那些关于3D打印，你不得不知道的事儿（SLS材料篇）

那些关于3D打印，你不得不知道的事儿（SLS科普）...

导读

选择性激光烧结技术，即Selective Laser Sintering（SLS）。这种技术主要采用二氧化碳激光器对粉末材料（塑料粉等与粘结剂的混合粉）进行选择性烧结，是一种由离散点一层层堆集成三维实体的快速成型方法。

SLS最初是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Carlckard 于1989年在其硕士论文中提出的。后美国DTM公司于1992 年推出了该工艺的商业化生产设备Sinter Sation。几十年来,奥斯汀分校和 DTM 公司在SLS领域做了大量的研究工作,在设备研制和工艺、材料开发上取得了丰硕成果。

目前普遍使用的主要SLS成型材料有以下几种：

1

石蜡粉及其复合材料

石蜡粉是SLS选择性激光烧结技术普遍使用的材料之一，它能通过3D打印机制作高精度的蜡模，之后被用作首饰或者机械零件等产品的失蜡铸造。但传统的熔模精铸用蜡(烷烃蜡、脂肪酸蜡等)，蜡模强度较低，难以满足精细、复杂结构铸件的要求，且成型精度差，所以目前使用的蜡粉基本为低熔点高分子蜡的复合材料。

（石腊粉为打印原料制作的首饰）

2

金属粉末

金属粉末进行快速成型是激光快速成型由原型制造到快速直接制造的趋势，它可以大大加快新产品的开发速度，具有广阔的应用前景。金属粉末的选区烧结方法中，常用的金属粉末有3种：

（一）金属粉末和有机粘结剂的混合体，按一定比例将2种粉末混合均匀后进行激光烧结。

（二）两种金属粉末的混合体，其中一种熔点较低，在激光烧结过程中起粘结剂的作用。

（三）单一的金属粉末，对单元系烧结，特别是高熔点的金属，在较短的时间内需要达到熔融温度，需要很大功率的激光器，直接金属烧结成形存在的最大问题是因组织结构多孔导致制件密度低、力学性能差。

3

工程塑料(ABS)

ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，与聚苯乙烯同属热塑性材料，其烧结成型性能与聚苯乙烯相近，只是烧结温较高。ABS塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。但目前ABS材料一般被普遍用于Fused Deposition Modeling(FDM，熔融沉积造型)快速成型工艺，是其常用的热塑性工程塑料。

4

覆膜陶瓷粉末

覆膜陶瓷粉末是在陶瓷粉末中加入粘结剂，其覆膜粉末制备工艺与覆膜金属粉末类似，被包覆的陶瓷可以是Al2O3，ZrO2和SiC等，粘结剂的种类很多，有金属粘结剂和塑料粘结剂(包括树脂、聚乙烯蜡、有机玻璃等)，也可以使用无机粘结剂。

5

覆膜砂

覆膜砂采用热固性树脂如酚醛树脂加入锆砂、石英砂的方法制得，利用激光烧结方法，制得原型可直接用做铸造用砂型(芯)来制造金属零件，其中锆砂具有更好的铸造性能，尤其适用于具有复杂形状的有色合金铸造如镁、铝等合金的铸造。覆膜砂可以也用于汽车制造业及航空工业等砂型铸造模型及型芯的制作。型砂与低熔点的高分子材料有两种混料方法，一种是机械混合，另一种是将高分子材料加热熔化，把型砂倒入，搅拌均匀，使型砂表面覆盖一层高分子材料。覆膜砂的烧结性能好，故常被广泛使用。

总结

综合上述材料介绍，所有受热后能相互粘结的粉末材料或表面覆有热塑（固）性粘结剂的粉末材料都能被用作SLS材料。但要真正适合SLS烧结，要求粉末材料有良好的热塑（固）性，一定的导热性，粉末经激光烧结后要有一定的粘结强度；粉末材料的粒度不宜过大，否则会降低成型件质量；而且SLS材料还应有较窄的“软化-固化”温度范围，该温度范围较大时，制件的精度会受影响。