SLS 3D打印–终极指南
魔猴君 知识堂 158天前
3D打印技术的进步使SLS 3D打印机变得更加经济实惠、结构紧凑。早前，所有的SLS机器都非常笨重和昂贵，但现在，市场上已经出现了许多适合办公室使用的台式SLS 3D打印机。与注塑成型和CNC铣削等传统制造方法相比，即使是工业机器也变得成本更低，使用更方便。
考虑到当今供应链的混乱以及不断攀升的制造和运输成本，SLS 3D打印是一种替代方案，可帮助企业在内部制造原型、备件甚至生产。
SLS 3D打印技术能够快速制造出具有优异机械性能和高分辨率的工程级零件，因此备受工程师和工业设计师青睐，用于制造功能性快速原型和大批量最终使用零件。
最近，威尔逊体育用品公司（Wilson Sporting Goods）在2023年NBA扣篮大赛上首次亮相的3D无气原型篮球就是一个SLS打印部件。该原型篮球展示了该技术一体打印部件和柔性材料的能力，未来可能会出现在体育用品商店的货架上。
Wilson篮球原型是用EOS 3D打印机3D打印的，是选择性激光烧结技术的展示（来源：Wilson）
SLS3D打印特别适合的行业包括：
汽车（夹具和固定装置、原型车、赛车零件）
航空航天（原型、工具、风管）
医疗和保健（假肢、牙套）
消费电子产品（外壳、原型）
军用（替换零件、握把）
重工业（砂型铸造模型、模具）
如今，SLS 3D打印技术得到了广泛应用，因为它在强度、表面光洁度和精度方面可与注塑成型产品媲美，而且生产成本更低，生产速度更快，生产量更小。此外，与注塑成型相比，3D打印可以制造出注塑成型无法制造的零件，例如具有内部通道、晶格结构和其他复杂几何特征的零件。
一、SLS打印机如何工作？
SLS3D打印机烧结零件一层的粉末（来源：Formlabs）
SLS是一种粉末床熔融技术，使用激光选择性地烧结（而非熔化）聚合物粉末颗粒，通过热量和压力将它们逐层熔合，直至制造出3D设计。SLS打印机可以有一个或多个不同类型（光纤激光器、二极管激光器、二氧化碳激光器等）和功率（10瓦、60瓦、100瓦、1000瓦）的激光器。
工艺开始时，先将装满粉末材料的粉末仓加热到略低于聚合物的熔化温度。重涂刀片在构建平台上涂抹一层薄薄的粉末。接着，激光（或多个激光）扫描粉末层的轮廓，并将粉末颗粒烧结。为确保部件完全牢固，需要对所需部件的整个横截面进行扫描。完成一层后，构建平台向下移动，刀片用干净的粉末重新覆盖表面。此过程重复进行，直到完成一个或多个部件。
SLS 3D后从松散尼龙粉末床上挖掘出的原型方向盘
打印过程结束后，还需要进行大量的后处理工作。一旦构建室冷却下来（可能需要几个小时），您就会发现固体3D打印部件被包裹在未烧结的松散粉末床中。要取出部件，您需要将构建室带到一个除粉站。使用刷子、压缩空气鼓风机或其他形式的喷射技术，将松散粉末清除并收集起来，以备下次打印使用。附加的除粉装置可以减少混乱，但自然也会增加SLS投资的总成本。
与其他一些3D打印技术不同的是，剩余的粉末可以在下一次打印作业中重复使用。根据机器的不同，您需要为下一次打印添加10%到70%的新鲜粉末。
二、SLS技术的优点
使用SLS技术（左）和使用长丝的FDM技术将功能性自行车零件打印为一件（来源：Sinterit）
与使用聚合物长丝的3D打印机（称为FDM打印机）相比，选择SLS技术的主要原因是为了获得机械性能和表面质量优异且稳定的打印件。当然，FDM可用于制造工业零件，特别是在使用工程级材料（如PEEK和碳纤维填充尼龙）时，可以制造出非常坚固的零件，但SLS通常因其表面质量（可轻松染色和加工）、速度以及在一个打印周期内生产小批量零件的能力而被选用。
机械特性
SLS使用的激光能将聚合物颗粒熔化成固体，因此层与层之间几乎无法察觉。其强度和耐用性与注塑成型部件相当（甚至更好）。使用工业级材料（如注入碳纤维的尼龙）进行SLS 3D打印，生产出的零件强度足以在恶劣条件下使用。
设计机会
与注塑成型或机械加工相比，工程师转向SLS 3D打印的另一个原因是，它可以生产出传统制造方法无法实现或不切实际的复杂设计零件。设计师可以将通常需要多个零件的复杂装配整合在一起。这有助于减轻薄弱环节，缩短装配时间。可以创建具有内部晶格结构的零件，在保持强度的同时减轻重量。
快速、高效
对于功能性、耐用性原型和最终使用部件而言，SLS打印是一种普遍快速的增材制造技术，但速度取决于打印机。例如，一台工业用12激光SLS打印机的打印速度要比一台单激光设备快。也就是说，SLS比FDM使用的层沉积方法更快。
同时，您也不必局限于一次打印一个零件。事实上，您可以在构建室中装满零件，这对于一次打印多个迭代零件特别有用。
经济实惠
特别是对于小批量备件、原型和定制工具而言，由于不需要工具或模具，按单件计算，SLS3D打印的成本低于传统制造方法。
如果您的企业需要小批量产品、原型和独特零件（如夹具和固定装置），即使购买了机器和材料，SLS3D打印通常也是更经济实惠的解决方案。不过，从魔猴网3D打印平台直接订购SLS零件则更加经济实惠。
三、SLS3D打印材料
SLS粉末材料可以生产具有从刚性到柔性的一系列机械性能的零件（来源：PowderMonkeys）
以下是当今使用的最流行的SLS 3D打印材料的概述。
最受欢迎的SLS粉末材料：
PA 12（尼龙）
PA 11（尼龙）
弹性体（TPU、TPE、TPC）
PA 12 CF（碳纤维填充尼龙）
PA 12-GF（玻纤填充尼龙）
铝化物（铝填充尼龙）
生物医学
PEEK
PEKK
聚丙烯（PP）
四、SLS打印机软件和工作流程
Sinterit Studio 3D打印软件管理打印机的自动嵌套、切片和打印配置文件（来源：Sinterit）
您可以使用任何CAD软件（Fusion 360、SolidWorks、Onshape等）设计用于SLS 3D打印的零件或产品。设计完成后，将其导出为可3D打印的文件格式，如STL、OBJ或3MF，然后将其上传到SLS打印机的软件中。每台SLS打印机都由专有软件运行，将您的数字零件文件转化为代码，打印机可根据代码生产零件。
与FDM机器的大量免费通用软件不同，SLS 3D打印机通常都有自己的软件，这也是购买打印机时需要考虑的一个重要因素，因为有些SLS打印机具有独特的功能。
在SLS打印机软件中，您可以指定一系列打印设置，确定部件在构建腔内的方向和排列，并将数字模型切割成单个层进行打印。更先进的SLS机器通常具有更先进的软件功能，可以对设置进行微调，以获得最佳效果。许多机器还具有预设的打印配置文件，可自动完成整个过程。
设置完成后，打印准备软件会通过无线或有线连接向打印机发送指令。软件会给出预计打印时间。如果您使用不止一台SLS打印机，有些软件解决方案会在一个控制面板上提供所有打印作业的信息，包括打印准备、作业状态和实时打印机性能。
五、SLS零件着色和后处理
SLS3D成型机可以提供成批的零件，加快迭代和产品开发速度，但在打印之后，许多公司都会遇到费时费力的后处理任务。从粉末床中取出零件、收集未使用的粉末、手工或使用标准水镐和空气喷射器清洁每个零件，这些都会增加零件生产的时间。如果零件数量较多，如果没有自动化后处理解决方案，这些工作很快就会成为负担。在完成基本清洗后，还需要更多步骤才能达到所需的颜色和表面纹理。
许多用于清洁和加工SLS 3D打印零件的工具、机器和产品并不是增材制造所独有的。在大多数情况下，SLS 3D打印部件可以像其他类型的塑料部件一样，根据塑料类型进行后处理。也就是说，有一些公司专门从事3D打印后处理，我们将在下文介绍的技术中提及这些公司。
清洗和粉末回收
虽然可以使用各种标准工具清除打印部件上的松散粉末，但回收未使用的粉末以供再利用是快速成型制造的一个独特过程。许多SLS 3D打印机制造商还提供了动力处理站，可消除收集松散粉末时的混乱和潜在危险。要想最终获得可重复使用的粉末，同时减少粉尘和环境污染，请选择封闭式除粉或粉末处理站。
Formlabs Fuse Blast于2023年底推出，是一款零件清洗机，可以节省数小时的体力劳动（来源：Formlabs）
下图所示的Sinterit公司的一款设备将多个粉末管理流程整合到一个设备中，简化了操作步骤。该工作站有一个吸孔，可加快除粉速度，还有一根可拆卸的两米长吸管，与真空吸尘器相连。未烧结的粉末被自动输送到工作台下方的筛分模块，在那里与新粉混合，以备下一次作业。
介质爆破
虽然空气喷射对于去除SLS零件上的松散粉末非常有效，但介质喷射则更进一步。在这种工艺中，砂或玻璃珠等研磨介质会在高压下喷射到零件上，以产生所需的表面抛光效果。同样，这也是一种用于其他类型制造的工艺，因此您可以选择多种设备。
介质翻滚
介质滚揉是一种超越介质喷射的平滑工艺，也可用于替代手工喷射。在滚揉过程中，零件会被加入一个滚揉仓，其中包括塑料球等其他介质。工件一起翻滚，从而获得缎面般的表面效果。对于具有尖锐边缘或易碎特征的零件，不建议使用这种技术。滚揉机可与其他制造技术配合使用，起价低至几百美元。
蒸汽平滑
在蒸汽平滑处理过程中，零件的表层会被蒸汽室中的化学溶剂溶解。其结果是形成平滑、光亮、均匀的表面，并保持零件的机械性能。平滑效果不仅限于外部。具有内部通道或其他复杂特征的复杂零件也能从这种技术中受益。
Xioneer的Vortex EZ染色站为小批量3D打印零件着色（来源：Xioneer）
染色
选择性激光烧结的世界并非黑白分明。事实上，您的SLS零件可以染成任何颜色，并进行一系列表面处理，使其与注塑模具零件无异。着色和表面处理有人工技术，但自动化解决方案是速度和产量的理想选择。
为SLS零件着色的领先企业是DyeMansion。该公司提供的DM60几乎可以批量对任何颜色的零件进行深度染色。如果您还没有准备好投资购买自己的DM60，那么许多服务提供商都可以提供DyeMansion染色服务。
遗憾的是，每个零件只能进行一种颜色的染色，但SLS印刷品是可以上漆的。在进行清漆保护后，上色的选择就不受限制了。
使用DyeMansion后处理设备染色的聚合物激光粉末床融合部件（来源：DyeMansion）
涂料
与其他类型的塑料零件一样，SLS 3D打印零件也可以使用各种涂层，包括使零件具有金属外观的金属电镀、使零件具有耐化学性的陶瓷涂层。
编译整理：ALL3DP
