↑↑引言↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑选择性激光烧结↑↑↑(selective laser sintering↑↑↑，简称↑↑↑SLS) ↑↑↑作为快速原型制造↑↑↑ (rapid↑  ↑proto↑↑↑—↑↑↑typing ↑↑↑＆↑↑↑ manufacturing↑↑↑，简称↑↑↑RPM)↑↑↑的一个重要组成部分，其优点是：以粉末为成型材料。用材种类广泛、工艺过程简单、成型效率高以及几乎百分之百的材料利用率、无需支撑、能量密度高、可制造任意复杂形状的零件等。理论上凡经激光加热后能在粉末间形成原子联接的粉末材料都可作为↑↑↑SLS↑↑↑成型材料。目前己商业化的材料主要有；塑料粉↑↑↑ (↑↑↑如聚碳酸醋、尼龙等↑↑↑)↑↑↑、蜡粉、金属粉、覆膜金属粉、表面涂有粘结剂的陶瓷粉、覆膜砂等”。由于技术保密等原因，国内目前尚无专门的快速成型材料制造商和销售商。国外对高新技术实行严格控制，商业化的材料价格昂贵，而且只售给购买他们↑↑↑SLS↑↑↑系统的用户。在↑↑↑SLS↑↑↑技术中，金属粉末烧结是近年研究的热点，开发↑↑↑SLS↑↑↑先进金属纳米粉末材料及其成型工艺，是先进制造技术和材料科学领域交叉的前沿课题。↑↑↑ ↑

↑↑↑1↑↑↑选择性激光烧结特点↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑选择性激光烧结↑↑↑ (SLS) ↑↑↑突出的优点在于它是以粉末作为成形材料，所使用的成型材料十分广泛，从理论上来说，任何被激光加热后能够在粉粒间形成原子间连接的粉末材料都可以作为↑↑↑SLS↑↑↑的成形材料。目前，在↑↑↑SLS↑↑↑系统上已经成功的用石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末和它们的复合粉末材料进行了烧结。由于↑↑↑SLS↑↑↑成形材料品种多、用料节省、成形件性能分布广泛，适合多种用途，所以↑↑↑SLS↑↑↑的应用越来越广泛。↑↑↑ ↑

↑↑↑2↑↑↑金属零件↑↑↑SLS↑↑↑方法↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑用↑↑↑SLS↑↑↑烧结金属粉末制造金属功能件的方法有间接法和直接法，其中间接法是以覆膜金属粉末为材料，烧结后进行后处理得到金属功能件，这种技术较成熟，应用广泛，但国外这种材料的技术严格保密；直接法就是用↑↑↑SLS↑↑↑直接烧结金属材料成型出金属件。↑↑↑ ↑

↑↑↑3↑↑↑金属粉末激光烧结原理↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑在研究初期，用↑↑↑SLS↑↑↑来烧结熔点较低的单一金属粉末，如↑↑↑Sn↑↑↑，↑↑↑zn, Pb↑↑↑金属粉末等，输入较大的激光能量，将激光束下的金属粉末加热到全部熔化后，液态金属极易缩成直径与激光直径相等的液球，或者形成多个直径较小的液球，这些液球“浮’在粉末上，极易移动，难以控制成形。理论分析认为液球的形成是由于液态金属表面张力梯度作用的结果。激光束中心线上的温度最高，边缘温度低，而液体表面张力是温度的函数，温度梯度产生表面张力梯度，导致从低表面张力区到高表面张力区的↑↑↑Marangoni↑↑↑流，从而使液体金属缩成液球，这难以采取措施进行控制和改变。即使勉强成形，这种方法成形的制件精度极差，且金属件内热应力大，变形无法控制。所以这种方法没有实用价值。↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑为了克服烧结单一金属粉末起球现象，可用合金粉末来代替金属粉末。由于合金是在一个温度范围内熔化，在烧结过程中，合金粉末部分熔化。用合金粉末进行了成功的烧结试验，但合金粉末要专门制备，熔化金属的量难以控制。↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑烧结分固相和液相烧结，固相烧结依靠原子扩散传质来形成连接，扩散速度慢，烧结时间长，而液相烧结是依靠液相的流动来传质，速度快、时间短。在↑↑↑SLS↑↑↑成形过程中，激光对某一点的加热时间一般为↑↑↑0↑↑↑．↑↑↑5~25ms↑↑↑，所以↑↑↑SLS↑↑↑必须用液相烧结。根据液相烧结原理，其材料由两种熔点相差明显的成分组成，高熔点成分称作结构材料，低熔点材料称作粘结剂。目前，在↑↑↑SLS↑↑↑成形材料中，结构材料是熔点较高的金属粉末，低熔点的粘结剂材料有两大类；一类是高分子聚合物材料，另一类是熔点相对较低的金属，用前一种粘结材料成形叫做间接法，用后一种粘结材料成形叫做直接法。↑↑↑ ↑

↑↑↑4↑↑↑两种成型方法的应用研究现状↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑间接成形用覆膜金属粉末材料已经得到实际应用的是美国↑↑↑DTM↑↑↑公司与其他公司共同为其↑↑↑SLS↑↑↑烧结系统开发的材料，目前，共有四种材料：↑↑↑Rapidsteell↑↑↑．↑↑↑o↑↑↑，所用材料为↑↑↑1080↑↑↑碳钢粉末↑↑↑+↑↑↑聚合物材料，主要用来制造注塑模；↑↑↑Rapidsteel2↑↑↑．↑↑↑0↑↑↑，该材料是↑↑↑Rapidsteell↑↑↑．↑↑↑0↑↑↑的基础上发展起来的，它的结构材料是不锈钢，主要用来制造注塑模，模具寿命已达↑↑↑10↑↑↑万件↑↑↑/↑↑↑副，也可以用来制造用于↑↑↑Al↑↑↑，↑↑↑Mg↑↑↑，↑↑↑Zn↑↑↑压铸用的压铸模；↑↑↑LaserFo↑rmST↑↑↑—↑↑↑100↑↑↑该材料的金属粉末粒径比↑↑↑Rapidsteel2↑↑↑．↑↑↑o↑↑↑还小，有利于成形件的表面处理，同时也简化了粘结剂的降解和渗金属的工艺，有利于保证精度，该材料主要用来制造注塑模：↑↑↑CopperPolyamide↑↑↑；其结构材料为铜粉，其粘结剂为聚酞胺↑↑↑(po1yamide)↑↑↑，特点是成型后，不需要入炉进行二次烧结，制造周期短，可在一天内完成模具的制造任务，主要用来制造模具，制成的模具可以进行机械加工。但是，模具寿命只有↑↑↑100~400↑↑↑件／副。↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑直接法使用的金属粉末材料是由高熔点金属粉末和低熔点金属粉末混合而成。在↑↑↑SLS↑↑↑烧结时用较小的激光功率将粉末加热到超固态状态，即低熔点金属粉末熔化，而高熔点金属粉末仍保持固体状态。熔化金属在驱动力的作用下，流动到固体金属粉末之间，润湿固体粉粒表面，液体金属就像粘结剂一样把固体粉末联结在起，当其冷却、凝固后即把高熔点粉粒联结成一体，最终形成金属烧结件。目前，↑↑↑SLS↑↑↑直接法用的成型材料主要有：↑↑↑Ni↑↑↑—↑↑↑Sn↑↑↑，↑↑↑Fe-Sn↑↑↑，↑↑↑Cu--Sn↑↑↑，↑↑↑Fe--Cu↑↑↑，↑↑↑Ni--Cu↑↑↑等。↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑直接烧结金属粉末材料成形的金属件密度低、强度差、还要进行后处理，为了更进一步提高成形件的密度，开发出了称作“净成形↑↑↑(netshape)↑↑↑”的技术，它基于↑↑↑SLS↑↑↑原理，使用送粉技术代替铺粉机构，把金属直接送入熔池，用↑↑↑lkW↑↑↑以上的高功率激光器将粉末完全熔化。这样成形件的密度可达↑↑↑95↑↑↑％，强度也很高，接近实密度材料的强度，但精度差，需要进行再次精加工。↑↑↑ ↑

↑↑日本在研究一种新的↑↑↑SLS↑↑↑的激光器，用脉冲激光束扫描，当激光束打到粉末表面时，将金属粉末熔化，形成熔池，随后关断激光，让熔池冷却、凝固，激光前移—定距离，脉冲激光又开启，如此反复，下一个熔池与前一个熔池相互重叠，可成形出密度比较高的成形件。↑↑↑ ↑

↑↑↑5↑↑↑金属粉末↑↑↑SLS↑↑↑的应用发展趋势↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑对金属粉末烧结成型技术的研究是国际上正在研究的热点领域，利用该项技术可以自动而迅速地从三维↑↑↑CAD↑↑↑模型直接制得形状复杂的金属零件或模具，其制造工艺方法主要包括两种：一种是金属粉末激光直接烧结成型法，即利用高功率激光对金属粉末进行扫描烧结，逐层叠加成型，成型件经表面后处理即完成零件制作；二是覆膜金属粉末激光直接烧结成型法，首先将金属粉末进行覆膜处理，即利用低熔点有机材料对金属粉末进行表面包覆，然后利用激光烧结快速成型机，在较低的激光功率下对其进行烧结成型，成型件再经过脱脂、高温烧结等后处理工艺，最后直接形成得到满足使用性能要求的金属零件或模具。↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑国外已商业化的间接法金属粉末材料不但价格高昂，而且不卖给不购买他们设备的厂家，而且国内还没有相应的对金属粉末材料的研究，这使我们研制的↑↑↑SLS↑↑↑成型设备推广应用受到限制。要想进一步推广应用自己的↑↑↑SLS↑↑↑设备，必须研究金属粉末成型材料。研制用于↑↑↑SLS↑↑↑的金属材料，对打破国外的技术垄断和封锁，对↑↑↑SLS↑↑↑快速成型设备的国产化有十分重要的作用。从而推广我国快速成型技术的发展和新产品的开发，提高我国高新技术产业在国际市场上的竞争力。另外，通过选择性激光烧结金属材料，能够快速、间接地制造出金属功能件。这样可以缩短制造周期，大幅度地降低成本，拓宽了↑↑↑SLS↑↑↑快速成型设备的应用范围，可以为企业带来效益。而且，可以用来制造一些小的金属艺术品和具有特殊用途的金属件，也为以后制造出具有形状复杂的金属件或金属模具做出了有利的探索。↑↑↑ ↑

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