选择性激光烧结（简称SLS）基本设计准则

梁嘉琪2013

前言：SLS产品作为一种新的加工工艺方式，有别于传统模型加工常用到的CNC，SLA，等。SLS激光烧结可以烧结金属，塑胶，或者二者的混和物。现在就国内常用SLS烧结的材料PA12为标准，制定出以下设计规则，供工程师在设计时参考。
   
   
2 z4 i1 B' [0 U4 b1 ~0 ~1 _: `2 I$ f1. 加工精度
1.1 SLS毛胚烧结理想精度±0.1，实际烧结精度可能到±0.15。
1.2 SLS 毛胚经过后处理抛光喷油理想精度为±0.2。
1.3 对于细长的薄的产品，要考虑相应的变形，即形位公差，简单的概念如下：如果该产品设计时适合注塑模具塑料产品设计工艺，则SLS烧结的产品的形位公差可以等同。
* _8 y* s/ ~9 b/ W1 U+ F" n
8 ?( E% U) X+ G- z9 U2. 设计配合尺寸

2.1 对SLS孔与SLS轴配合而言 以一个Φ5的孔为例，SLS毛胚孔的实际大小约为Φ4.94左右.而Φ5SLS毛胚轴实际大小约为Φ5.06左右，如果3D模型设计上用Φ5零对零的理想配合设计的话，实际SLS毛胚的总过盈量大约为0.12，单边过盈量为0.06.
所以从3D模型设计经验上需要做如下考虑：
1 {+ R6 l4 d& Q! |$ T$ J1.如果要让Φ5孔轴配合是小间隙配合的话，设计上孔要取数Φ5.1，轴要取数Φ4.9。
2如果要让Φ5孔轴配合是零对零配合的话，设计上孔要取数Φ5.05，轴要取数Φ4.95。
结论：简单而言，小间隙配合，单边间隙取0.1，零对零配合 单边间隙取0.05
2 u7 N; w* Y# ~( U) I8 ~如果实际生产出的毛胚还是满足不了这个经验值的话，一般用砂纸或者锉刀，或者钻头，绞刀修整。

) h9 V1 X; b1 U; E1 a: {. ?2.2对SLS孔与金属轴（比如说45钢光轴）配合而言
$ M6 \, U5 s7 ?0 a8 f2 i: M# k/ j间隙配合，单边间隙取0.1，零对零配合，单边间隙取0.05。
/ o4 s) \1 s, |3 v9 h0 y4 c
+ W1 y9 ?7 \% }; \$ F7 P/ g3. 设计中心距离配合
毛胚中心距离的配合尺寸一般实际值在±0.05左右。因机器工作一段时间后会误差有漂移，所以一般机器一个月会做一次误差补偿。这个对设计上考虑中心距误差±0.05影响不大。

4. 外形尺寸
毛胚外形尺寸（主要指长度，宽度，高度方向）理论上即等于SLS的烧结精度±0.1，实际上大约偏正公差+0.06左右。设计上需要做相应的考虑。
4 J. `% L) v5 h! ^, a& H间隙配合，单边间隙取0.1 ，零对零配合单边间隙取0.05。
如果实际生产出的毛胚还是满足不了这个经验值的话，一般用砂纸或者锉刀修整。
+ K5 r2 }9 y7 l( R% n, P

4 i$ t' M- h  ^6 ?$ Y7 z5 H9 L5. 最小壁厚0.5mm
主要指XY方向的烧结厚度，一般设计上Z轴上最小壁厚0.2 ，实际生产出来会到0.2-0.35之间，XY方向壁厚取0.5，，实际生产出来会到0.5-0.65之间，XY方向壁厚为激光光点厚度决定的。激光一个光点的直径不是理想的0数值，而是0.47左右，所以只要光点扫过的地方，都会形成最小0.5厚的小块。而Z轴方向是一层层叠加上的，一般为0.1的步进距离，所以不受XY光点大小的限制。
简而言之，如果有壁厚小于0.5mm的结构，需要向SLS生产部门指定烧结摆放方向。否则无法烧结出来。(SolidworkS和ug 有检查壁厚的功能）。
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6. 烧结方向与强度。
3 i1 s3 I4 f. u& S2 _2 ^) d, j设计卡扣类东西时，如果剪切力是平行于XY的烧结方向时，SLS的强度最弱，如果是垂直于XY的烧结方向时强度最好。所以尤其是含卡扣类产品，如果对强度有要求，需要指定烧结方向。当然这样会影响价格
& Z5 ]+ j& x$ A- ^) x* P/ y+ _3 s
7. 产品的高低温性能
, O6 g. D5 M6 m' y: lSLS产品一般在高温80度，低温-30度范围内的机械物理性能等同于20度常温下的性能。
, L' F0 l3 E$ c' p/ Q
, D5 K5 {4 G$ v8 Z6 N- n8．一般产品壁厚，及加强胫厚。
( {& K0 t9 N( e9 n3 ?" [设计时优先考虑产品2.0壁厚，建议大于等于1.5以上。加强胫优先考虑1.0，建议大于等于0.8以上。否则产品容易碎裂，后处理，或者装配时都容易出现问题。

9. 产品喷油后处理
3 N1 P4 i4 [, ]7 ~毛胚产品一般表面比较粗糟，一般都要清粉，去掉毛刺，预先打磨。然后涂树脂，增强强度，改善喷油效果。如果尺寸有偏差，或者有装配要求，需要用钳工的手法修配。
0 G0 W: s8 r7 s% W一般产品可以简单的分为内表面，外表面，凹凸结构面（即用手不容易直接打磨到的面）等三类面
+ z- I; {* _- i& X1 b  q

（这2个图就是一种凹凸结构面的示意）
4 j9 q- X) V$ m) C4 l: ]) G: c  
  O* [# j# g4 J2 W  \7 Y' ]   
. L4 r* A6 b! f* E! k1 O  抛光等级分1级，2级，3级，4级。

  1级抛光等级要求最高，需要多次抛光，多次补土，多次喷油返工，最后达到理想效果，平面与过渡光顺的弧面不允许有看到明显纹路，凹凸结构面有不太明显的纹路（普通人在0.5米距离看不出这个纹路为标准）一般适合于平面，过渡光顺的弧面，或者结构不复杂的外表面，客户有特别要求时采用，成本高。（注意此要求不可用于产品内表面，或者凹凸结构面。）

   
  h+ `3 R! I- b: F$ c

4 l2 L( i* d  l2级抛光等级要求略低，也需要抛光，补土与喷油，平面与过渡光顺的弧面允许看到占整体面积大约10%纹路，凹凸结构面纹路明显。成本偏高。（注意此要求不可用于产品内表面，或者凹凸结构面。）
: A) Q6 h7 \- u% k4 x" w
3级抛光等级最为经济，平面与过渡光顺的弧面允许看到占整体面积大约60%纹路凹凸结构面纹路明显，性价比最好，但一般适合于外表面。内表面要做的话，成本会偏高。
) Z" x% q" R# w6 Y4 o   

: b. p0 j  Q6 S; T+ [

4级抛光等级主要为验证尺寸的客户考虑。表面效果相当于铣刀粗铣表面6.3的粗糙度效果，所有内表面，外表面，结构面效果虽有纹路，但一致性好。也适合于内表面，及非外观面的要求。

9. 抛光后的形体变化
如图
1 w$ e: {- U3 J10.1 尖角抛光抛出圆角是不可避免的，否则只能简单去毛刺打磨处理。

10.2 凹处尖角涂树脂也会有圆角，一般通过刻刀修边处理可以去掉这个圆角。但如果刀具接触不到，不好着力的地方，就无法修整了，一般对内表面小凹形结构处不涂树脂。或者轻涂树脂后，放入烤箱，隔30分钟后用布或者其它东西去掉多余沉积的树脂。
1 {; P! R$ v6 @

9. STL文件导出
SLS 激光烧结设备只识别STL文件，所以客户输出STL 文件时，精度不可设置太高，否则影响排工件的速度，也不可设置太低，否则影响产品输出精度，
" \4 P' W3 p9 M" ^# f1 N# B

一般建议在SOLIDWORKS设置如下：

PROE 设置如下：
5 n: ^$ y' P- D3 A! R: V2 m

UG设置如下

另外，对于纯外观模型，可以从3Dmax ,rhino,等软件直接导出STL文件。精度设置大致参考上述标准，如果没把握可试烧一个小价格模型，来调整精度。
5 j; I2 T0 b. T5 K2 U/ y/ T8 \% v
客户如果只给STL文件，请相应给出最大外形尺寸，以方便SLS厂家核查。

9. 产品的结构强度，和材料的力学性能

一般可描述为：对比ABS的性能，为80%左右的ABS的机械物理性能。具体参数表如下：

（注意： PA625 和PA12是同一种性能的材料）
8 C0 O- Z, ?0 U# m9 A& E
9. PA12与MF与GF的区别（主要从概念上的通用描述，具体细节可从华曙网站下载www.farsoon.com）
13.1  PA12的理论比重是1，实际烧结会在0.9左右，放到水里不会沉下去，注意水的比重为1，用在一般场合，耐温80度。
, Q, r. C2 T3 ~* t4 }2 c13.2  MF就是在PA12里面参入矿纤维，材料性能可同GF通用，理论比重大致会在1.4，实际烧结比重为1.2-1.3，韧性比PA12略差。纤维是条状的。而玻璃微柱是颗粒状的。但烧结后是看不到明显的条状和颗粒状的，主要用在耐温要求的场合，一般为130度保持其物理性能。价格比PA12贵
9 W: d4 v3 P$ F" F6 S7 }7 R13.3  GF是在PA12里面参入玻璃微珠，材料性能可同MF通用，理论比重大致会在1.4，实际烧结比重为1.2-1.3，韧性比PA12略差。但烧结后是看不到明显的条状和颗粒状的，主要用在耐温要求的场合，一般为130度保持其物理性能。价格比PA12贵

14 SLS的烧结时间
华曙现有高速机和低速机各一台，高速机的烧结时间比低速机要短，但如果是满缸烧结，而且形状复杂，高速机也就不高速了。高速机满缸2-3天，低速机满缸3天，SLS烧结时间，就PA12 ,MF,GF三种材料而言，没有区别。华曙公开承诺交货期为5天内发货，遇到特殊情况另外处理。

( k' |/ N) N3 O* Q+ \& P; H, c# r" Y15 华曙SLS设备的满缸尺寸
7 B) {5 A  S5 `6 W8 v+ m7 Y: x2 I! p一个满缸的尺寸大致为330X280X420mm,如果利用率很高，比方说零件大部分很充实，实体零件很多，壳体零件很少，其Z轴方向高度会小于420，甚至到380。
- G0 e5 Q) y! M2 l8 f% ?
16. 产品变形
! S1 p7 ~6 F! T; ^# N' m16.1 如果产品是细长件(最大外形最长的部分除以最大外形最小的部分大于等于10)，壁厚薄（1.5毫米以下的要重点检查）。一般100MM变形可能到±1

16.2 产品如果XY方向最大外形大于330X280MM, 最外边也可能变形，如果有精度要求一般建议切割，当然切割也要考虑手工粘贴精度，一般在±0.3左右，如果有薄壁特征，相应的变形精度更大。当然如果是纯外观件，则没有这个限制。
注意：XY的最大外形尺寸在某些时候可以旋转零件来解决，经过旋转零件调整后的体积会增加，最大外形会以旋转后的体积核算，成本会增加。

; E! p9 Y  {/ d7 N3 ~) K17. 产品清粉
0 z3 ?5 Z7 m1 `: I产品如果是封闭腔体需要考虑产品的清粉问题.
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18. 表面粗糙度，一般未处理过的SLS为R12.5
4 Q- D) h( [9 p5 q  ]# G& z
) x% d& t8 L. G: t; e% e+ W0 {19. 产品切割注意事项
1 r. |5 P5 r$ I$ I) Z19.1 如果产品过大，超过华曙满缸最大外形尺寸，需要考虑产品的切割，如果要求不高一般为±0.2-0.5MM,则可以用简单的方法切割，如果有特别要求，需要在设计上考虑加定位槽或者定位柱。
* K6 B* {4 }) K  b2 f; F4 C19.2 切割的粘结强度，粘接面强度等同于材料原始强度，而粘接面附近因为胶水的渗入，所以会有内应力，概念上理解，其最弱地方的强度一般为原始材料80%的强度。假设用暴力破坏，断裂面不会在粘接面，一般会在粘接面附近。
19.3 粘接用常用的胶水为502快干胶，或者久而久的慢干胶。
0 Y& y" G4 J( O8 j+ V4 ~2 V; ?* t