SLS 3D打印–終極指南
魔猴君 知識堂 391天前
3D打印技術(shù)的進步使SLS 3D打印機變得更加經(jīng)濟實惠、結(jié)構(gòu)緊湊。早前，所有的SLS機器都非常笨重和昂貴，但現(xiàn)在，市場上已經(jīng)出現(xiàn)了許多適合辦公室使用的臺式SLS 3D打印機。與注塑成型和CNC銑削等傳統(tǒng)制造方法相比，即使是工業(yè)機器也變得成本更低，使用更方便。
考慮到當今供應(yīng)鏈的混亂以及不斷攀升的制造和運輸成本，SLS 3D打印是一種替代方案，可幫助企業(yè)在內(nèi)部制造原型、備件甚至生產(chǎn)。
SLS 3D打印技術(shù)能夠快速制造出具有優(yōu)異機械性能和高分辨率的工程級零件，因此備受工程師和工業(yè)設(shè)計師青睞，用于制造功能性快速原型和大批量最終使用零件。
最近，威爾遜體育用品公司（Wilson Sporting Goods）在2023年NBA扣籃大賽上首次亮相的3D無氣原型籃球就是一個SLS打印部件。該原型籃球展示了該技術(shù)一體打印部件和柔性材料的能力，未來可能會出現(xiàn)在體育用品商店的貨架上。
Wilson籃球原型是用EOS 3D打印機3D打印的，是選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的展示（來源：Wilson）
SLS3D打印特別適合的行業(yè)包括：
汽車（夾具和固定裝置、原型車、賽車零件）
航空航天（原型、工具、風(fēng)管）
醫(yī)療和保?。僦⒀捞祝?/span>
消費電子產(chǎn)品（外殼、原型）
軍用（替換零件、握把）
重工業(yè)（砂型鑄造模型、模具）
如今，SLS 3D打印技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，因為它在強度、表面光潔度和精度方面可與注塑成型產(chǎn)品媲美，而且生產(chǎn)成本更低，生產(chǎn)速度更快，生產(chǎn)量更小。此外，與注塑成型相比，3D打印可以制造出注塑成型無法制造的零件，例如具有內(nèi)部通道、晶格結(jié)構(gòu)和其他復(fù)雜幾何特征的零件。
一、SLS打印機如何工作？
SLS3D打印機燒結(jié)零件一層的粉末（來源：Formlabs）
SLS是一種粉末床熔融技術(shù)，使用激光選擇性地?zé)Y(jié)（而非熔化）聚合物粉末顆粒，通過熱量和壓力將它們逐層熔合，直至制造出3D設(shè)計。SLS打印機可以有一個或多個不同類型（光纖激光器、二極管激光器、二氧化碳激光器等）和功率（10瓦、60瓦、100瓦、1000瓦）的激光器。
工藝開始時，先將裝滿粉末材料的粉末倉加熱到略低于聚合物的熔化溫度。重涂刀片在構(gòu)建平臺上涂抹一層薄薄的粉末。接著，激光（或多個激光）掃描粉末層的輪廓，并將粉末顆粒燒結(jié)。為確保部件完全牢固，需要對所需部件的整個橫截面進行掃描。完成一層后，構(gòu)建平臺向下移動，刀片用干凈的粉末重新覆蓋表面。此過程重復(fù)進行，直到完成一個或多個部件。
SLS 3D后從松散尼龍粉末床上挖掘出的原型方向盤
打印過程結(jié)束后，還需要進行大量的后處理工作。一旦構(gòu)建室冷卻下來（可能需要幾個小時），您就會發(fā)現(xiàn)固體3D打印部件被包裹在未燒結(jié)的松散粉末床中。要取出部件，您需要將構(gòu)建室?guī)У揭粋€除粉站。使用刷子、壓縮空氣鼓風(fēng)機或其他形式的噴射技術(shù)，將松散粉末清除并收集起來，以備下次打印使用。附加的除粉裝置可以減少混亂，但自然也會增加SLS投資的總成本。
與其他一些3D打印技術(shù)不同的是，剩余的粉末可以在下一次打印作業(yè)中重復(fù)使用。根據(jù)機器的不同，您需要為下一次打印添加10%到70%的新鮮粉末。
二、SLS技術(shù)的優(yōu)點
使用SLS技術(shù)（左）和使用長絲的FDM技術(shù)將功能性自行車零件打印為一件（來源：Sinterit）
與使用聚合物長絲的3D打印機（稱為FDM打印機）相比，選擇SLS技術(shù)的主要原因是為了獲得機械性能和表面質(zhì)量優(yōu)異且穩(wěn)定的打印件。當然，F(xiàn)DM可用于制造工業(yè)零件，特別是在使用工程級材料（如PEEK和碳纖維填充尼龍）時，可以制造出非常堅固的零件，但SLS通常因其表面質(zhì)量（可輕松染色和加工）、速度以及在一個打印周期內(nèi)生產(chǎn)小批量零件的能力而被選用。
機械特性
SLS使用的激光能將聚合物顆粒熔化成固體，因此層與層之間幾乎無法察覺。其強度和耐用性與注塑成型部件相當（甚至更好）。使用工業(yè)級材料（如注入碳纖維的尼龍）進行SLS 3D打印，生產(chǎn)出的零件強度足以在惡劣條件下使用。
設(shè)計機會
與注塑成型或機械加工相比，工程師轉(zhuǎn)向SLS 3D打印的另一個原因是，它可以生產(chǎn)出傳統(tǒng)制造方法無法實現(xiàn)或不切實際的復(fù)雜設(shè)計零件。設(shè)計師可以將通常需要多個零件的復(fù)雜裝配整合在一起。這有助于減輕薄弱環(huán)節(jié)，縮短裝配時間?？梢詣?chuàng)建具有內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)的零件，在保持強度的同時減輕重量。
快速、高效
對于功能性、耐用性原型和最終使用部件而言，SLS打印是一種普遍快速的增材制造技術(shù)，但速度取決于打印機。例如，一臺工業(yè)用12激光SLS打印機的打印速度要比一臺單激光設(shè)備快。也就是說，SLS比FDM使用的層沉積方法更快。
同時，您也不必局限于一次打印一個零件。事實上，您可以在構(gòu)建室中裝滿零件，這對于一次打印多個迭代零件特別有用。
經(jīng)濟實惠
特別是對于小批量備件、原型和定制工具而言，由于不需要工具或模具，按單件計算，SLS3D打印的成本低于傳統(tǒng)制造方法。
如果您的企業(yè)需要小批量產(chǎn)品、原型和獨特零件（如夾具和固定裝置），即使購買了機器和材料，SLS3D打印通常也是更經(jīng)濟實惠的解決方案。不過，從魔猴網(wǎng)3D打印平臺直接訂購SLS零件則更加經(jīng)濟實惠。
三、SLS3D打印材料
SLS粉末材料可以生產(chǎn)具有從剛性到柔性的一系列機械性能的零件（來源：PowderMonkeys）
以下是當今使用的最流行的SLS 3D打印材料的概述。
最受歡迎的SLS粉末材料：
PA 12（尼龍）
PA 11（尼龍）
彈性體（TPU、TPE、TPC）
PA 12 CF（碳纖維填充尼龍）
PA 12-GF（玻纖填充尼龍）
鋁化物（鋁填充尼龍）
生物醫(yī)學(xué)
PEEK
PEKK
聚丙烯（PP）
四、SLS打印機軟件和工作流程
Sinterit Studio 3D打印軟件管理打印機的自動嵌套、切片和打印配置文件（來源：Sinterit）
您可以使用任何CAD軟件（Fusion 360、SolidWorks、Onshape等）設(shè)計用于SLS 3D打印的零件或產(chǎn)品。設(shè)計完成后，將其導(dǎo)出為可3D打印的文件格式，如STL、OBJ或3MF，然后將其上傳到SLS打印機的軟件中。每臺SLS打印機都由專有軟件運行，將您的數(shù)字零件文件轉(zhuǎn)化為代碼，打印機可根據(jù)代碼生產(chǎn)零件。
與FDM機器的大量免費通用軟件不同，SLS 3D打印機通常都有自己的軟件，這也是購買打印機時需要考慮的一個重要因素，因為有些SLS打印機具有獨特的功能。
在SLS打印機軟件中，您可以指定一系列打印設(shè)置，確定部件在構(gòu)建腔內(nèi)的方向和排列，并將數(shù)字模型切割成單個層進行打印。更先進的SLS機器通常具有更先進的軟件功能，可以對設(shè)置進行微調(diào)，以獲得最佳效果。許多機器還具有預(yù)設(shè)的打印配置文件，可自動完成整個過程。
設(shè)置完成后，打印準備軟件會通過無線或有線連接向打印機發(fā)送指令。軟件會給出預(yù)計打印時間。如果您使用不止一臺SLS打印機，有些軟件解決方案會在一個控制面板上提供所有打印作業(yè)的信息，包括打印準備、作業(yè)狀態(tài)和實時打印機性能。
五、SLS零件著色和后處理
SLS3D成型機可以提供成批的零件，加快迭代和產(chǎn)品開發(fā)速度，但在打印之后，許多公司都會遇到費時費力的后處理任務(wù)。從粉末床中取出零件、收集未使用的粉末、手工或使用標準水鎬和空氣噴射器清潔每個零件，這些都會增加零件生產(chǎn)的時間。如果零件數(shù)量較多，如果沒有自動化后處理解決方案，這些工作很快就會成為負擔。在完成基本清洗后，還需要更多步驟才能達到所需的顏色和表面紋理。
許多用于清潔和加工SLS 3D打印零件的工具、機器和產(chǎn)品并不是增材制造所獨有的。在大多數(shù)情況下，SLS 3D打印部件可以像其他類型的塑料部件一樣，根據(jù)塑料類型進行后處理。也就是說，有一些公司專門從事3D打印后處理，我們將在下文介紹的技術(shù)中提及這些公司。
清洗和粉末回收
雖然可以使用各種標準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個獨特過程。許多SLS 3D打印機制造商還提供了動力處理站，可消除收集松散粉末時的混亂和潛在危險。要想最終獲得可重復(fù)使用的粉末，同時減少粉塵和環(huán)境污染，請選擇封閉式除粉或粉末處理站。
Formlabs Fuse Blast于2023年底推出，是一款零件清洗機，可以節(jié)省數(shù)小時的體力勞動（來源：Formlabs）
下圖所示的Sinterit公司的一款設(shè)備將多個粉末管理流程整合到一個設(shè)備中，簡化了操作步驟。該工作站有一個吸孔，可加快除粉速度，還有一根可拆卸的兩米長吸管，與真空吸塵器相連。未燒結(jié)的粉末被自動輸送到工作臺下方的篩分模塊，在那里與新粉混合，以備下一次作業(yè)。
介質(zhì)爆破
雖然空氣噴射對于去除SLS零件上的松散粉末非常有效，但介質(zhì)噴射則更進一步。在這種工藝中，砂或玻璃珠等研磨介質(zhì)會在高壓下噴射到零件上，以產(chǎn)生所需的表面拋光效果。同樣，這也是一種用于其他類型制造的工藝，因此您可以選擇多種設(shè)備。
介質(zhì)翻滾
介質(zhì)滾揉是一種超越介質(zhì)噴射的平滑工藝，也可用于替代手工噴射。在滾揉過程中，零件會被加入一個滾揉倉，其中包括塑料球等其他介質(zhì)。工件一起翻滾，從而獲得緞面般的表面效果。對于具有尖銳邊緣或易碎特征的零件，不建議使用這種技術(shù)。滾揉機可與其他制造技術(shù)配合使用，起價低至幾百美元。
蒸汽平滑
在蒸汽平滑處理過程中，零件的表層會被蒸汽室中的化學(xué)溶劑溶解。其結(jié)果是形成平滑、光亮、均勻的表面，并保持零件的機械性能。平滑效果不僅限于外部。具有內(nèi)部通道或其他復(fù)雜特征的復(fù)雜零件也能從這種技術(shù)中受益。
Xioneer的Vortex EZ染色站為小批量3D打印零件著色（來源：Xioneer）
染色
選擇性激光燒結(jié)的世界并非黑白分明。事實上，您的SLS零件可以染成任何顏色，并進行一系列表面處理，使其與注塑模具零件無異。著色和表面處理有人工技術(shù)，但自動化解決方案是速度和產(chǎn)量的理想選擇。
為SLS零件著色的領(lǐng)先企業(yè)是DyeMansion。該公司提供的DM60幾乎可以批量對任何顏色的零件進行深度染色。如果您還沒有準備好投資購買自己的DM60，那么許多服務(wù)提供商都可以提供DyeMansion染色服務(wù)。
遺憾的是，每個零件只能進行一種顏色的染色，但SLS印刷品是可以上漆的。在進行清漆保護后，上色的選擇就不受限制了。
使用DyeMansion后處理設(shè)備染色的聚合物激光粉末床融合部件（來源：DyeMansion）
涂料
與其他類型的塑料零件一樣，SLS 3D打印零件也可以使用各種涂層，包括使零件具有金屬外觀的金屬電鍍、使零件具有耐化學(xué)性的陶瓷涂層。
編譯整理：ALL3DP
