理論上講，所有受熱后能相互粘結(jié)的粉末材料或表面覆有熱塑（固）性粘結(jié)劑的粉末材料都能用作SLS材料。

但要真正適合SLS燒結(jié)，要求粉末材料有良好的熱塑（固）性，一定的導熱性，粉末經(jīng)激光燒結(jié)后要有一定的粘結(jié)強度；粉末材料的粒度不宜過大，否則會降低成型件質(zhì)量；而且SLS材料還應(yīng)有較窄的“軟化-固化”溫度范圍，該溫度范圍較大時，制件的精度會受影響。

大體來講，3D打印激光燒結(jié)成型工藝對成型材料的基本要求是：

具有良好的燒結(jié)性能，無需特殊工藝即可快速精確地成型原型；

對于直接用作功能零件或模具的原型，機械性能和物理性能（強度、剛性、熱穩(wěn)定性、導熱性及加工性能）要滿足使用要求；

當原型間接使用時，要有利于快速方便的后續(xù)處理和加工工序，即與后續(xù)工藝的接口性要好。

1、蠟粉

（1）用途：燒結(jié)制作蠟型，精密鑄造金屬零件。

（2）傳統(tǒng)的熔模精鑄用蠟（烷烴蠟、脂肪酸蠟等），其熔點較低，在60℃左右，燒熔時間短，燒熔后沒有殘留物，對熔模鑄造的適應(yīng)性好，且成本低廉。

（3）但存在以下缺點：

——對溫度敏感，燒結(jié)時熔融流動性大，使成型不易控制；

——成型精度差，蠟模尺寸誤差為±0.25mm；

——蠟模強度較低，難以滿足具有精細、復雜結(jié)構(gòu)鑄件的要求；

——粉末的制備十分困難。  

2、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯、工程塑料(ABS)

（1）特點：

聚苯乙烯(PS)屬于熱塑性樹脂，熔融溫度100℃，受熱后可熔化、粘結(jié)，冷卻后可以固化成型，而且該材料吸濕率很小，僅為0.05%，收縮率也較小，其粉料經(jīng)過改性后，即可作為激光燒結(jié)成型用材料。

（2）用途：

燒結(jié)成型件經(jīng)不同的后處理工藝具有以下功能：第一，結(jié)合浸樹脂工藝，進一步提高其強度，可作為原型件及功能零件。第二、經(jīng)浸蠟后處理，可作為精鑄蠟模使用，通過熔模精密鑄造，生產(chǎn)金屬鑄件。

3、尼龍粉末（PA）

（1）用途：

粉末粒徑小，制作模型精度高，用于CAD數(shù)據(jù)驗證；因為具有足夠的強度可以進行功能驗證。

（2）特點：

燒結(jié)溫度—粉末熔融溫度180℃；   

燒結(jié)制件不需要特殊的后處理，即可以具有49MPa的抗拉伸強度。

（3）其它：尼龍粉末燒結(jié)快速成型過程中，需要較高的預熱溫度，需要保護氣氛，設(shè)備性能要求高。

4、覆膜砂粉末、覆膜陶瓷粉末材料

（1）覆膜砂

與鑄造用覆膜砂類似，采用熱固性樹脂，如酚醛樹脂包覆鋯砂(ZrO2)、石英砂(SiO2)的方法制得。利用激光燒結(jié)方法，制得的原型可以直接當作鑄造用砂型（芯）來制造金屬鑄件，其中鋯砂具有更好的鑄造性能，尤其適合于具有復雜形狀的有色合金鑄件，如鎂、鋁等合金的鑄造。

材料成分：包覆酚醛樹脂的石英砂或鋯砂，粒度160目以上；

應(yīng)用：用于制造砂型鑄造的石英或鋯型（芯）；

應(yīng)用實例：砂型鑄造及型芯的制作，適用于單件、小批量砂型鑄造金屬鑄件的生產(chǎn)，尤其適合用于傳統(tǒng)制造技術(shù)難以實現(xiàn)的金屬鑄件。

（2）覆膜陶瓷粉  

與覆膜砂的制作過程類似，被包覆陶瓷粉可以是Al2O3、ZrO2和SiC等，激光燒結(jié)快速成型后，結(jié)合后處理工藝，包括脫脂及高溫燒結(jié)，可以快捷地制造精密鑄造用型殼，進而澆注金屬零件。

也可以直接制造工程陶瓷制件，燒結(jié)后再經(jīng)熱等靜壓處理，零件最后相對密度高達99.9%，可用于含油軸承等耐磨、耐熱陶瓷零件。

5、金屬粉末

用SLS 制造金屬功能件的方法有間接法和直接法，其中間接法速度較快，精度較高，技術(shù)最成熟，應(yīng)用最廣泛。

5.1 間接燒結(jié)成型：

（1）間接燒結(jié)成型的原理。用高分子聚合物作為粘結(jié)劑。由于聚合物軟化溫度較低，熱塑性較好及粘度低，采用包覆制作工藝，將聚合物包覆在金屬粉末表面，或者將其與金屬粉末材料以某種形式混在一起，在用SLS成型時，激光加熱使聚合物成為熔融態(tài)，流入金屬粉粒間，將金屬粉末粘結(jié)在一起而成型。在成型的坯件(green part) 中，既有金屬成分，又有聚合物成分。坯件還需要進行熱降解、二次燒結(jié)和滲金屬后處理，才能成為純金屬件。

間接法使用的材料中，結(jié)構(gòu)材料是金屬，主要是不銹鋼和鎳粉，聚合物主要是熱塑性材料。

熱塑性聚合物材料有兩類，一類是無定型，另一類是結(jié)晶型。無定型材料分子鏈上分子的排列是無序的，如PC材料；結(jié)晶型材料分子鏈上分子的排列是有序的，如尼龍(nylon) 材料。這兩種熱塑性聚合物都可以用來作SLS材料中的粘結(jié)劑。

由于無定型材料和結(jié)晶型材料各有不同的熱特性，因此也決定了SLS工藝參數(shù)的不同。

聚合物在成型材料中主要以兩種形式存在，一種是聚合物粉末與金屬粉末的機械混合物，另一種是聚合物均勻地覆在金屬粉粒的表面。將聚合物覆蓋在金屬粉末表面的方法有多種，如可將熱塑性材料制成溶液，稀釋后與粉末混合，攪拌，然后干燥；還可將聚合物加熱熔化，以霧狀噴出，覆在粉粒表面。

在聚合物和金屬粉末質(zhì)量分數(shù)相同的情況下，覆層粉末燒結(jié)后的強度要高于機械混合的材料。

目前，應(yīng)用最多的成型材料主要是覆層金屬粉末。

（2）間接法燒結(jié)成型工藝

激光燒結(jié)。

工藝參數(shù)：激光功率、掃描速度、掃描間距、粉末預熱溫度。

后處理工藝。

成型坯件必須進行后處理才能成為密實的金屬功能件。后處理一般有三步：降解聚合物、二次燒結(jié)和滲金屬。這三個階段可以在同一個加熱爐中進行，保護氣氛為30%的氫氣，70%的氮氣。

降解聚合物

降解加熱在兩個不同溫度的保溫階段完成，先將坯件加熱到350℃，保溫5h，然后再升溫到450℃，保溫4h。在這兩個溫度段，聚合物都發(fā)生分解，其產(chǎn)物是多種氣體，通過加熱爐上的抽風系統(tǒng)將其去除。通過降解，98 %以上的聚合物被去除。

二次燒結(jié)

當聚合物大部分被降解后，金屬粉粒間只靠殘余的一點聚合物和金屬粉末間的摩擦力來保持，這個力是很小的。要保持形狀，必須在金屬粉粒間建立新的聯(lián)系，這就是將坯件加熱到更高溫度，通過擴散來建立聯(lián)結(jié)。加熱溫度根據(jù)材料確定，對RapidSteel110，加熱到約1000℃，保溫8h。

滲金屬

二次燒結(jié)后的成型件是多孔體，強度也不高，提高強度的方法就是滲金屬。熔點較低的金屬熔化后，在毛細力或重力的作用下，通過成型件內(nèi)相互連通的孔洞，填滿成型件內(nèi)的所有空隙，使成型件成為密實的金屬件。滲金屬在可控氣氛或真空中進行。在可控氣氛中，必須使?jié)B入金屬單向流動，這樣可讓連通孔隙中的空氣離開成型件；如多方向滲入，會將成型件中的氣體封在體內(nèi)，形成氣孔而削弱強度。如果將成型件置于真空室內(nèi)滲金屬，由于成型件內(nèi)沒有空氣存在，可將成型件浸入液態(tài)金屬中，金屬液體從四周同時滲入，滲入速度快，時間短。

（3）間接燒結(jié)快速成型零件工藝特點

用SLS系統(tǒng)間接成型金屬件，其成型速度較快，可制造形狀復雜的金屬件，主要用來快速制造注塑模和壓鑄模。間接法制造金屬件的缺點是制件的精度有限，由于在降解和二次燒結(jié)過程之中存在體積的收縮，補償?shù)淖饔糜邢?；還有后處理時間比較長。

為解決這些問題，在以下兩方面進行研究：改進粘結(jié)劑，滲入非金屬材料，取消降解和二次燒結(jié)過程，使坯件不通過加熱，這樣的成型件具有高的精度，制造周期短，成本低，可滿足使用壽命短的模具要求。

5.2 直接燒結(jié)成型

和間接燒結(jié)成型相比，直接燒結(jié)成型過程明顯縮短，無需間接燒結(jié)時復雜的后處理階段。但必須有較大功率的激光器，以保證直接燒結(jié)過程中金屬粉末的直接熔化。

因而，直接燒結(jié)中激光參數(shù)的選擇，被燒結(jié)金屬粉末材料的熔凝過程控制是燒結(jié)成型中的關(guān)鍵。激光功率是激光直接燒結(jié)工藝中的一個重要影響因素。功率越高，激光作用范圍內(nèi)能量密度越高，材料熔化越充分，同時燒結(jié)過程中參與熔化的材料就越多，形成的熔池尺寸也就越大，粉末燒結(jié)固化后易生成凸凹不平的燒結(jié)層面，激光功率高到一定程度，激光作用區(qū)內(nèi)粉末材料急劇升溫，能量來不及擴散，易造成部分材料甚至不經(jīng)過熔化階段直接汽化，產(chǎn)生金屬蒸汽。在激光作用下該部分金屬蒸汽與粉末材料中的空氣一道在激光作用區(qū)內(nèi)匯聚、膨脹、爆破，形成劇烈的燒結(jié)飛濺現(xiàn)象，帶走熔池內(nèi)及周邊大量金屬，形成不連續(xù)表面，嚴重影響燒結(jié)工藝的進行，甚至導致燒結(jié)無法繼續(xù)進行。同時飛濺產(chǎn)物也容易造成燒結(jié)過程的“夾雜”。

光斑直徑是激光燒結(jié)工藝的另外一個重要影響因素。總的來說，在滿足燒結(jié)基本條件的前提下，光斑直徑越小，熔池的尺寸也就可以控制得越小，越易在燒結(jié)過程中形成致密、精細、均勻一致的微觀組織。同時，光斑越細，越容易得到精度較好的三維空間結(jié)構(gòu)，但是光斑直徑的減小，預示著激光作用區(qū)內(nèi)能量密度的提高，光斑直徑過小，易引起上述燒結(jié)飛濺現(xiàn)象。

掃描間隔是選擇性激光燒結(jié)工藝的又一個重要影響因素，它的合理選擇對形成較好的層面質(zhì)量與層間結(jié)合，提高燒結(jié)效率均有直接影響。同間接工藝一樣，合理的掃描間隔應(yīng)保證燒結(jié)線間、層面間有適當重疊。

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