填满整个成形空间。

  2. 加热腔室。 加热器让粉床保持在刚好低于熔点的温度,尼龙 12 约为 170 °C。这样激光只需再添加一点点能量。

  3. 铺一层粉。 供粉活塞上升,铺粉器(滚轮或刮刀)把一层薄粉末铺过成形区域,厚度通常为 0.1 mm。

  4. 熔合这一层。 激光由高速反射镜引导,描出零件的截面。它烧结颗粒(把它们部分熔化而熔合),使它们彼此相连,也与下面一层相连。

  5. 下降并重复。 成形活塞下降一层,第 3 到 5 步重复。未熔合的粉末留在原处,托住每一处悬伸。

  6. 冷却、挖出、清理。 这块粉末,称为粉饼,慢慢冷却,往往与打印用的时间差不多长。然后你把零件挖出来,吹掉粘着的粉末,并把剩余的粉末与新粉混合再利用。

关键数据

材料
首选尼龙(PA12、PA11);也有玻纤或碳纤填充的尼龙、柔性 TPU、聚丙烯和耐高温的 PEEK
典型零件
功能样件、壳体、卡扣和活动铰链、风管、支架、定制支具和握把
零件尺寸
台式设备每边约 15–30 cm;工业设备最大约 70 cm
精度
约 ±0.3 mm,较大的零件约 ±0.3%
表面质量
哑光,略有颗粒感,像细砂纸;常经染色、滚磨或蒸汽平滑
适合的批量
1 到几千件;一次构建可容纳几十到几百个小零件
模具与设备成本
无需工装;台式系统几万美元,工业系统几十万美元
速度
每次构建约半天到一天,再加上几小时或更久的冷却

优点与局限

优点

  • 无需支撑,所以零件可以套排和堆叠,填满整个空间
  • 坚固、坚韧的尼龙零件,层间强度几乎与沿层方向一样
  • 复杂的形状:点阵、内部通道,甚至打印出来就已装配好的铰链
  • 一炉装满时单件成本低

局限

  • 设备和粉末比 FDM 贵得多
  • 表面粗糙、略带孔隙,需要后处理,还容易吸脏
  • 冷却时间长,之后才能拆包取出零件
  • 粉末处理多尘,每次构建还需要补充一些新粉

应用领域

  • 航空航天飞机和无人机的风管与支架
  • 医疗定制矫形器、假肢接受腔、手术导板
  • 消费品眼镜框、运动装备、小批量壳体
  • 汽车样件、卡扣、风管和小批量生产零件
  • 工业机器人夹爪、治具和夹具、备件

如何识别

  • 哑光、略带沙感的表面,常为米白、灰色或染成黑色。
  • 任何地方都没有支撑痕迹,即使在陡峭的悬伸之下。
  • 曲面上有淡淡的、柔和的层纹,比 FDM 的棱纹不明显得多。
  • 中空零件上留有小的排粉孔,让被困的粉末能倒出来。

对比

观看

Dr. D-Flo · 为初学者讲解 SLS 的原理

Formlabs Support · 机器内部:激光、铺粉器和加热

Vision Miner · 完整的工作流程,从打印到挖出和喷砂清理

EOS 3D Printing · 用于批量生产的工业 SLS

查看实拍照片

记住

  • SLS 在加热的粉床中,用激光逐层熔合塑料粉末。
  • 松散的粉末托住零件,所以无需支撑,零件还可以堆叠。
  • 出来的零件坚固但有颗粒感,需要几小时的冷却和清理。

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