1.5.2　选择性激光烧结工艺的过程

选择性激光烧结工艺使用的材料一般有石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末和它们的复合粉末材料。材料不同，其具体的烧结工艺也有所不同，具体工艺流程如图1-8所示。

（1）图形处理与分层切片处理

CAD模型的建立：通过三维CAD设计软件（如NX、SolidWorks、Pro/E、Catia、中望3D等）进行产品的三维模型构造，然后将得到的三维模型进行图形的转档，转换成STL格式的文档，接着将STL格式的模型导入到专用的切片软件（如华中科大的HRP软件、中国科学院广州电子技术研究所的3D Maker、Ultimaker公司Cura软件等）中进行切片。一般的分层是按Z方向进行分层处理的，形成一层层的截面和轮廓信息，最后把这些信息转化成激光的扫描轨迹。

（2）烧结成型

在开始扫描前，成型缸先下降一个层厚，供粉缸上升一个高度（略大于成型缸下降距离），铺粉辊从左边把供粉缸上面的一层粉末推到成型缸上面并铺平，多余的粉末落入粉末回收槽。激光按照第一层的截面及轮廓信息进行扫描，当激光扫描到粉末时，粉末在高温状态下瞬间熔化，使相互之间粘接在一起，没有扫描的地方依然是松散的粉末。当完成第一层烧结后，工作台再下降一个层厚，供粉缸上升一个高度，铺粉辊进行铺粉，激光进行第二层扫描，这样直到整个零件模型烧结完成。

（3）后处理

当零件烧结完成后，升起成型缸取出零件，用气枪清理表面的残余粉末。一般通过激光烧结后的零件强度比较低，而且是疏松多孔的，根据不同的需要可以进行不同后处理，常用的后处理有加热固化、热等静压、渗蜡等。

（4）金属零件间接烧结工艺

在广泛应用的几种快速成型技术方法中，只有SLS工艺可以直接或间接地烧结金属粉末来制作金属材质的原型或零件。金属零件间接烧结工艺使用的材料为混合有树脂材料的金属粉末材料，SLS工艺主要实现包裹在金属粉粒表面树脂材料的粘接。其工艺过程如图1-9所示。由图中可知，整个工艺过程主要分为三个阶段：一是SLS原型件（“绿件”）的制作，二是粉末烧结件（“褐件”）的制作，三是金属熔渗后处理。

（5）金属零件间接烧结工艺过程中的关键技术

① 原型件制作关键技术

选用合理的粉末配比：环氧树脂与金属粉末的比例一般控制在1∶5～1∶3之间。

加工工艺参数匹配：粉末材料的物性、扫描间隔、扫描层厚、激光功率以及扫描速度等。

② 褐件制作关键技术

烧结温度和时间：烧结温度应控制在合理范围内，而且烧结时间应合适。

③ 金属熔渗阶段关键技术

选用合适的熔渗材料及工艺：渗入金属必须比“褐件”中金属的熔点低。

例如采用金属铁粉末、环氧树脂粉末、固化剂粉末混合，其体积比为67%、16%、17%；在激光功率40W下，取扫描速度170mm/s，扫描间隔在0.2mm左右，扫描层厚为0.25mm时烧结。后处理二次烧结时，控制温度在800℃，保温1h；三次烧结时温度为1080℃，保温40min；熔渗铜时温度为1120℃，熔渗时间为40min。所成型的金属齿轮零件如图1-10所示。

（6）金属零件直接烧结工艺

金属零件直接烧结工艺采用的材料是纯金属粉末，是采用SLS工艺中的激光能源对金属粉末直接烧结使其熔化，实现叠层的堆积。其工艺流程如图1-11所示。

金属零件直接烧结成型过程较间接金属零件制作过程明显缩短，无需间接烧结时复杂的后处理阶段。但必须有较大功率的激光器，以保证直接烧结过程中金属粉末的直接熔化。因而，直接烧结中激光参数的选择、被烧结金属粉末材料的熔凝过程及控制是烧结成型中的关键。

（7）陶瓷粉末烧结工艺

陶瓷粉末材料的选择性激光烧结工艺需要在粉末中加入黏结剂。目前所用的纯陶瓷粉末原料主要有Al₂O₃和SiC，而黏结剂有无机黏结剂、有机黏结剂和金属黏结剂三种。当材料是陶瓷粉末时，可以直接烧结铸造用的壳型来生产各类铸件，甚至是复杂的金属零件。

陶瓷粉末烧结制件的精度由激光烧结时的精度和后续处理时的精度决定。在激光烧结过程中，粉末烧结收缩率、烧结时间、光强、扫描点间距和扫描线行间距对陶瓷制件坯体的精度有很大影响。另外，光斑的大小和粉末粒径直接影响陶瓷制件的精度和表面粗糙度，后续处理（焙烧）时产生的收缩和变形也会影响陶瓷制件的精度。