国内外典型的激光烧结粉末

国内外典型的激光烧结粉末2013.07.06理论上讲，所有受热后能相互粘结的粉末材料或表面覆有热塑（固）性粘结剂的粉末材料都能用作SLS材料。要求：粉末材料有良好的热塑（固）性，一定的导热性，粉末经激光烧结后要有一定的粘结强度；粉末的粒度不宜过大，否则会降低成型件质量；SLS材料还应有较窄的“软化-固化”温度范围，几种典型的粉末烧结快速成型材料1、蜡粉（1）用途：烧结制作蜡型，精密铸造金属零件。（2）传统的熔模精铸用蜡（烷烃蜡、脂肪酸蜡等），其熔点较低，在60℃左右，烧熔时间短，烧熔后没有残留物，对熔模铸造的适应性好，且成本低廉。（3）但存在以下缺点：•对温度敏感，烧结时熔融流动性大，使成型不易控制；•成型精度差，蜡模尺寸误差为±0.25mm；•蜡模强度较低，难以满足具有精细、复杂结构铸件的要求；•粉末的制备十分困难。2、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯、工程塑料(ABS)（1）特点：聚苯乙烯(PS)属于热塑性树脂，熔融温度100℃，受热后可熔化、粘结，冷却后可以固化成型，而且该材料吸湿率很小，仅为0.05%，收缩率也较小，其粉料经过改性后，即可作为激光烧结成型用材料。（2）用途：烧结成型件经不同的后处理工艺具有以下功能：第一，结合浸树脂工艺，进一步提高其强度，可作为原型件及功能零件。第二、经浸蜡后处理，可作为精铸蜡模使用，通过熔模精密铸造，生产金属铸件。3、尼龙粉末（PA）（1）用途：粉末粒径小，制作模型精度高，用于CAD数据验证；因为具有足够的强度可以进行功能验证。（2）特点：烧结温度—粉末熔融温度180℃；烧结制件不需要特殊的后处理，即可以具有49MPa的抗拉伸强度。（3）其它：尼龙粉末烧结快速成型过程中，需要较高的预热温度，需要保护气氛，设备性能要求高。粉末烧结快速成型材料的基本性能指标性能粉末平均粒径（μm）熔点（℃）密度（g/cm3）屈服强度（MPa）应用聚苯乙烯（PS）≤100μ1000.45≥15精密铸造工程塑料（ABS）≤100μ1050.45≥26精密铸造聚碳酸酯（DTMPC）33μ690.6910精密铸造尼龙（DTM）50μ1850.65≥40模型4、覆膜砂粉末、覆膜陶瓷粉末材料（1）覆膜砂与铸造用覆膜砂类似，采用热固性树脂，如酚醛树脂包覆锆砂(ZrO2)、石英砂(SiO2)的方法制得。利用激光烧结方法，制得的原型可以直接当作铸造用砂型（芯）来制造金属铸件，其中锆砂具有更好的铸造性能，尤其适合于具有复杂形状的有色合金铸件，如镁、铝等合金的铸造。•材料成分：包覆酚醛树脂的石英砂或锆砂，粒度160目以上；•应用：用于制造砂型铸造的石英或锆型（芯）；•应用实例：砂型铸造及型芯的制作，适用于单件、小批量砂型铸造金属铸件的生产，尤其适合用于传统制造技术难以实现的金属铸件。（2）覆膜陶瓷粉与覆膜砂的制作过程类似，被包覆陶瓷粉可以是Al2O3、ZrO2和SiC等，激光烧结快速成型后，结合后处理工艺，包括脱脂及高温烧结，可以快捷地制造精密铸造用型壳，进而浇注金属零件。也可以直接制造工程陶瓷制件，烧结后再经热等静压处理，零件昀后相对密度高达99.9%，可用于含油轴承等耐磨、耐热陶瓷零件。5、金属粉末用SLS制造金属功能件的方法有间接法和直接法，其中间接法速度较快，精度较高。5.1间接烧结成型：用高分子聚合物作为粘结剂。由于聚合物软化温度较低，热塑性较好及粘度低，采用包覆制作工艺，将聚合物包覆在金属粉末表面，或者将其与金属粉末材料以某种形式混在一起，在用SLS成型时，激光加热使聚合物成为熔融态，流入金属粉粒间，将金属粉末粘结在一起而成型。在成型的坯件(greenpart)中，既有金属成分，又有聚合物成分。坯件还需要进行热降解、二次烧结和渗金属后处理，才能成为纯金属件。•间接法使用的材料中，结构材料是金属，主要是不锈钢和镍粉，聚合物主要是热塑性材料。•热塑性聚合物材料有两类，一类是无定型，另一类是结晶型。无定型材料分子链上分子的排列是无序的，如PC材料；结晶型材料分子链上分子的排列是有序的，如尼龙(nylon) 材料。这两种热塑性聚合物都可以用来作SLS材料中的粘结剂。•包覆方法也可有效减小颗粒之间的摩擦，增加其滚动性，但要注意包覆厚度要很薄，介于0.1~1.0 μm之间。•由于无定型材料和结晶型材料各有不同的热特性，因此也决定了SLS工艺参数的不同。•成型粉末需要具备材料成型性好、成型强度高、粉末粒径较小、不易团聚、滚动性好、密度和孔隙率适宜、干燥硬化快等性质。•相对其他条件而言，粉末的粒径非常重要。径小的颗粒可以提供相互间较强的范德瓦尔兹力，但滚动性较差，且打印过程中易扬尘；大的颗粒滚动性较好，但是会影响模具的打印精度。•成型材料除了填料和粘结剂两个主体部分，还需要加入一些粉末助剂调节其性能，可加入一些固体润滑剂增加粉末滚动性，如氧化铝粉末、可溶性淀粉、滑石粉等，有利于铺粉层薄均匀；加入二氧化硅等密度大且粒径小的颗粒增加粉末密度，减小孔隙率，防止打印过程中粘结剂过分渗透；加入卵磷脂减少打印过程中小颗粒的飞扬以及保持打印形状的稳定性等。另外，为防止粉末由于粒径过小而团聚，需采用相应方法对粉末进行分散。•主要有强度钢，注塑模具成型，不锈钢材料，因为具有很好的抗腐蚀和机械性能，高强度的韧性，因此现在制出来的有中空的手术器械、涡轮发动机，以及涡轮发动机零配件。铝合金应用在航空航天汽车制造领域中，用于结构验证和设计验证，铜合金的复合材料是用风动装备测试。另外应用的比较多的是航空航天的钛合金。间接烧结快速成型零件工艺缺点用SLS系统间接成型金属件，其成型速度较快，可制造形状复杂的金属件，主要用来快速制造注塑模和压铸模。间接法制造金属件的缺点是制件的精度有限，由于在降解和二次烧结过程之中存在体积的收缩，补偿的作用有限；还有后处理时间比较长。为解决这些问题，在以下两方面进行研究：改进粘结剂，渗入非金属材料，取消降解和二次烧结过程，使坯件不通过加热，这样的成型件具有高的精度，制造周期短，成本低，可满足使用寿命短的模具要求。5.2直接烧结成型和间接烧结成型相比，直接烧结成型过程明显缩短，无需间接烧结时复杂的后处理阶段。但必须有较大功率的激光器，以保证直接烧结过程中金属粉末的直接熔化。因而，直接烧结中激光参数的选择，被烧结金属粉末材料的熔凝过程控制是烧结成型中的关键。影响的粉末烧结性能的材料因素•1、粉末的表面张力DMLS过程中，液相对固相的充分润湿是烧结成功的关键；2、颗粒尺寸及其分布•2、粘度•4、热吸收率3D systems （DTM）•DTM公司推出的Rapidsteel2.0系列材料的收缩率很小，只有0.2%，而且粉末细小，层厚昀小可到0.075mm，所以可以达到很高的精度和表面光洁度，几乎不需要后续抛光处理。其烧结成形件完全密实，达到铝合金的强度和硬度，可作为塑料件的注塑成形模具，注塑模的寿命已达10万件/副，也可以用来制造用于Al、Mg、Zn等有色金属零件压铸模，压铸模的寿命只有200~500件/副。•该公司昀新研制的材料LaserForm ST‐100的粉粒直径为23~34μm，比RapidTool2.0的还小，这有利于成型件的表面处理。同时，也有利于保证精度。该材料主要用于制造注塑模，制成的注塑模生产了1万件产品还没有磨损。•ROCKWELL公司研制的CopperPolymide材料基体为铜粉，粘结剂为聚酰胺(polyamide)，其特点是成型后不需要入炉进行二次烧结，制造周期短，可在1天内完成模具的制造加工。成型件的表面粗糙度可达到25μm，进行很好的抛光后，粗糙度昀低可达12μm。制成的模具可广泛用于PE、PP、PS、ABS、PC/ABS、玻璃增强的Polypropylene和其它常用塑料的注塑成型，但是模具的寿命只有100~400件/副。德国EOS   EOSM280材料名称价格种类应用EOSMaragingSteelMS1xxxx模具钢注塑模具，工程部件EOSStainlessSteelGP1xxxx不锈钢功能样件及产品EOSStainlessSteelPH1xxxx医用不锈钢功能样件及产品，医疗产品EOSCobaltChromeMP1xxx钴铬合金功能样件及产品，医疗和牙科EOSTitaniumTi64xxxx钛合金功能样件及产品，航天航空，汽车运动EOSAluminiumAlSi10Mgxxx铝合金功能样件和产品，工程、汽车EOSNickelAlloyIN718xxx镍基合金EOSStainlessSteelGP1EOSTitaniumTi64Concept Laser M1 cusingsystem耗材选择耗材选择((含含1717％增值税人民币价格％增值税人民币价格))非活性粉末材料1CL 20ES, 不锈钢1.44041公斤xxxx耐酸耐腐蚀零件2CL 50WS, hot work steel 热作模具钢1.2709公斤xxxx制作塑料或者轻铝合金的压铸模具3CL 91RW , hot work steel热作模具钢公斤xxxx制作塑料冲压模具4CL100NBnickel‐based alloy 镍基合金/ Inconel718公斤xxxx制作耐高温零件牙科专用材料5remanium®star CL, 钴铬合金CoCralloy公斤xxxxx符合DIN EN ISO 9693 / DIN EN ISO 22674标准的牙科产品Concept Laser M2 cusingsystem耗材选择耗材选择((含含1717％增值税人民币价格％增值税人民币价格))活性粉末材料1Material CL 30AL, 铝合金(AlSi12)公斤xxxx生产产品零件使用2Material CL 31AL,  铝合金(AlSi10Mg)公斤xxxx生产产品零件使用3Material CL 41TI ELI,  钛合金(TiAI6V4 ELI)公斤xxxTensile strength approx. 900 N / mm2非活性粉末材料4CL 20ES,  不锈钢1.4404公斤xxxx耐酸耐腐蚀零件5CL 50WS, hot work steel 热作模具钢1.2709公斤xxx制作塑料或者轻铝合金的压铸模具6CL 91RW , hot work steel   热作模具钢公斤xxx制作塑料冲压模具7CL100NBnickel‐based alloy 镍基合金/ Inconel718公斤xxxxx制作耐高温零件牙科专用材料8remanium®star CL,   钴铬合金CoCralloy公斤xxxx符合DIN EN ISO 9693 / DIN EN ISO 22674标准的牙科产品9rematitan®CL,   titanium alloy钛合金德国登特伦日本松浦LUMEX Avance‐25铁基材料、马氏体时效钢、纯钛、Ti‐6Al‐7Nb、Ti‐6Al‐4V、SUS630、SUS316LSUS420J2不锈钢金属粉末SUS420J2金属粉末经过镭射造型（3D打印成型）后测定硬度达到Hrc50，与淬火硬度近似。耐腐、并可抛光至镜面。SUS420J2化学成份C0.26-0.40Mn≤1.00Si≤1.00,P≤0.040S≤0.030Cr12.00-14.00Ni≤0.60性能屈服强度（N/mm2）≥540,抗拉强度（N/mm2）≥740,伸长率EL（%）≥12,硬度≥HBW217断面收缩率/%≥40夏比冲击值/（J/cm2）≥29热处理/℃淬火温度1000~1050℃，回火温度200~500℃，硬度50~55HRC。用于有腐蚀气体的含氟塑料或是添加阻燃剂的有腐蚀的塑料模具YAG（MaragingSteel 马氏体时效处理钢）规格拉伸试验硬度（HRC)YAG300相当0.2%耐压N/mm2拉伸强度N/mm2伸长%扭曲%造型之后时效处理OPM‐数据1910201010483250±2武汉滨湖HRPS系列，聚合物、覆膜砂、陶瓷、金属覆膜材料粉末可用材料：PS粉末xxx元（公斤）PP粉末xxxx元（公斤）尼龙xxx元