选择性激光烧结(SLS工艺)：金属粉末材料的设计原则

梁嘉琪2013

  在SIS工艺研究初期，人们一直试图对某种单一成分的金属材料进行烧结J，如铜、铅、锡及锌等低熔点金属，但是发现在烧结过程中很容易产生“球化”现象：当输入的能量不太大时，成形易得到由一串圆球组成的扫描线；当输入的能量足够高时，成形易得到半椭圆形连续的烧结线，但激光功率越高，烧结过程中粉末飞溅现象越严重，影响成形尺寸精度。“球化”现象产生的原因主要与粉末熔化后液体质点的受力情况有关。液体质点对固体金属粉末的作用力远比松散的固体金属粉末之间的作用力大，结果导致金属粉末被液体质点粘结形成较大的球体，激光功率越大，球的直径也越大。
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    为了改善成形质量，减少球化现象的发生，人们将SIS工艺中材料组成的注意力转向了多元系液相烧结。多元系液相烧结基本上有两种HJ：一种是使用具有不同化学性质的粉末混合料，该混合料的液相来自低熔点组元的熔化或者低熔共晶物的形成；另一种是将预合金化的粉末加热到固相线温度和液相线温度之间的温度，进行超固相线温度烧结。目前，比较成熟的多元系液相烧结工艺是前一种，即采用一种金属粉末加粘结剂均匀混合，通过熔化熔点较低的粉末填充烧结体内的孔隙，获得致密的烧结产品。
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    基于多元系液相烧结工艺能解决“球化”现象的原因，DTM公司和EOS公司都推出了SIS直接制造金属件的金属粉末系。DTM公司使用的烧结材料主要是聚合物包裹的金属粉末，烧结成的绿件强度低，干燥脱湿后，需要放人高温炉膛内进行烧结、渗铜，最后生成表面密实的零件。EOS公司研制的烧结材料则是由含有不同熔点不同收缩率的金属化合物组成的金属粉末，它可以直接烧结成致密的零件，不需要后处理，而且不需要功率特别大的激光器。