激光选区烧结成形.ppt

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1、激光选区烧结成形机理SLSSLS（selectivelasersintering）作为快速原形制造技术的重要分支之一，是目前发展最快和应用最广的技术之一。它和SLA、LOM构成激光快速成形技术的核心。与其它快速成形技术相比，SLS以选材广泛、无需设计和制造复杂支撑并且可直接生产注塑模、电火花加工电极以及可快速获得金属零件等功能性零件而受到了越来越广泛的重视。SLS材料SLS材料的来源比较广泛，理论上讲受热后能够相互粘结的粉末或表面裹覆有热固性粘结剂的粉末都能作为SLS的材料。目前SLS材料主要有：塑料粉、蜡粉、金属粉、表面涂有粘结剂的陶瓷粉、覆膜砂等，它们被加

2、热到熔点后能熔合，冷却后迅速固化。SLS材料要有良好的热固性、一定的导热性，粉末经激光束烧结后要有足够的粘结强度，粉末的直径不宜过大，一般要求小于0.2毫米，否则会降低原型的精度SLS技术的研究现状从SLS技术诞生到广泛应用于各个领域，二十多年来，各国的SLS学者对SLS技术的成型工艺、方法、材料、成型效率以及成型精度展开了大量的理论和试验研究。目前，这些研究主要集中在：3Dsystems公司、DTM公司、EOS公司、东京大学、Sony公司、香港理工大学以及国内的清华大学、西安交通大学、南京航空航天大学、华中科技大学、浙江大学和北京隆源自动成型系统有限公司等。

3、SLS技术的研究现状国外的DTM公司在SLS成型材料的开发上作了大量的工作，其推出的RapidTool2.0系列材料的收缩率很小，只有0.2%，而且粉末细小，层厚最小可到0.075mm，所以可以达到很高的精度和表面光洁度，几乎不需要后续抛光处理。该公司最新研制的材料LaserFormST-100的粉粒直径为23~34μm，比RapidTool2.0的还小，这有利于成型件的表面处理。同时，也有利于保证精度。该材料主要用于制造注塑模，制成的注塑模生产了1万件产品还没有磨损。SLS技术的研究现状ROCKWELL公司研制的CopperPolymide材料基体为铜粉，粘

4、结剂为聚酰胺(polyamide)，其特点是成型后不需要入炉进行二次烧结，制造周期短，可在1天内完成模具的制造加工。成型件的表面粗糙度可达到25μm，进行很好的抛光后，粗糙度最低可达12μm。制成的模具可广泛用于PE、PP、PS、ABS、PC/ABS、玻璃增强的Polypropylene和其它常用塑料的注塑成型，但是模具的寿命只有100~400件/副。EOS公司开发的PA3200GF尼龙粉末材料可以获得高精度和很好的表面光洁度的成型件。SLS技术的研究现状Texas大学奥斯汀分校进行了没有聚合物粘结剂的金属粉末(Cu-Sn,Ni-Sn或青铜一镍粉复合粉末)的S

5、LS成型研究，并成功制造了金属模具。SLS技术的研究现状近年来，国内的北京隆源公司、华中科技大学都开发出了低熔点高分子粉末材料，可用于原型件的制作和替代蜡模进行熔模铸造。南京航空航天大学在覆膜砂材料方面也作了大量的工作，选用250目在使用特性上与酚醛树脂类似的环氧树脂粉末作为覆膜砂粘结剂，经过合理的配比，获得了很好的烧结性能。SLS烧结机理研究1.材料特性把固体材料粉碎成粉末，其表面积迅速增大，颗粒直径越小，表面积增大幅度越大。在烧结过程中表现出更大的活性，从而促进烧结过程的完成。与SLS工艺过程密切相关的粉末特性有：粒度、密度、吸收率、有效导热系数等。SLS

6、烧结机理研究烧结的连接机制（1）固相烧结（2）化学反应诱发连接成形（3）液相烧结成形1.粒度3.吸收率αR激光入射到材料表面时，一部分被材料表面反射，一部分被材料吸收，另一部分通过材料透射。在这一激光传播的过程中，显然应满足能量守恒定律。对于不透明材料，透射光也被吸收，其关系式如下：4.有效导热系数k采用的烧结材料都是高分子聚合物。这些材料对激光的反射与吸收与金属以及某些非金属有较大的区别。它们对激光的反射比较低，对应的吸收比较高。而且其结构特征决定了它对激光波长有强烈的选择性。这些材料在红外区波长较短的区域内对激光强烈吸收。这也是为什么本系统采用CO2红外激

7、光器的原因。同时，这些材料的吸收系数与激光强度无关。激光器的激光束采用的CO2气体激光器的激光束呈高斯分布，如图2-2所示，激光束在材料表面的强度分布表示为体现在截面位置的激光烧结示意图如图2-3所示，深颜色部分表示激光强度光斑范围内粉末表面和深度上的分布，同时也是熔化粉末的宽度和深度。考虑到激光的运动方向，则高斯光束在粉体表面运动示意图如图2-4所示。图中深颜色部分表示激光强度在光斑范围内粉末表面和深度上的分布。最大辐照能量与激光功率成正比，与光束半径和扫描速度成反比。在粉末烧结成型过程中，当激光辐照能量低于某一临界能量值Ec时，粉末虽然受热但仍保持原始粉末

8、状态。当E>Ec时，粉末颗粒的温度高于