SLS 3D打印–終極指南
魔猴君 知識堂 361天前
3D打印技術的進步使SLS 3D打印機變得更加經濟實惠、結構緊湊。早前，所有的SLS機器都非常笨重和昂貴，但現在，市場上已經出現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銑削等傳統制造方法相比，即使是工業機器也變得成本更低，使用更方便。
考慮到當今供應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，可幫助企業在內部制造原型、備件甚至生產。
SLS 3D打印技術能夠快速制造出具有優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設計師青睞，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一體打印部件和柔性材料的能力，未來可能會出現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，是選擇性激光燒結技術的展示（來源：Wilson）
SLS3D打印特別適合的行業包括：
汽車（夾具和固定裝置、原型車、賽車零件）
航空航天（原型、工具、風管）
醫療和保健（假肢、牙套）
消費電子產品（外殼、原型）
軍用（替換零件、握把）
重工業（砂型鑄造模型、模具）
如今，SLS 3D打印技術得到了廣泛應用，因為它在強度、表面光潔度和精度方面可與注塑成型產品媲美，而且生產成本更低，生產速度更快，生產量更小。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，例如具有內部通道、晶格結構和其他復雜幾何特征的零件。
一、SLS打印機如何工作？
SLS3D打印機燒結零件一層的粉末（來源：Formlabs）
SLS是一種粉末床熔融技術，使用激光選擇性地燒結（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。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
打印過程結束后，還需要進行大量的后處理工作。一旦構建室冷卻下來（可能需要幾個小時），您就會發現固體3D打印部件被包裹在未燒結的松散粉末床中。要取出部件，您需要將構建室帶到一個除粉站。使用刷子、壓縮空氣鼓風機或其他形式的噴射技術，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打印技術不同的是，剩余的粉末可以在下一次打印作業中重復使用。根據機器的不同，您需要為下一次打印添加10%到70%的新鮮粉末。
二、SLS技術的優點
使用SLS技術（左）和使用長絲的FDM技術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技術的主要原因是為了獲得機械性能和表面質量優異且穩定的打印件。當然，FDM可用于制造工業零件，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通常因其表面質量（可輕松染色和加工）、速度以及在一個打印周期內生產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）。使用工業級材料（如注入碳纖維的尼龍）進行SLS 3D打印，生產出的零件強度足以在惡劣條件下使用。
設計機會
與注塑成型或機械加工相比，工程師轉向SLS 3D打印的另一個原因是，它可以生產出傳統制造方法無法實現或不切實際的復雜設計零件。設計師可以將通常需要多個零件的復雜裝配整合在一起。這有助于減輕薄弱環節，縮短裝配時間。可以創建具有內部晶格結構的零件，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，但速度取決于打印機。例如，一臺工業用12激光SLS打印機的打印速度要比一臺單激光設備快。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制造方法。
如果您的企業需要小批量產品、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打印通常也是更經濟實惠的解決方案。不過，從魔猴網3D打印平臺直接訂購SLS零件則更加經濟實惠。
三、SLS3D打印材料
SLS粉末材料可以生產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）
生物醫學
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）設計用于SLS 3D打印的零件或產品。設計完成后，將其導出為可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，將您的數字零件文件轉化為代碼，打印機可根據代碼生產零件。
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置，確定部件在構建腔內的方向和排列，并將數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，可以對設置進行微調，以獲得最佳效果。許多機器還具有預設的打印配置文件，可自動完成整個過程。
設置完成后，打印準備軟件會通過無線或有線連接向打印機發送指令。軟件會給出預計打印時間。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的信息，包括打印準備、作業狀態和實時打印機性能。
五、SLS零件著色和后處理
SLS3D成型機可以提供成批的零件，加快迭代和產品開發速度，但在打印之后，許多公司都會遇到費時費力的后處理任務。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的時間。如果零件數量較多，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、機器和產品并不是增材制造所獨有的。在大多數情況下，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使用的粉末，同時減少粉塵和環境污染，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，可以節省數小時的體力勞動（來源：Formlabs）
下圖所示的Sinterit公司的一款設備將多個粉末管理流程整合到一個設備中，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。
介質爆破
雖然空氣噴射對于去除SLS零件上的松散粉末非常有效，但介質噴射則更進一步。在這種工藝中，砂或玻璃珠等研磨介質會在高壓下噴射到零件上，以產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備。
介質翻滾
介質滾揉是一種超越介質噴射的平滑工藝，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。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。滾揉機可與其他制造技術配合使用，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溶劑溶解。其結果是形成平滑、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。具有內部通道或其他復雜特征的復雜零件也能從這種技術中受益。
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，但自動化解決方案是速度和產量的理想選擇。
為SLS零件著色的領先企業是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，那么許多服務提供商都可以提供DyeMansion染色服務。
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、使零件具有耐化學性的陶瓷涂層。
編譯整理：ALL3DP
