導讀：

1、世界十大增材工藝技術；

2、世界增材制造工藝技術匯編；

3、增材制造最新先進技術介紹；

4、AI技術處理高清照片；

5、增材制造技術視頻展播。

?世界增材制造的十大工藝?包含以下幾種重點技術：

1?、熔融沉積成型（FDM）?：

將塑料絲材加熱熔化后，經(jīng)過噴頭逐層擠出并固化成型。適用于教育、家庭和小型企業(yè)，設備簡單、成本優(yōu)惠，但成型精度較低，表面質(zhì)量較差?。

熔融沉積成型，(Fused deposition modeling, FDM)，是一種將各樣熱熔性的絲狀材料（蠟、ABS和尼龍等）加熱熔化成形的辦法，是3D打印技術的一種。又可被叫作為FFM 熔絲成型 (Fused Filament Modeling) 或FFF 熔絲制造 (Fused Filament Fabrication)，其后兩個區(qū)別名詞重點只是為了避開前者FDM專利問題，然而核心技術原理與應用其實均是相同的。熱熔性材料的溫度始終稍高于固化溫度，而成型的部分溫度稍小于固化溫度。熱熔性材料擠噴出噴嘴后，隨即與前一個層面熔結在一塊。一個層面沉積完成后，工作臺按預定的增量下降一個層的厚度，再繼續(xù)熔噴沉積，直至完成全部實體零件 。

?熔融沉積成型（FDM）是一種廣泛應用的3D打印技術?。其工作原理如下：

?技術原理?：利用高溫將絲狀熱熔性材料（如蠟、ABS、尼龍等）融化，經(jīng)過帶有微細噴嘴的噴頭擠出，根據(jù)計算機掌控的路徑逐層沉積，最后形成立體實物。

?系統(tǒng)構成?：重點包含噴頭、送絲公司、運動公司、加熱工作室和工作臺五個部分。

?材料需求?：成型材料需擁有熔融溫度低、粘度低、粘結性好、收縮率小等特點；支撐材料需能承受高溫、與成型材料不浸潤、擁有水溶性或酸溶性等。

應用行業(yè)?：觸及汽車、醫(yī)療、建筑、娛樂、電子等多個行業(yè)，用于概念建模、功能性原型制作、制造加工等。

FDM技術擁有成本低、成型材料范圍廣、環(huán)境污染小等優(yōu)點，但成型時間較長、精度相對較低。隨著技術的進步，F(xiàn)DM的應用行業(yè)還在持續(xù)拓展?

先用CAD軟件建構出物體的3D立體模型圖，將物體模型圖輸入到FDM的安裝。FDM安裝的噴嘴就會按照模型圖，一層一層移動，同期FDM安裝的加熱頭會注入熱塑性材料(ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)樹脂、聚碳酸脂、PPSF(聚苯砜)樹酯、聚乳酸和聚醚酰亞胺等)。材料被加熱到半液體狀態(tài)后，在電腦的掌控下，F(xiàn)DM安裝的噴嘴就會沿著模型圖的表面移動，將熱塑性材料擠壓出來，在該層中凝固形成輪廓。FDM 安裝會運用兩種材料來執(zhí)行打印的工作，分別是用于形成成品的建模材料和用作支架的支撐材料，透過噴嘴垂直升降，材料層層堆積凝固后，就能由下而上形成一個3D打印模型的實體。打印完成的實體，就能起始最后的過程，剝除固定在零件或模型外邊的支撐材料或用特殊溶液將其溶解，就可運用該零件了。

在3D打印技術中，F(xiàn)DM技術結構簡單，不觸及激光、高溫、高壓等危險環(huán)節(jié)，設計亦最容易，制導致本、守護成本和材料成本較低，因此呢亦是桌面級3D打印機中運用得最多的技術。

01.FDM工作原理

FDM熔融沉積成型，它是將絲狀熱熔性材料加熱融化，經(jīng)過帶有微細噴嘴，在計算機掌控下，噴頭按照3D模型的數(shù)據(jù)移動到指定位置，將熔融狀態(tài)下的液體材料擠噴出來并最后凝固。

材料被噴出后沉積在制作面板或前一層已固化的材料上，溫度小于固化溫度后起始固化，經(jīng)過材料的層層堆積形成最后成品。

02.FDM打印材料選取

1.粘度低阻力小，不易堵噴頭。

2.熔點低，熔點溫度低打印功耗小，卻有利于加強設備運用壽命。

3.黏結性高，黏結性決定實體各層之間的黏結強度。

4.收縮率小，擠出的材料絲會出現(xiàn)膨脹，收縮率越小，打印出來的物品精度越有保準。

因此呢，日前市場上重點的FDM材料包含ABS、PLA、PC、PP、合成橡膠等。

03.FDM的優(yōu)良和技術限制

優(yōu)良：

1.成本低，F(xiàn)DM技術不采用激光系統(tǒng)。

2.成型材料范圍較廣，ABS、PLA、PC、PP等熱塑性材料均可做為FDM技術的成型材料。

3.環(huán)境污染較小，打印過程中不觸及高溫、高壓，無有毒物質(zhì)排放。

4.設備、材料體積較小，便于搬運，適合于辦公室、家庭等環(huán)境。

5.原料利用率高，無廢棄的成型材料，支撐材料能夠回收。

技術限制：

1.精度低，表面有顯著條紋。溫度對FDM成型效果影響非常大。

2.強度低，受工藝和材料限制，打印物品的性能強度低。

3.打印時間長，需按橫截面形狀逐步打印。

因為FDM在加工過程中不觸及激光技術，整體設備體積較小，耗材獲取較容易，打印成本相對較低，因此呢FDM技術路徑是用戶普及率最高的3D打印技術

2、選取性激光燒結（SLS）?：

利用激光燒結粉末材料，適用于多種材料，如塑料、金屬和陶瓷，擁有較高的成型精度和表面質(zhì)量?。選取性激光燒結成形（SLS）是一種增材制造（AM）技術，它運用激光做為電源來燒結粉末材料（一般是尼龍/聚酰胺），將激光自動瞄準由a定義的空間點。3D模型將材料粘合在一塊，形成堅固的結構。它類似于直接金屬激光燒結（DMLS）; 這兩個是相同概念的實例，但技術細節(jié)區(qū)別。選取性激光熔化（SLM）運用了類似的概念，但在SLM中材料完全熔化而不是燒結，準許區(qū)別的性質(zhì)（晶體結構，孔隙率等）。SLS（以及其他說到的AM技術）是一項相對較新的技術，迄今為止重點用于快速原型制作和零部件的小批量生產(chǎn)。隨著AM技術的商場化改進，生產(chǎn)角色正在擴大。

1、選區(qū)激光燒結（SLS）

選取性激光燒結技術(SLS)最初是由于美國德克薩斯大學奧斯汀分校的Carl Deckard于1989年在其碩士論文中提出的,選區(qū)激光燒結，顧名思義，所采用的冶金機制為液相燒結機制，成形過程中粉體材料出現(xiàn)部分熔化，粉體顆粒保存其固相核心，并經(jīng)過后續(xù)的固相顆粒重排、

液相凝固粘接實現(xiàn)粉體致密化。美國DTM機構于1992年推出了該工藝的商場化生產(chǎn)設備SinterSation。德國的EOS機構在這一行業(yè)亦做了非常多科研工作,并研發(fā)了相應的系列成型設備。國內(nèi)有如華中科技大學、南京航空航天大學、西北工業(yè)大學、中北大學和北京隆源自動成型有限機構等,多家單位進行SLS的關聯(lián)科研工作,亦取得了重大成果。

SLS技術原理及其特點

全部工藝安裝由粉末缸和成型缸構成,工作粉末缸活塞(送粉活塞)提升,由鋪粉輥將粉末在成型缸活塞(工作活塞)上均勻鋪上一層,計算機按照原型的切片模型掌控激光束的二維掃描軌跡,有選取地燒結固體粉末材料以形成零件的一個層面。完成一層后,工作活塞下降一個層厚,鋪粉系統(tǒng)鋪上新粉,掌控激光束再掃描燒結新層。如此循環(huán)往復,層層疊加,直到三維零件成型

選區(qū)激光燒結SLS

SLS工藝采用半固態(tài)液相燒結機制，粉體未出現(xiàn)完全熔化，雖可在必定程度上降低成形材料積聚的熱應力，但成形件中含有未熔固相顆粒，直接引起孔隙率高、致密度低、拉伸強度差、表面粗糙度高等工藝缺陷，在SLS半固態(tài)成形體系中，固液混合體系粘度一般較高，引起熔融材料流動性差，將顯現(xiàn)SLS快速成形工藝特有的冶金缺陷——“球化”效應。球化現(xiàn)象不僅會增多成形件表面粗糙度，更會引起鋪粉安裝難以在已燒結層表面均勻鋪粉后續(xù)粉層，從而阻礙SLS過程順利開展。因為燒結好的零件強度較低,需要經(jīng)過后處理才可達到較高的強度并且制造的三維零件廣泛存在強度不高、精度較低及表面質(zhì)量較差等問題。

在SLS顯現(xiàn)初期，相針對其他發(fā)展比較成熟的快速成型辦法，選取性激光燒結擁有成型材料選取范圍廣，成型工藝比較簡單（無需支撐）等優(yōu)點。但因為成型過程中的能量源自為激光，激光器的應用使其成型設備的成本較高，隨著2000年之后激光快速成形設備的長足進步（表現(xiàn)為先進高能光纖激光器的運用、鋪粉精度的加強等），粉體完全熔化的冶金機制被用于金屬構件的激光快速成形。選取性激光燒結技術(SLS)已被類似更為先進的技術代替。

2、直接金屬激光成形（DMLS）

SLS制造金屬零部件,一般有兩種辦法,其一為間接法,即聚合物覆膜金屬粉末的SLS;其二為直接法,即直接金屬粉末激光燒結(DirectMetalLaserSintering,DMLS)。自從1991年金屬粉末直接激光燒結科研在Leuvne的Chatofci大學開展敗興,利用SLS工藝直接燒結金屬粉末成形三維零部件是快速原型制造的最后目的之一。與間接SLS技術相比,DMLS工藝最重點的優(yōu)點

是取消了昂貴且費時的預處理和后處理工藝過程。

直接金屬粉末激光燒結(DMLS)的特點

DMLS技術做為SLS技術的一個分支，原理基本相同。但DMLS技術精確成形形狀繁雜的金屬零部件有很強難度,歸根結底,重點是因為金屬粉末在DMLS中的“球化”效應和燒結變形，球化現(xiàn)象,是為使熔化的金屬液表面與周邊介質(zhì)表面形成的體系擁有最小自由能,在液態(tài)金屬與周邊介質(zhì)的界面張力功效下,金屬液表面形狀向球形表面轉(zhuǎn)變的一種現(xiàn)象.球化會使金屬粉末熔化后沒法凝固形成連續(xù)平滑的熔池,因而形成的零件疏松多孔,致使成型失敗，因為單組元金屬粉末在液相燒結周期的粘度相對較高,故“球化”效應尤為嚴重,且球形直徑常常大于粉末顆粒直徑,這會引起海量孔隙存在于燒結件中，因此呢,單組元金屬粉末的DMLS擁有顯著的工藝缺陷,常常需要后續(xù)處理,不是真正道理上的“直接燒結”。

為克服單組元金屬粉末DMLS中的“球化”現(xiàn)象,以及由此導致的燒結變形、密度疏松等工藝缺陷,日前通常能夠經(jīng)過運用熔點區(qū)別的多組元金屬粉末或運用預合金粉末來實現(xiàn)。多組分金屬粉末體系通常由高熔點金屬、低熔點金屬及某些添加元素混合而成，其中高熔點金屬粉末做為骨架金屬，能在DMLS中保存其固相核心；低熔點金屬粉末做為粘結金屬，在DMLS中熔化形成液相，生成的液相包覆、潤濕和粘結固相金屬顆粒，以此實現(xiàn)燒結致密化。

2.2.2直接金屬粉末激光燒結(DMLS)的問題

做為SLS技術的一個重要分支的DMLS技術尚處在持續(xù)發(fā)展和完善的過程之中,其燒結的理學過程及燒結致密化機理仍不明了,區(qū)別金屬粉末體系的激光燒結工藝參數(shù)仍需摸索,專用粉末的研制與研發(fā)還有待突破。因此呢,創(chuàng)立金屬粉末直接激光燒結過程的數(shù)學、理學模型,定量科研DMLS燒結致密化過程中的燒結行徑和組織結構變化,作為粉末冶金科學與工程科研中的重要內(nèi)容之一。

DMLS中,金屬粉末的物性針對燒結質(zhì)量有著及其重要的影響,相同的工藝參數(shù)要求下,區(qū)別的粉末體系的燒結效果常常有很大的區(qū)別。把握粉末體系的物性,為其選取最優(yōu)化的工藝參數(shù),是DMLS的最基本、最重要的需求。海量科研顯示,影響DMLS質(zhì)量的三個關鍵物性參數(shù)重點為:燒結特性、攤鋪特性和穩(wěn)定性。

3、選區(qū)激光熔化（SLM）

SLM的思想最初由德國Fraunhofer科研所于1995年提出，2002年該科研所對SLM技術的科研取得巨大的成功。世界上第1臺SLM設備由英國MCP（Mining and Chemical Products Limited）集團機構下轄的德國MCP-HEK分機構已于2003年底推出。為獲取全致密的激光成形件，同期亦受益于2000年之后激光快速成形設備的長足進步（表現(xiàn)為先進高能光纖激光器的運用、鋪粉精度的加強等），粉體完全熔化的冶金機制被用于金屬構件的激光快速成形。例如，德國著名的快速成形機構EOS機構，是世界上較早開展金屬粉末激光燒結的專業(yè)化機構，重點從事SLS金屬粉末、工藝及設備開發(fā)。而該機構新近開發(fā)的EOSINTM270/280型設備，雖繼續(xù)沿用“燒結”這一表述，但已裝配200W光纖激光器，并采用完全熔化的冶金機制成形金屬構件，成形性能得以明顯加強。日前，做為SLS技術的延伸，SLM術正在德國、英國等歐洲國家蓬勃發(fā)展。即便繼續(xù)沿用“選區(qū)激光燒結”（SLS）這一表述，實質(zhì)所采用的成形機制已轉(zhuǎn)變?yōu)榉垠w完全熔化機制。

1、選區(qū)激光熔化的原理

SLM技術是在SLS基本上發(fā)展起來的，二者的基本原理類似。SLM技術需要使金屬粉末完全熔化，直接成型金屬件，因此呢需要高功率密度激光器激光束起始掃描前，水平鋪粉輥先把金屬粉末平鋪到加工室的基板上，而后激光束將按當前層的輪廓信息選取性地熔化基板上的粉末，加工出當前層的輪廓，而后可升降系統(tǒng)下降一個圖層厚度的距離，滾動鋪粉輥再在

已加工好的當前層上鋪金屬粉末，設備調(diào)入下一圖層進行加工，如此層層加工，直到全部零件加工完畢。全部加工過程在抽真空或通有氣體守護的加工室中進行，以避免金屬在高溫下與其他氣體出現(xiàn)反應。SLM與DMLS的界限日前很模糊,區(qū)別不顯著,DMLS技術雖翻譯為金屬的燒結,實質(zhì)成型過程中都數(shù)時候已將金屬粉末完全熔化。DMLS技術運用材料都為不同金屬構成的混合物,各成份在燒結(熔化)過程中相互賠償,有利于保準制作精度。而SLM技術運用材料重點為單一組分的粉末,激光束快速熔化金屬粉末并得到連續(xù)的掃描線。

選取性激光燒結工藝示意圖。SLS 3D 打印技術運用高功率激光將微小的聚合物粉末顆粒燒結成基于 3D 模型的固體結構。

打?。?/span>將粉末薄薄地分散在成型室內(nèi)部的平臺上。打印機將粉末預熱到略小于原材料熔點的溫度，這使得激光在描摹模型以固化部件時，更易加強粉末床特定區(qū)域的溫度。激光掃描 3D 模型的橫截面，將粉末加熱到接近材料熔點或恰好達到熔點的溫度，從而將顆粒機械地熔合在一塊，形成一個固體部件。未熔合的粉末在打印過程中支撐部件，再也不需要專門的支撐結構。而后，平臺逐層降低到成型室中，層高一般在 50 至 200 微米之間，每層重復這一過程，直到部件打印完成。

冷卻：打印結束后，成型室需要在打印箱體中稍微冷卻，而后在打印機外進行冷卻，以保證最佳的機械性能，避免部件變形。

后處理：需要從成型室中取出打印完成的部件、將其與粉末分離并清理掉多余的粉末。粉末能夠回收利用，打印部件能夠經(jīng)過介質(zhì)噴砂或介質(zhì)滾磨進一步進行后處理。

選區(qū)激光熔化SLM

SLS 3D 打印技術簡史

選取性激光燒結是最早的增材制造技術之一，由德克薩斯大學奧斯汀分校的 Carl Deckard 博士和 Joe Beaman 博士于 20 世紀 80 年代中期研發(fā)。此后，她們對該工藝進行了調(diào)節(jié)，以適用于一系列材料，包含塑料、金屬、玻璃、陶瓷和各樣復合材料粉末。如今，這些技術統(tǒng)叫作為粉末床熔融增材制造工藝，即經(jīng)過熱能選取性熔合粉末床區(qū)域。

日前最平常的兩種粉末床熔融 3D 打印系統(tǒng)是運用塑料材料的 SLS 和運用金屬材料的直接金屬激光燒結 (Direct Metal Laser Sintering, DMLS) 或選取性激光熔化 (Selective Laser Melting, SLM)。始終敗興，塑料和金屬粉末床熔融系統(tǒng)都非常昂貴和繁雜，限制了它們在小批量高價值或定制部件（如航空航天組件或醫(yī)療器械 ）中的應用。

近期，該行業(yè)的創(chuàng)新突飛猛進，塑料 SLS 此刻追隨著如立體光固化 (SLA) 和熔融沉積成型 (FDM) 等其他 3D 打印技術的腳步，以方便、緊湊的系統(tǒng)為各行各業(yè)廣泛應用。

SLS 3D 打印機的類型

所有的選取性激光燒結 3D 打印機均以上一節(jié)所述的工藝為基本而打造。重點區(qū)別在于激光器的類型、成型體積的體積和系統(tǒng)的繁雜程度。區(qū)別的設備運用區(qū)別的處理方法來進行溫度控制、粉末分配和打印層沉積。

選取性激光燒結需要在全部打印過程中保持高精度和嚴格掌控。在取出部件前的預熱、燒結和儲存三個周期，粉末和（未完成）部件的溫度變化必須掌控在 2°C 以內(nèi)，以減少翹曲、應力和熱變形。

傳統(tǒng)工業(yè)級 SLS 3D 打印機

幾十年來，選取性激光燒結始終是最受專業(yè)人士歡迎的 3D 打印技術之一，但繁雜性、高需求和昂貴的價格限制了其在服務公司和大型企業(yè)中的應用。

這些設備需要特殊的 HVAC 和工業(yè)級電力供應，即使是最小的工業(yè)設備亦最少需要 10m2 的安裝空間。設置這些設備前，需要花費數(shù)天時間進行現(xiàn)場安裝和培訓。繁雜的工作流程和陡峭的學習曲線亦寓意著這些系統(tǒng)需要由熟悉的內(nèi)部技術人員負責操作和守護。

一臺設備的起售價為 20 萬美元上下，而全套處理方法的價格更加是遠高于此，因此傳統(tǒng)工業(yè)級 SLS 針對非常多企業(yè)來講，始終是可望而不可及的。

2、選區(qū)激光熔化技術的發(fā)展問題

激光選區(qū)成形件中，F(xiàn)e基合金（重點是鋼）SLM成形科研較多，但SLM成形工藝尚需優(yōu)化、成形性能尚需進一步加強；對SLM成形性能（尤其是占基本地位的致密度），日前SLM 成形的鋼構件一般難以實現(xiàn)全致密。處理鋼材料SLM成形的致密化問題，是快速成形科研的關鍵性瓶頸問題。鋼材料激光成形的難度，重點取決于鋼中重點元素的化學特性?；w元素Fe及合金元素Cr對氧都擁有很強的親和性，在常規(guī)粉末處理和激光成形要求下很難徹底避免氧化現(xiàn)象。因此呢，在SLM過程中，鋼熔體表面氧化物等污染層的存在，將明顯降低潤濕性，導致激光熔化特有的冶金缺陷球化效應及凝固微裂紋，從而明顯降低激光成形致密度及相應的機械性能。另一方面，鋼中C含量是決定激光成形性能的又一個關鍵原因。一般，過高的C含量將對激光成形性產(chǎn)生有害，隨C含量上升，熔體表面C元素層的厚度也會增多。這與氧化層的有害影響類似，亦會降低潤濕性，引起熔體鋪展性降低，并導致球化效應。另外，在晶界上形成的繁雜碳化物會增大鋼材料激光成形件的脆性。因此呢，一般對鋼材料SLM成形，需加強激光能量密度及SLM成形溫度，可促進碳化物的溶解，亦可使合金元素均勻化。經(jīng)過粉體材料及SLM工藝優(yōu)化，包含：1，嚴格掌控原始粉體材料及激光成形系統(tǒng)中的氧含量以改善潤濕性；2，恰當調(diào)控輸入激光能量密度以獲取適宜的液相粘度及其流變特性，可有效控制球化效應及微裂紋形成，從而獲取近全致密結構。

針對以Al合金為表率的輕合金零件激光快速成形，先前絕大都數(shù)科研報告是基于SLS 半固態(tài)燒結成形機制，但因嚴重的球化效應及孔隙缺陷，故科研發(fā)展不大；而SLM技術可望為高性能繁雜結構Al合金零件近凈成形與快速制造供給嶄新的技術途徑。Al基合金零件SLM成形擁有高難度，是由于材料自己特殊理學特性本質(zhì)所決定的。一方面，，一般低功率CO2激光難以使Al合金粉體出現(xiàn)有效熔化，而需求運用能量密度更高的光纖或Nd:YAG激光，這無疑對激光器性能提出了更苛刻的需求。另一方面，Al合金材料熱導率高，SLM成形過程中激光能量輸入極易沿基板或在粉床中傳遞消耗，引起激光熔池溫度降低，熔體粘度增多且流動性降低，故其難以有效潤濕基體材料，引起SLM成形球化效應及內(nèi)部孔隙、裂紋等缺陷。其三，從成形工藝方向，Al合金材料密度較低，粉體流動性差。

需指出的是，基于SLM/SLRM成形機制，雖能在必定程度上改善激光成形件的致密度和表面光潔度，但因成形過程中粉末出現(xiàn)完全熔化/凝固，故在固液轉(zhuǎn)變過程中將顯現(xiàn)顯著的收縮變形，致使成形件中積聚很強的熱應力，并將在冷卻過程中得以釋放，使得成形件出現(xiàn)變形、乃至開裂。

因為激光選區(qū)熔化成形技術成形粉末需要量大，需要在全部成形平面鋪設金屬粉末，因而不適宜成形貴重的金屬；全部成形平臺很強，惰性氣體守護效果較差，因而亦不適宜成形易氧化的金屬粉末。

3、選區(qū)激光熔化技術的優(yōu)良

在原理上，選區(qū)激光熔化與選區(qū)激光燒結類似，但由于采用了較高的激光能量密度和更細小的光斑直徑，成型件的力學性能、尺寸精度等均較好，只需簡單后處理就可投入運用，并且成型所用原材料無需尤其配制。選區(qū)激光熔化技術的優(yōu)點可歸納如下：

直接制造金屬功能件件，無需中間工序；

良好的光束質(zhì)量，可得到細微聚焦光斑，從而能夠直接制造出較高尺寸精度和較好表面粗糙度的功能件；

金屬粉末完全熔化，所直接制造的金屬功能件擁有冶金結合組織，致密度較高，擁有較好的力學性能，無需后處理；

粉末材料可為單一材料亦可為多組元材料，原材料無需尤其配制；

可直接制造出繁雜幾何形狀的功能件；

尤其適合于單件或小批量的功能件制造。

選區(qū)激光燒結成型件的致密度、力學性能較差；電子束熔融成型和激光熔覆制造難以得到較高尺寸精度的零件；相比之下，選區(qū)激光熔化成型技術能夠得到冶金結合、致密組織、高尺寸精度和良好力學性能的成型件，是近年來快速成型的重點科研熱點和發(fā)展趨勢。

4、選區(qū)激光熔化技術的科研展望

（1）實現(xiàn)激光快速成形專用金屬粉體材料系列化與專業(yè)化。注重粉體材料對改善激光

快速成形性能的物質(zhì)基本功效，深入定量科研適于選區(qū)激光熔化成形工藝的粉體化學成份、物性指標、制備技術及表征辦法，實現(xiàn)激光快速成形專用金屬及合金粉體材料的專業(yè)化和系列化。

（2）深入定量科研金屬及合金粉體激光成形冶金本質(zhì)及其機理。緊扣金屬及合金粉體

激光快速成形關鍵科學問題，包含激光束—金屬粉體交互功效機理、激光熔池非平衡傳熱傳質(zhì)機制、超高溫度梯度下金屬熔體快速凝固及內(nèi)部冶金缺陷和顯微組織調(diào)控、金屬粉體激光熔化成形全過程及各類型內(nèi)應力演變等冶金、理學、化學及熱力耦合問題，為改善金屬及合金粉體激光快速成形組織和性能供給科學理論基本。

（3）高性能繁雜結構金屬及合金零件激光控形控性凈形制造。以激光快速成形專用高

流動性金屬粉體設計制備為物質(zhì)基本，以激光非平衡熔池冶金熱力學和動力學行徑、激光成形顯微組織調(diào)控機制、激光成形件內(nèi)應力演化規(guī)律多尺度預測為理論基本，經(jīng)過粉體設計制備—零件結構設計—SLM成形工藝—組織及性能評估的一體化科研，面向航空航天、生物醫(yī)藥、模具制造等行業(yè)應用需要，實現(xiàn)高性能繁雜結構金屬及合金關鍵零件激光控形控性直接精細凈成形制造。

選取性激光燒結成形（SLS）是一種增材制造（AM）技術，它運用激光做為電源來燒結粉末材料（一般是尼龍/聚酰胺），將激光自動瞄準由a定義的空間點。3D模型將材料粘合在一塊，形成堅固的結構。大都數(shù)企業(yè)都愛好它，由于它的精度高，適合制造幾何形狀繁雜的制品。

SLS 打印的優(yōu)良

高繁雜性：能夠制造繁雜的幾何形狀，適用于設計自由度大的部件。

材料多樣性：支持多種材料，如尼龍、金屬粉末，滿足區(qū)別應用需要。

強度和耐用性：打印的部件一般擁有良好的強度和耐磨性，適合功能性應用。

無需支撐結構：粉末床供給支持，減少了后處理和材料浪費。

小批量生產(chǎn)：適合快速原型和小批量生產(chǎn)，降低了研發(fā)成本和時間。

SLS 打印的缺點

設備成本高：SLS打印機和關聯(lián)設備一般價格昂貴，適合預算充足的企業(yè)。

后處理繁雜：打印完成后需要清理未燒結的粉末，這一過程可能繁瑣且耗時。

表面粗糙度：打印件的表面可能較為粗糙，一般需要額外的后處理才可達到更光滑的效果。

尺寸限制：雖然能夠打印繁雜形狀，但單件的最大打印尺寸受到設備限制。

材料限制：盡管支持多種材料，但選取的范圍仍然較其他技術（如FDM）少，且某些材料的成本較高。

激光能量消耗：SLS打印過程中激光的能量消耗相對較高，可能增多運營成本。

選取性激光燒結因其精度、準確度、生產(chǎn)率等優(yōu)點而受到許多行業(yè)的喜愛。諾鉑是您能找到的最好的 SLS 服務商之一。憑借咱們經(jīng)驗豐富的技術工程師團隊，您更有可能得到順利且質(zhì)量有保準的項目。

針對金屬零件選區(qū)激光熔化快速成形的材料、工藝及理論的科研，尚有非常多方面未得到本質(zhì)突破。針對該行業(yè)許多新材料、新工藝、新現(xiàn)象及新理論的深入科研與發(fā)掘，是實現(xiàn)激光快速成形技術走向工程應用的基本。SLS：Selective Laser Sintering，(選取性激光燒結) 工藝是利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強度的激光照射下被燒結在一塊，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接；當一層截面燒結完后，鋪上新的一層材料粉末，選取地燒結下層截面。SLS工藝最大的優(yōu)點在于選材較為廣泛。

1. 設計和準備文件

運用任意 CAD 軟件或 3D 掃描數(shù)據(jù)來設計模型，并將其導出為 3D 打印文件格式（STL、OBJ 或 3MF）。每臺 SLS 打印機都包括軟件，用于微調(diào)打印設置，幫助您定向及擺列模型，并預估打印時間以及將數(shù)字模型切片成層以進行打印。設置完成后，打印準備軟件經(jīng)過無線或有線連接將指令發(fā)送到打印機。

Fuse 系列打印機運用 PreForm 打印準備軟件（免費下載），您能夠在 3D 網(wǎng)格內(nèi)無縫復制和組織多個部件，以便在一次打印中盡可能多地利用構建空間。PreForm 會自動意見最佳的定向和部件排布，并能按照需要手動調(diào)節(jié)。

Fuse 系列 SLS 設計指南

本設計指南將介紹設計 Fuse 1 SLS 3D 打印件的有些重要重視事項，以及怎樣利用這些最佳實踐成功制造部件，以便從首次打印起始就能在預期應用中發(fā)揮功效。

2. 準備打印機

準備打印機的工作流程因系統(tǒng)而異。大都數(shù)傳統(tǒng) SLS 系統(tǒng)需要海量的培訓、工具和人工介入來完成準備和守護工作。

Fuse 系列打印機以簡單有效的方式重新設計了 SLS 工作流程，采用模塊化組件實現(xiàn)了不間斷打印和端到端粉末處理。

在 Fuse 系列打印機上，您能夠用粉末盒容易裝載粉末。

Fuse 系列打印機運用可拆卸的成型室，因此呢您能夠在之前的打印還在冷卻時運行下一個打印任務。

3. 打印

在所有的打印前檢測工作完成后，設備就能夠進行打印了。SLS 3D 打印所需的時間從數(shù)小時到數(shù)天不等，取決于部件的尺寸、繁雜程度以及密度。因為應用高功率激光，即使是運用 Fuse 1+ 30W 進行完整成型一般亦能在 24 小時內(nèi)完成。

打印完成后，成型室需要在打印箱體中稍微冷卻，而后再進入下一步。之后，能夠移出成型室，并插進一個新的成型室來運行另一個打印任務。

在后處理之前，裝有打印部件的成型室必須進一步冷卻，以保證最佳的機械性能，避免部件變形。這可能會占用最多一半的打印時間。

在 Fuse 系列打印機上，觸摸屏會表示打印過程中打印床的實時狀況，便于用戶觀看所有打印過程。此攝像機視圖亦可經(jīng)過您的電腦在 PreForm 中拜訪，您無需離開辦公桌就可監(jiān)控打印狀況。

4. 部件提取和粉末回收

與其他 3D 打印工藝相比，SLS 部件的后處理需要的時間和人力最少。因為無支撐結構，SLS 打印機易于擴展，并保證成批部件擁有一致的結果。

在成型室冷卻后，能夠從成型室中取出料塊并從未燒結的粉末中提取打印完成的部件。針對此流程的處理方法包含價格更優(yōu)惠的手動粉末回收處理方法（如 Fuse Depowdering Kit（Fuse 除粉套件））和一站式粉末回收站（如 Fuse Sift），以便取出部件并處理未燒結粉末，以及存儲、分配和混合粉末。

部件回收后多余的粉末都會經(jīng)過篩濾，去除很強的顆粒，以便循環(huán)運用。未熔合的粉末在高溫下會有輕微的降解，因此呢在以后的打印任務中應運用新的材料進行彌補。得益于后續(xù)打印任務中重復運用材料的能力，SLS 是導致最少浪費的制造辦法之一。

Fuse Sift 與 Fuse 系列打印機協(xié)同，一起完成 SLS 打印工作流程。該設備為取出打印件和回收粉末供給了一個安全有效的系統(tǒng)。

Fuse Sift 能夠自動分配和混合新舊粉末，因此呢您能夠減少浪費并掌控粉末供應。

5. 后處理

在取出部件后，介質(zhì)噴砂處理是保證 SLS 3D 打印部件完全脫粉，實現(xiàn)無粉末殘留以及得到光滑表面光潔度的關鍵過程。該過程將去除散粉，并清除打印部件的半燒結 Surface Armor。

市面上有多種手動和自動噴砂處理方法，并供給各樣價格范圍。Formlabs Fuse Blast 是首款經(jīng)濟實惠的自動化介質(zhì)噴砂處理方法，既可完善 Fuse 系列 SLS 生態(tài)圈，亦能夠做為其他類型粉末床熔融 3D 打印機的介質(zhì)噴砂機，且不受打印機類型限制。

介質(zhì)噴砂處理還能夠大幅減少 SLS 工作流程中最耗時和體力需求最高的部分流程。在后處理工作流程中引入 Fuse Blast 做為 Fuse Sift 的彌補，可將清潔時間縮短至 15 分鐘，平均手動操作時間減少 80%。

經(jīng)過 Fuse Blast 的可選拋光系統(tǒng)升級，您能夠運用一站式系統(tǒng)完成從清潔到表面處理的全過程。在 Fuse Blast 中拋光后，在短短 15 分鐘內(nèi)就能得到無粉末殘留的光滑耐磨部件，同期擁有專業(yè)的半光澤表面效果。集中的介質(zhì)珠有效地磨掉了引起 SLS 部件觸感粗糙的微觀脊，使部件表面光滑并消除了大部分表面孔隙。

行業(yè)內(nèi)有多種3D打印技術，它們分別用于區(qū)別的行業(yè)和區(qū)別的用途。其中包含金屬3D打印技術-選取性激光燒結（SLS）。這項技術怎樣運作？能夠運用什么材料？博型科技來告訴你！

選取性激光燒結或SLS技術的研發(fā)始于1980年代。美國德克薩斯州奧斯汀大學的Carl Deckard博士和Joe Beaman博士研發(fā)了粉末床融合技術的基本。因為運用了激光，這些技術能夠運用從聚合物到金屬的多種材料進行制造。當專門說到SLS技術時，咱們談論的是塑料聚合物，重點是尼龍。然則，這將在過去幾年中有所改變。

實質(zhì)上，戴卡德（Deckard）和比曼（Beaman）這兩位大夫得到了選取性激光燒結的專利。另外，她們還參與了DTM機構的創(chuàng)建，該機構此刻是3D Systems的一部分（自2001年起）。從那時起，顯現(xiàn)了許多專門從事粉末熔融技術的機構，包含專門從事SLS的Farsoon Technologies。最后，應該指出，RF Housholder早在1979年就發(fā)明了一種類似于SLS的辦法并申請了專利，然則從未商場化。

激光或SLS選取性燒結怎樣工作？

選取性激光燒結使得無需運用中間粘合劑或無需經(jīng)過組裝周期就可打印功能對象。在打印之前，運用CAD軟件（例如CATIA，SolidWorks，ProEngineer）設計對象。而后，該模型將以數(shù)字格式（STL文件）發(fā)送到3D打印機。而后，借助CO2激光產(chǎn)生的溫度，從熔融粉末中逐層進行打印。

要起始該過程并準備3D SLS打印機，請將粉斗和建筑區(qū)域加熱到小于聚合物粉（1）的熔融溫度。第1層粉末沉積在施工平臺（2）上。而后，CO 2激光器選取性地燒結（即熔合）呈所需形狀的粉末狀聚合物顆粒。組件的全部橫截面都由激光掃描，因此呢該組件結構牢靠（3）。當層完成后，構造平臺向下移動以準許重新涂覆材料表面。重復該過程，直到完成全部部分（4）。

打印后，零件完全被粉末覆蓋。在繼續(xù)進行清潔和后處理周期之前，必須先將這種粉末容器冷卻。這最多可能需要12個小時。隨后，用壓縮空氣或某種其他清潔介質(zhì)清潔零件，并準備運用或進一步處理。

選取性激光燒結材料

粉末熔融技術準許運用多種材料制造物體，SLS技術指的是塑料聚合物。最平常的是聚酰胺PA 12，一般叫作為尼龍12。盡管該技術還能夠運用聚丙烯，鋁化物，碳酰亞胺，PEBA，PA 11和PEEK來制造。亦能夠向材料中添加其他添加劑的纖維，例如碳纖維，玻璃或鋁，從而改善零件的機械性能。

這項技術的大都數(shù)最初運用都與原型的研發(fā)相關，然則隨著材料的耐用性和3D SLS打印機價格的降低，這種狀況正在改變，選取性激光燒結亦能夠進行最后零件的研發(fā)。

發(fā)展

SLS技術用于設計，汽車，航空航天和工程行業(yè)等多個行業(yè)。直到幾年前，選取性激光燒結3D打印機的重點制造商還是3D Systems和EOS GmbH，重點應用于專業(yè)行業(yè)。

照片源自：Paragon Rapid Technologies Limited

后者是獨一能夠運用PEEK等高性能熱塑性塑料進行印刷的SLS設備的制造商。截止2014年，該技術的專利已發(fā)布，因此呢該行業(yè)顯現(xiàn)了多個參與者。從諸如Natural Robots及其VIT設備之類的新機構，到諸如Formlabs及其新型Fuse 1之類的知名品牌。這應該使這些技術民主化，并使它們更接近該行業(yè)的機構。

3?、立體光固化（SLA）?：

利用紫外光固化液態(tài)樹脂，適用于精細零件制造和快速原型制作，擁有較高的成型精度和表面質(zhì)量?。

3D打印技術—SLA 光固化

SLA是立體光固化成型法的英文簡寫形式，全拼Stereo lithography Appearance。1986年美國博士Charles W Hull在其一篇論文中提出運用激光找色光敏樹脂表面，并固化制作三維物體的概念。無錯，便是他了ˉˉˉ在他提出概念之后，Charles W Hull申請關聯(lián)專利。1986年便顯現(xiàn)SLA的雛形，SLA亦作為最早提出并實現(xiàn)商場應用的成型技術。1988年，3D打印行業(yè)巨頭3D Systems機構按照SLA成型技術原理制作世界上第1臺SLA 3D打印機——SLA250，并將其商場化。自此，基于SLA成型技術的機型如雨后春筍，相繼顯現(xiàn)。

工作原理：該技術重點是利用特定強度的激光聚焦照射在光固化材料的表面（材料重點為樹脂），使之點到線、線到面的完成一個層上的打印工作，一層完成之后進行下一層，依次方式循環(huán)往復，直至最后成品的完成。

在所有的3D打印技術中，SLA能夠算的上黃金標準了：

1) 是顯現(xiàn)最早的3D打印技術，成熟度高；

2) 表面質(zhì)量佳，精度高（在0.1mm上下）；

3) 打印材料的多樣性，持有范圍廣泛的功能性材料，可按照自己需要從中挑選出最合適的材料；

4) 由CAD數(shù)據(jù)直接生成原型，加工速度快、生產(chǎn)周期短，并且無需切削工具二次加工。

但一樣SLA技術的缺點亦很顯著：

1) 系統(tǒng)造價昂貴，且守護花費很高；

2) 運用環(huán)境需求高，擁有毒性和氣味，需密閉環(huán)境；

3) 軟件的操作繁雜，需要必定的專業(yè)度。

當然以上都是針對專業(yè)的3D打印機來講的，隨著日前3D打印被越來越多的人認識與運用，更多的桌面級的打印機起始出此刻創(chuàng)客的手中，更乃至非常多人起始自己DIY。時迄今日，科研和生產(chǎn)SLA技的組織、企業(yè)、團隊已然眾多

PART-01

操作實踐：設計到打印的無縫銜接

1、前處理

模型設計：運用CAD軟件（如SolidWorks、Fusion 360等）進行模型設計。設計過程中需思慮模型的壁厚、支撐結構、打印方向等原因，以保證模型能夠順利打印。

模型優(yōu)化：將設計好的模型導入到3D打印切片軟件中（如Cura、Simplify3D等），進行切片處理。這里過程中，能夠調(diào)節(jié)打印層厚、填充密度、支撐結構等參數(shù)，以優(yōu)化打印效果。

文件導出：將優(yōu)化后的模型文件導出為STL或OBJ格式，供SLA打印機運用。

2、打印

設備準備：起步SLA打印機，檢測設備狀態(tài)，保證打印平臺、激光器、樹脂槽等部件正常運行。

樹脂準備：按照打印需要，選取合適的樹脂材料，并將其倒入樹脂槽中。保證樹脂液面在打印平臺上方必定距離，以便打印過程中樹脂能夠充分覆蓋打印平臺。

文件導入與設置：將導出的STL或OBJ文件導入到SLA打印機的掌控軟件中，設置打印參數(shù)（如層厚、打印速度、揭發(fā)時間等）。

起始打?。?span style="color: green;">起步打印程序，SLA打印機將根據(jù)切片后的數(shù)據(jù)逐層打印模型。在打印過程中，需密切關注設備運行狀態(tài)，保證打印順利進行。

3、后處理

模型取出：待打印完成后，將模型從樹脂中取出。此時模型表面可能殘留有未固化的樹脂，需進行后續(xù)處理。

清洗與固化：運用酒精或清洗劑將模型表面的樹脂殘留物清洗干凈，并置于紫外線下進行固化處理，以保證模型表面堅硬光滑。

支撐結構去除：針對打印過程中添加的支撐結構，需運用刀具或砂紙將其去除，以使模型達到最后形態(tài)。

4、質(zhì)檢

外觀檢測：檢測模型表面是不是平整光滑，有沒有氣泡、裂紋等缺陷。如有需要，可進行打磨或修復處理。

尺寸測繪：運用卡尺等工具測繪模型的尺寸精度，保證符合設計需求。

功能測試：如模型擁有特定功能（如裝配結構、運動公司等），需進行功能測試以驗證其可用性。

5、發(fā)貨

包裝：將質(zhì)檢合格的模型進行妥善包裝，以防在運輸過程中受損。常用的包裝材料包含泡泡板、氣泡袋等。

發(fā)貨：將包裝好的模型交給物流機構進行發(fā)貨。在發(fā)貨過程中，需保證模型在運輸過程中的安全穩(wěn)定。同期，還需供給仔細的發(fā)貨名單和物流信息，以便客戶隨時認識訂單狀態(tài)。

PART-02  

SLA 工藝的優(yōu)良與不足

優(yōu)良

● 高精度：SLA工藝以其逐層固化的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)非常高的打印精度，一般能夠達到0.1mm乃至更小的層厚，使得打印出的模型擁有極高的尺寸精度和表面質(zhì)量。

● 表面光滑：因為樹脂材料在紫外光下逐層固化，SLA打印出的模型表面非常光滑，無需后處理即達到到很高的表面質(zhì)量，非常適合對表面需求高的應用場景。

● 材料多樣性：SLA工藝能夠運用多種光敏樹脂材料，包含標準樹脂、彈性樹脂、高韌性樹脂等，能夠滿足區(qū)別行業(yè)的需要，如原型制作、珠寶設計、牙科模型等。

● 適合繁雜結構：SLA工藝能夠打印出非常繁雜的內(nèi)部結構和細節(jié)，如細小的管道、鏤空結構等，這是其他工藝難以實現(xiàn)的。

● 環(huán)保：相比某些3D打印工藝，SLA工藝運用的樹脂材料相對較為環(huán)保，且打印過程中產(chǎn)生的廢棄物相對較少。

不足

● 設備成本高：SLA打印機及其關聯(lián)設備一般較為昂貴，這使得其普及程度受到必定限制。

● 打印速度慢：因為每層都需要等待完全固化后才可進行下一層的打印，因此呢SLA工藝的打印速度相對較慢，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。

● 后處理繁瑣：雖然SLA打印出的模型表面質(zhì)量較高，但仍需要進行必定的后處理，如清洗、固化等，相對較為繁瑣。

● 材料成本：雖然SLA工藝運用的樹脂材料相對環(huán)保，但價格一般較高，增多了打印成本。

● 模型強度限制：因為SLA工藝運用樹脂材料，打印出的模型在強度和耐用性方面可能不如其他工藝（如SLS、FDM等）打印出的模型。

SLA立體光固化3D打印技術基于液態(tài)光敏樹脂光聚合原理，以制作零件的CAD模型為基本，經(jīng)過分層軟件將模型離散成層數(shù)據(jù)，輸入光固化3D打印機，用運動軌跡受控的紫外激光光束（355nm）輻照液態(tài)光敏樹脂表面，使之由點到線，由線到面出現(xiàn)光固化交聯(lián)，完成一個層面的繪圖作業(yè)后，成型臺在垂直方向移動一個分層的高度再固化另一個層面，循環(huán)往復，層層疊加，形成三維實體。

SLA光固化3D打印技術成熟度高，加工速度快，制品生產(chǎn)周期短，尤其適合于結構繁雜或運用傳統(tǒng)手段難以加工的零件，日前已廣泛應用于汽車能源、電子電器、醫(yī)療齒科、工業(yè)模具、動漫雕塑、建筑模型以及院校研究等許多行業(yè)，滿足新制品研發(fā)、外觀驗證、設計驗證、結構驗證、裝配檢驗以及功能測試等需要，并為個性化定制賦予了無限可能。

4、選取性激光熔化（SLM）?：

利用激光熔化金屬粉末，適用于制造高精度的金屬零件?。

科技前沿的浪潮中，總有有些技術如同璀璨星辰，引領著將來的方向。今天，讓咱們一同走進SLM（Selective Laser Melting，選取性激光熔融）技術的神奇世界，感受這項金屬增材制造技術的無限魅力！