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选择性激光烧结技术

粉末材料增材制造技术
选择性激光烧结技术(Selective Laser Sintering,SLS)是由美国得克萨斯大学奥斯汀分校Carl Deckard博士团队于20世纪80年代中期开发的三维打印技术。该技术通过高功率激光束选择性烧结高分子、金属或陶瓷粉末逐层成型,具有无需支撑结构、材料利用率高等特性 [2] [5]。在医学领域已成功制造聚己内酯人工骨支架(2005年)和纳米羟基磷灰石支架(2015年) [1] [3],材料科学领域开发出抗拉强度达94±9MPa的PA12/MWCNTs复合材料(2023年) [1],金属加工领域实现低碳钢(2011年)和不锈钢(2022年)的烧结成型 [3]。后处理工艺形成清粉、脱脂、烧结、浸渗四阶段标准化流程,通过热等静压技术可将陶瓷件致密度提升至95%以上 [1] [6]
技术类型
增材制造
发明时间
1986年
发明人
Carl Deckard、Joe Beaman
材料类型
高分子/金属/陶瓷粉末 [5]
应用领域
生物医疗/航空航天/机械工程 [3] [6]
核心工艺
分层烧结与熔融堆积 [2]

技术原理

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采用红外激光器(CO₂或光纤激光)逐层烧结直径≤150μm的粉末材料,通过精确控制激光扫描路径实现三维实体成型 [2] [5]。成型室维持130℃恒温环境以减少热收缩变形,未烧结粉末才坑判自然白浆炒纹形成懂体户拒少支撑结构 [5]。典型层厚控制在0.1-0.15mm悼婆范围 [4]照劝屑记榆道射民境。

材料体系

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  • 高分子材料:PA12/MWCNTs复合材料极限强度达94±9MPa(2023年),TPU弹性体适用于柔性器件制造 [1] [4],通过添加碳纳米管(MWCNTs)或金属填料显著提升复合烧结件的力学性能 [1]
  • 生物材料:聚己内酯/羟基磷灰石支架符合人体骨骼需求(2005年),13-93生物活性玻璃支架用于骨组织工程 [1] [3]
  • 金属陶瓷:氧化铝陶瓷经二次烧结后相对密度≥92%(2016年) [3],304不锈钢样件维氏硬度达240HV(2022年) [6]

应用领域

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在口腔医学领域制作的下颌骨手术导板尺寸误差研究(2008年) [3],航空航天领域通过酚醛树脂/鳞片石墨复合材料制得导热器件(2016年) [1] [4]。2024年专利显示,新型压电聚氨酯材料适用于智能穿戴设备制造 [5]

后处理工艺

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采用四阶段处理流程:
  • 清粉:压缩空气清除残留粉末
  • 脱脂:600℃氮气环境下脱除有机粘接剂
  • 烧结:1400℃高温烧结使陶瓷件致密度提升至95% [1]
  • 浸渗:环氧树脂填充孔隙使表面粗糙度降低至Ra3.2μm [6]

技术发展

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2024年材料研发取得突破:
  • 电磁屏蔽硅橡胶材料拉伸强度≥8MPa(测试标准ASTM D412) [2]
  • 糖基支撑材料实现复杂空腔结构成型,溶失率>99% [4]
  • 立式SLS打印机成型体积提升至300×300×600mm