选择性激光烧结(SLS-Selected Laser Sintering)

wuyyth · 发表于 2002-2-20 16:12:23

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选择性激光烧结(SLS-SelectedLaserSintering)
SLS工艺从原理上类似于立体光造型，不同的是SLS使用各种粉状材料作为加工物质，如标准铸造蜡材、标准热塑性工程塑料聚碳酸酯、尼龙、纤细尼龙、尼龙纤维、钢铜合金，陶瓷、石英砂、存真塑料等。原理示意图播放。归纳起来，SLS大概包含如下关键技术：
1）精密机械优化技术：
从成本目标出发研究系统和部件的优化设计理论和方法。
2）高精、高速控制技术：
从先进控制理论出发研究系统的控制系统结构。
3）快速成型的工艺问题：
提供建造参数的优化选择方法，提高建造精度。
4）新型扫描技术：
进一步提高RP设备的性能、生产率和降低其成本，是发展RP技术的关键。RP采用逐层堆积法成型制件，绝大多数RP设备都配备了扫描系统，扫描系统的性能直接影响制件的精度和加工时间，其成本在RP设备中占很大比例。目前，RP设备采用的扫描系统主要有振镜和直角坐标机器人（CartesianRobot）两类。前者运动部件惯量小，扫描速度快，但扫描面积小，光斑大，价格昂贵，只限于应用在控制光束的SLA和SLS设备中。后者扫描幅面大，用于控制激光束时，光斑直径小，价格较低，应用范围广泛，如LOM、FDM、3DPrinting等RP设备，都需采用直角坐标机器人扫描。RP设备中的直角坐标机器人主要由伺服电机经同步带、滚珠丝杠或钢丝绳传动，运动部件惯量较大，动态特性较差，扫描速度底。例如，美国Helisys公司的LOM-2030，扫描速度最大为600mm/sec,制件精度为±0.25mm。实际上，在切割大曲率的曲线时，速度远低于600mm/sec,否则动态响应差，制件精度低。一般RP制件，需堆积几千层，每层扫描时间减少几秒钟，节省的时间将以小时计。综上所述，研究和开发新型的RP设备扫描系统，对发展RP技术具有重要意义。
5）新型高性能、低成本快速成型材料的开发：
RP系统由于其成型工艺的特殊性，所以对其材料有特殊的要求。未来RP材料的发展方向是：Ⅰ、将现有的材料特别是功能材料进行改造或预处理，使之适合于RP技术特有的工艺要求；Ⅱ、从RP的特点出发，结合各种应用要求发展全新的RP材料，特别是复合材料，如掺纳米材料，非均质材料，其它方法难以制作的复合材料等；Ⅲ、低成本的RP材料，目前RP材料的价格均较高，如何降低RP材料的成本和研制新的更便宜的材料也是未来材料发展的一个重要方向：①寻求和研制低成本的RP和RT材料，特别是对于SLS方法和LOM方法，材料的价格主要是由材料制备决定的；②研制系列复合材料，特别是用于RT的材料，研究RP制作复合材料的方法，研究纯纳米材料、掺纳米材料和高分子保真材料的机械和物理性能及制备方法；③研究金属材料和陶瓷材料的直接成型方法。
6）高级零件建造技术：
系统精度的提高是与系统成本相关的，但是通过零件高级建造技术的发展，可以在费用几乎不增加的情况下提高零件的加工精度，而高级加工技术则主要依赖于对成型过程和相关问题的理解。SLS成型过程也是一个非常复杂的物理化学过程，美国TEXAS大学和香港大学均对SLS的成型过程和加工参数优化进行了研究，但是由于成型过程非常复杂，而现在的测量和实验手段还不够完善，有许多问题还没有完全弄清楚。主要的问题有：Ⅰ、SLS成型在激光作用下的传热过程和粉末的熔融固化过程；Ⅱ、收缩产生的原因和收缩随时间的变化规律，材料的密度、熔点等物理性能如何影响成型件的收缩；Ⅲ、加工工艺参数如何影响成型过程和收缩，从而影响加工精度。
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