馮淑瑩 張慧梅

(國家知識產(chǎn)權局專利局專利審查協(xié)作廣東中心材料工程發(fā)明審查部，廣東 廣州 510000)

選擇性激光燒結(selective laser sintering，SLS)技術的概念是在1986年被美國Texas大學的研究生Deckard提出來的，他在1989年獲得了第一個SLS技術專利，隨后成立了DTM公司。

SLS打印技術是增材制造(或稱3D打印)技術的一種，它采用CO2激光器作為能量源，通過選擇性地熔化高分子粉末材料來制作三維實體零件。SLS技術具有成形材料多樣化(高分子材料、陶瓷、金屬、覆膜砂及其復合粉末等均可作為成形材料)、用途廣泛、成形過程簡單、材料利用率高等優(yōu)點，是最具發(fā)展前景的3D打印技術之一[1]。

1 技術原理[2]

選擇性激光燒結技術的基本原理可以概述為：首先，CAD模型需要在計算機程序中利用分層軟件逐層切割以獲得每層的加工數(shù)據(jù)信息。在選擇性激光燒結成形時，工藝條件如預熱溫度、激光功率、掃描速度、掃描路徑、分層厚度等應根據(jù)制件要求進行調(diào)節(jié)，工作室中的預熱溫度升高到預定值并保持其不變；送料筒上升，鋪粉滾筒移動，在平臺上鋪一層粉末，由精密導軌、伺服控制系統(tǒng)控制激光束對粉末進行掃描燒結，形成一層實體輪廓。第一層燒結完成，工作臺下降一個分層厚度，由鋪粉滾筒再鋪上一層粉末進行下一層燒結，循環(huán)往復、層層疊加而形成三維的實體。

2 技術發(fā)展情況分析

史玉升等[2]提出選擇性激光燒結(selective laser sintering，SLS)是基于粉末床的激光 3D 打印技術。材料對成形件的精度和物理機械性能起著決定性作用，其中高分子基粉末是應用最早，也是目前應用最多、最成功的 SLS 材料，但是 SLS 高分子仍存在可用種類少和成形件性能較低等難題。通過添加微/納米填料或者后處理浸滲等方法制備復合材料，來提高 SLS 成形件的某些性能以及增加 SLS 材料種類，已經(jīng)成為 SLS 領域材料研究的熱點和重點。

王聯(lián)鳳等[3]通過粉末床鋪設置尼龍微粉，進行選擇性激光燒結(SLS)，制備了尼龍6(PA6)拉伸試樣。分析了所制備樣品在三維方向上的拉伸性能，研究了拉伸斷口的微觀形態(tài)。結果表明，所制備的樣品致密無孔隙。激光掃描方向和面堆積方向的拉伸強度分別為42.7 MPa和42.5 MPa，高于體堆積方向的拉伸強度39.3 MPa；激光掃描方向和 面 堆 積 方 向 的 斷 裂 伸 長 率 約 為 體堆積方向的兩倍。斷口分析顯示，拉伸斷口由裂紋萌生區(qū)和裂紋擴展區(qū)組成，裂紋起源于未熔融 PA 顆粒與熔融粘結PA的界面。

何敏等[4]簡述了選擇性激光燒結技術(SLS)和熔化技術(SLM)的成型原理及其在生物醫(yī)學領域的應用，重點介紹了SLS 在醫(yī)學模型、植入體和贗復體、組織工程支架及藥物傳送裝置等方面的應用，并對 SLS 和 SLM 技術的研究與發(fā)展方向進行展望。

專利文獻CN 209886683 U提出一種SLS金屬粉末3D打印機，包括激光燒結柜、控制柜，所述的激光燒結柜中設置有燒結室、設置在燒結室上方的激光器、位于激光器和燒結室之間的振鏡以及設置在燒結室下方的送料機構，所述的控制柜中設置有工控電腦、電機控制器、激光掃描控制器、激光電源及冷卻水泵，所述的送料機構連接電機控制器，所述的振鏡連接所述的激光掃描控制器，所述的工控電腦連接所述的激光器及激光掃描控制器，所述的激光電源為激光器提供電源，所述的冷卻水泵為激光器提供冷卻。該實用新型3D打印機具有結構結構穩(wěn)定，激光燒結成型精度高，滿足連續(xù)成型工作。

專利文獻CN 209886682 U提出一種SLS金屬粉末3D打印機的送料機構，包括機構支架、送粉機構及燒結機構；所述的送粉機構及燒結機構均安裝在機構支架上；所述的機構支架包括上撐板、下?lián)伟逡约斑B接上撐板和下?lián)伟宓娜舾闪⒅凰龅乃头蹤C構包括安裝在機構支架的上撐板上的送粉缸、設置在送粉缸內(nèi)部的送粉活塞、與送粉活塞連接的送粉活塞連桿、設置在機構支架的下?lián)伟迳系乃头垭姍C、與送粉電機相連的送粉絲桿、與送粉絲桿螺紋連接的送粉滑塊、連接送粉滑塊與送粉活塞連桿的送粉滑桿。該實用新型3D打印機的送料機構，采用相互獨立的升降結構，具有結構簡單，送料精度高及穩(wěn)定的優(yōu)點。

專利文獻CN 109158596 A提出了一種SLS金屬3D打印平臺自動調(diào)平裝置。現(xiàn)有SLS金屬3D打印機在使用前需要通過手工調(diào)平，不僅浪費大量時間，還無法保證調(diào)平的精度。該發(fā)明包括水平位移機構、豎直位移激光測距機構和微位移驅(qū)動機構。水平位移機構包括橫移驅(qū)動電機、底座、轉(zhuǎn)軸、支撐軸、凸輪組、動力桿組、滑塊和橫移滑軌。豎直位移激光測距機構包括殼體、沖桿、翻轉(zhuǎn)驅(qū)動電機、螺旋軸、激光測距儀和翻轉(zhuǎn)組件。微位移驅(qū)動機構包括支撐塊和三個壓電陶瓷促動器。該發(fā)明能夠檢測SLS金屬3D打印機內(nèi)成型平臺的水平度，并將SLS金屬3D打印機調(diào)節(jié)至水平狀態(tài)。本發(fā)明中的豎直位移激光測距機構能夠精密測距，翻轉(zhuǎn)結構能使儀器不受工作環(huán)境(金屬粉塵)的影響。能夠檢測SLS金屬3D打印機內(nèi)成型平臺的水平度，并將SLS金屬3D打印機調(diào)節(jié)至水平狀態(tài)。

專利文獻CN 208277439 U提出了一種SLS快速成型雙輥鋪粉裝置，包括支撐框體，安裝支架上分別安裝有料斗電機和轉(zhuǎn)軸，料斗電機的電機軸與轉(zhuǎn)軸相連，轉(zhuǎn)軸上安裝有鏈輪，鏈輪上安裝有鏈條，鏈條上安裝有料斗，鋪粉輥電機的電機軸通過傳送帶分別與第一鋪粉輥和第二鋪粉輥相連，第一鋪粉輥和第二鋪粉輥之間的鋪粉輥支架上安裝有引粉刀；支撐框體內(nèi)側(cè)底壁上開設有鋪粉口，鋪粉口上方的支撐框體內(nèi)側(cè)底壁上安裝有加熱裝置；鋪粉口下方安裝有成型裝置，成型裝置上端可嵌入鋪粉口鋪粉；料斗與加粉裝置相連。該實用新型所述一種SLS快速成型雙輥鋪粉裝置，其在移動過程中實現(xiàn)雙向鋪粉功能，并且采用移動料斗與鋪粉輥相結合的裝置，更好得實現(xiàn)壓實粉末層，打印效果更佳。

3 結語

SLS 技術集成了計算機技術、數(shù)控技術、激光技術和材料技術等多種技術及工藝，與其他制造技術相比具有適用性廣、工藝簡單、成形精度高、可直接燒結零件等特點，被譽為“第三次工業(yè)革命”的關鍵技術。目前，選擇性激光燒結技術已經(jīng)解決了傳統(tǒng)加工方法中的許多難題，并在汽車、造船、醫(yī)療、航空等領域得到了廣泛地應用，對人們的生活生產(chǎn)方式產(chǎn)生了深遠影響[5]。

隨著對 SLS 成型工藝、設備、材料等方面研發(fā)的投入，SLS技術必將在各個領域發(fā)揮更加重要的作用。