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選擇性激光燒結(jié)（SLS）是工業(yè)應(yīng)用中最受歡迎的聚合物3D打印技術(shù)之一。自30年前問(wèn)世以來(lái)，SLS技術(shù)已經(jīng)逐漸成為一種能夠進(jìn)行功能原型制作的成熟技術(shù)，近些年來(lái)還被用于最終用途部件的生產(chǎn)。硬件和材料領(lǐng)域的持續(xù)創(chuàng)新促進(jìn)了該技術(shù)更加廣泛的應(yīng)用，以及終端用戶開發(fā)新應(yīng)用的意愿。

本篇文章，我們將概述SLS的發(fā)展歷史及最新發(fā)展，以了解有關(guān)該技術(shù)當(dāng)前和未來(lái)更多的機(jī)會(huì)信息。

SLS發(fā)展簡(jiǎn)史及新技術(shù)

激光燒結(jié)使用大功率激光逐層將粉末熔化，該技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)之一是其打印過(guò)程不需要任何支撐結(jié)構(gòu)，極少的內(nèi)應(yīng)力和來(lái)自粉末的自支撐，使SLS打印件能夠自由成型。

盡管SLS打印的概念在1980年代就已誕生，但第一臺(tái)SLS工業(yè)打印機(jī)直到1992年才被DTM（Sinterstation 2000，DTM后來(lái)與3D Systems合并）商業(yè)化。隨后，1994 年EOS推出了EOSINT P350。此后，越來(lái)越多種類的打印機(jī)開始進(jìn)入市場(chǎng)，標(biāo)志著工業(yè)環(huán)境下更快、更大規(guī)模打印時(shí)代的開始。

1.EOS SLS技術(shù)的發(fā)展

德國(guó)聚合物和金屬3D打印公司EOS可能是市場(chǎng)上最大的SLS設(shè)備生產(chǎn)商。2016年，該公司在全球安裝了約3000臺(tái)設(shè)備，其中51％是SLS系統(tǒng)。

在其30年的發(fā)展進(jìn)程中，EOS已經(jīng)將SLS技術(shù)發(fā)展到成熟的技術(shù)水平，適用于原型設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中的多種應(yīng)用。EOS于2006年推出了FORMIGA P100，該系統(tǒng)在引入塑料行業(yè)多年后，為塑料行業(yè)的工業(yè)3D打印質(zhì)量設(shè)定了標(biāo)準(zhǔn)，具有里程碑式的意義。

FORMIGA 110 Velocis 3D打印機(jī)

2012年，EOS推出FORMIGA 100的后繼產(chǎn)品FORMIGA P110，該產(chǎn)品在3D Hubs的《2018年3D打印機(jī)指南》調(diào)查中被評(píng)為最佳激光燒結(jié)打印機(jī)。P110的總構(gòu)建尺寸為200×250×330mm，可實(shí)現(xiàn)更具成本效益的小批量打印，并用于中等尺寸的原型構(gòu)建和具有高度復(fù)雜形狀的零件。

快進(jìn)到2018年，EOS通過(guò)對(duì)P110升級(jí)改造推出了FORMIGA 110Velocis，它具有改進(jìn)的加速加熱系統(tǒng)和重復(fù)鋪送粉技術(shù)，并使用軟件控制以更高的速度用30瓦激光束預(yù)熱聚合物材料。通過(guò)進(jìn)一步的技術(shù)改進(jìn)，Velocis的生產(chǎn)率提高了20％，并且打印區(qū)域的溫度分布更佳，從而使零件質(zhì)量更加均勻。

高溫SLS

盡管SLS中最常用的材料仍然是尼龍，但EOS還希望能夠打印更高級(jí)的材料，如PEEK，該材料需要更高的溫度才能打印。

2008年，EOS第一個(gè)高溫SLS平臺(tái)EOSINT P800面世，內(nèi)部操作溫度可高達(dá)385°C，從而將SLS技術(shù)擴(kuò)展到了PEEK等熱塑性塑料的新范圍。

EOS P810激光燒結(jié)系統(tǒng)

10年后，EOS推出高溫3D打印機(jī)P810，該打印機(jī)據(jù)稱是世界上第一款針對(duì)碳纖維增強(qiáng)PEKK材料的高溫激光燒結(jié)系統(tǒng)。

持續(xù)創(chuàng)新：FDR和LaserProFusion技術(shù)

EOS在SLS技術(shù)領(lǐng)域的改進(jìn)和創(chuàng)新獲得了持續(xù)發(fā)展。在2019年Formnext展會(huì)期間，EOS展示了其基于聚合物的具有精細(xì)細(xì)節(jié)分辨率（FDR）的3D打印技術(shù)。FDR工藝使用CO激光進(jìn)行聚合物燒結(jié)，部件具有精細(xì)的細(xì)節(jié)分辨率，最小壁厚可達(dá)0.22mm。該技術(shù)打破了傳統(tǒng)上的CO2激光燒結(jié)技術(shù)，EOS也因此成為第一家開發(fā)用于粉末工業(yè)3D打印的CO激光解決方案的制造商。

a. EOS采用CO激光打印的復(fù)雜零件；b. 兩種激光打印的零件表面光滑度比較

FDR技術(shù)專注于精致組件，而EOS的另一個(gè)解決方案（尚未商業(yè)化）LaserProFusion技術(shù)旨在最大程度地提高生產(chǎn)率。該技術(shù)使用多達(dá)100萬(wàn)個(gè)二極管激光器，能夠產(chǎn)生超過(guò)5千瓦的累積激光功率。這項(xiàng)技術(shù)的主要目的是滿足批量生產(chǎn)的要求，EOS表示它可以在許多應(yīng)用中替代注塑成型。

LaserProFusion技術(shù)整個(gè)截面同時(shí)燒結(jié)

自26年前第一臺(tái)SLS 3D打印機(jī)問(wèn)世以來(lái)，EOS一直是SLS技術(shù)取得巨大進(jìn)步的主要推動(dòng)力之一。它一直在推動(dòng)SLS成為批量化的生產(chǎn)解決方案，并最終獲得成功。

2. 華曙高科Flight光纖激光燒結(jié)技術(shù)

另一家深耕SLS技術(shù)的公司是華曙高科。為了使SLS更快、更精確，華曙高科于2019年推出了Flight技術(shù)，即使用光纖激光器代替標(biāo)準(zhǔn)的CO2激光器。

光纖激光能夠向粉末床輸送更多能量，并改善材料的能量分布。這是因?yàn)楣饫w激光能夠?qū)崿F(xiàn)更小的光斑尺寸，從而轉(zhuǎn)化為更高的功率密度，允許在更短的時(shí)間內(nèi)燒結(jié)粉末，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)更佳的細(xì)節(jié)。

華曙高科Flight技術(shù)與EOS LaserProFusion技術(shù)產(chǎn)能對(duì)比

在效率方面，F(xiàn)light技術(shù)在相同的時(shí)間內(nèi)相比傳統(tǒng)的SLS工藝在產(chǎn)能方面提高了數(shù)倍，比HSS高速燒結(jié)工藝提高了3倍。Flight高分子光纖激光燒結(jié)技術(shù)，在效率、產(chǎn)能、打印細(xì)節(jié)品質(zhì)方面，把SLS工藝帶到了新的發(fā)展階段。然而由于高分子材料對(duì)光纖激光固有的低吸收率，該技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)可能在于材料技術(shù)的改進(jìn)。

3. Aerosint混合材料SLS 3D打印

盡管EOS和其他知名的SLS廠商主要致力于光源系統(tǒng)方面的創(chuàng)新，但比利時(shí)初創(chuàng)公司Aerosint已經(jīng)采取了更為激進(jìn)的方法來(lái)開發(fā)SLS系統(tǒng)，它能夠使用兩種不同的粉末進(jìn)行打印，其中一種廉價(jià)粉末用作支撐材料。

通常，SLS機(jī)器僅能使用一種材料，其中未熔化的粉末起到支撐作用，然而往復(fù)的高溫加熱使材料的性能大打折扣。當(dāng)前，克服此問(wèn)題的唯一方法是將舊粉與新粉混合，根據(jù)一家服務(wù)商提供的數(shù)據(jù)，其每月購(gòu)買的500公斤粉末中，有25％成為最終部件，25％被浪費(fèi)，剩下的50％需要不斷混合新粉進(jìn)行使用。作為SLS的打印材料本身往往價(jià)格非常昂貴，如果粉末可以100％重復(fù)使用，將會(huì)節(jié)省大量成本。

Aerosint選擇性粉末沉積技術(shù)使用特殊裝置來(lái)沉積兩種或多種材料

在這種情況下，引進(jìn)一種可以使用的、便宜的支撐材料，并使用第二種材料進(jìn)行零件打印，可以為該工藝節(jié)省大量資金。Aerosint“選擇性粉末沉積”技術(shù)，是通過(guò)有選擇地從旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓上沉積粉末材料來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該轉(zhuǎn)鼓穿過(guò)整個(gè)打印區(qū)域，一個(gè)轉(zhuǎn)鼓沉積一種材料，因此至少使用兩個(gè)轉(zhuǎn)鼓來(lái)實(shí)現(xiàn)多材料沉積。

Aerosint可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)200mm/s的打印速度，與鋪粉輥送粉速度基本一致。該技術(shù)的成熟將為制造商帶來(lái)大量機(jī)遇，包括減少粉末浪費(fèi)，節(jié)省材料成本和減少后處理時(shí)間等等。

4. 臺(tái)式SLS 3D打印機(jī)的誕生

2014年，隨著SLS原始專利的到期，市場(chǎng)上涌現(xiàn)了許多新公司，最典型的一項(xiàng)轉(zhuǎn)變就是臺(tái)式SLS打印機(jī)的涌現(xiàn)。雖稱為“臺(tái)式”，但其體積并不小，而且足夠緊湊以適合車間環(huán)境。臺(tái)式SLS打印機(jī)的出現(xiàn)為無(wú)力承擔(dān)工業(yè)激光燒結(jié)系統(tǒng)的生產(chǎn)者和小型企業(yè)降低了使用該技術(shù)的門檻。

這些新興的企業(yè)包括波蘭公司Sinterit、意大利公司Sharebot、瑞士公司Sintratec以及美國(guó)Formlabs公司。Sinterit一直是這個(gè)不斷增長(zhǎng)市場(chǎng)的領(lǐng)先者，其推出的其中一型設(shè)備的成型尺寸為150x200x150mm，最小層分辨率為0.075微米，非常適合希望引入SLS技術(shù)而無(wú)需在大型設(shè)備上投入過(guò)多成本的小型企業(yè)。Sharebot推出的100x100x100mm尺寸的打印機(jī)，僅用300g的粉末就可以進(jìn)行打印，特別適合材料開發(fā)應(yīng)用。

Sinterit Lisa Pro 臺(tái)式 SLS 3D打印機(jī)

該細(xì)分市場(chǎng)的一項(xiàng)潛在重大創(chuàng)新當(dāng)屬Formlabs在2017年推出的Fuse打印機(jī)，它具有165x165x320mm的成型尺寸，采用光纖激光成型，價(jià)格約為10000美元，計(jì)劃于2020年中上市（光纖激光打印尼龍，華曙高科和Formlabs誰(shuí)更早？）。

廉價(jià)的臺(tái)式FDM、SLA / DLP 3D打印機(jī)在2010年后大量涌入，在對(duì)增材制造行業(yè)的發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)的同時(shí)，也造成了行業(yè)的混亂。SLS技術(shù)的低成本轉(zhuǎn)化才剛剛開始，相信最終會(huì)在更廣泛的行業(yè)和企業(yè)中得到應(yīng)用。

下期，我們將介紹SLS新材料和新應(yīng)用的演變。