3D打印尼龙材料

尼龙材料激光成型技术应用及经典案例分享：

选择性激光烧结快速成型技术（简称SLS技术）由于具有成型材料选择范围宽、应用领域广的突出优点，得到了迅速的发展，正受到越来越多的重视。它的应用已从单一的模型制作向快速模具制造（及快速铸造等多用途方向发展。其应用领域涉及航空、航天、机械、汽车、电子、建筑、医疗及美术等行业。目前，SLS技术的应用主要包括以下几个方面。
1、快速原型制造
利用快速成型方法可以方便、快捷地制造出所需要的原型，主要是塑料（树脂，金属，PA、ABS等）原型。它在新产品的开发中具有十分重要的作用。通过原型，设计者可以很快地评估设计的合理性、可行性，并充分表达其构想，使设计的评估及修改在极短的时间内完成。因此，可以显著缩短产品开发周期，降低开发成本。具体地讲，它主要有以下三个方面的用途。
（1）外形设计考查
很多产品特别是家用电器、移动通讯工具及汽车等对外形的美观和新颖性要求极高。传统检验外形的方法是用 CAD 将产品图形显示于计算机屏幕，但这种方法实际直观性太差。采用快速原型制造方法可以在极短的时间内，用低廉的造价直接做出设计模型，供设计人员及用户审查，修改设计后再进行检验，直到满意为止。
（2）功能检测
设计者使用 RP原型可以迅速进行功能检测，如流动分析、应力分析、空气动力学分析等，确定是否最好地满足设计的要求，从而优化产品设计。如风扇、风鼓等的设计，可获得最佳扇叶曲面、最低噪音的结构。
（3）装配干涉检验
对新产品的开发，尤其是在有限空间内的复杂系统，其装配干涉检验是十分必要的。SLS原型可以用来制作装配模拟件，观察各零部件之间是否协调配合，如何相互影响。通过上述检验可以在最短时间内成功地完成设计。
2、快速模具制造
利用SLS技术制造模具有直接法和间接法两种。直接制模是用SLS工艺方法直接制造出树脂模、陶瓷模和金属模具；间接制模则是用快速成形件做母模或过渡模具，再通过传统的模具制造方法来制造模具。
（1）直接制模
① 直接制造树脂模
使用 SLS 方法利用尼龙等成型材料可直接制作树脂模。上述材料经快速成型机制作出模具，然后将制作完成的模具，组合在注射模的模座上，用于实际的注射成型。也可制作出中空模具，以金属树脂灌注之，以强化内部结构，并且在模具表面，渗上一层树脂进行表面结构强化，即可承受注射成型的压力、温度，从模具烧结成型至注射塑料产品只需花费5～6天的时间。上述树脂模也可以作为吸塑模和型腔模使用。
②直接制造金属模具
利用SLS工艺直接制造金属模具是目前世界发达工业国家都在研究的领域，主要有以下三种途径：
第一，金属粉末大功率激光烧结成型技术
利用高功率激光（1000 W以上）对金属粉末进行扫描烧结，逐层叠加成型，成型件经表面后处理（打磨、精加工）即完成模具制作，制作的模具可作为压铸模、锻模使用。该方法与激光熔敷的工艺原理是一致的。
第二，混合金属粉末激光烧结成型技术
成型粉末为两种金属粉末的混合体，其中的一种熔点较低，起粘结剂的作用，利用低功率激光快速成型机对混合粉末进行激光烧结即可直接制作金属模具，用于批量较大的塑料零件和蜡模的生产。
第三，金属—树脂粉末激光烧结成型法
使用 SLS 方法，以覆膜金属粉末或金属与树脂的机械混合粉末为成形原料，通过选区烧结得到金属粘结实体，再经后处理（脱脂、高温烧结、渗金属等），直接形成金属模具。
（2）间接制模
间接制模的方法较多， 比较常用的有以下三种。
① 金属喷涂制模法
采用喷枪将金属喷涂到快速成形的原型上形成一个金属硬壳层，将其分离下来，用填充铝粉的环氧树脂或硅橡胶支撑，即可制成注塑模具的型腔。这一方法省略了传统加工工艺中的详细画图、数控加工和热处理等三个耗时费钱的过程，因而成本只有传统方法的几分之一。
②硅橡胶模法
硅胶模的制备方法是将液体硅胶按照快速成形母模的分型线依次浇铸，待硅胶固化后， 再将母模脱去，形成一副橡胶模具。硅胶模的特点是制模过程简单，不需专门设备，脱模容易。硅胶模适宜于蜡、树脂、石膏等浇铸成型方法。广泛应用于精铸蜡模的制作、艺术品的仿制和生产样件的制备。
③振动研磨法
振动研磨法是一种利用快速成形原型母模直接加工石墨电极(电火花加工用)的方法。首先利用原型制作一个 Sin 环氧树脂的负型做为研磨头，将研磨头和石墨块安放在专用的石墨电极研磨机上，研磨头产生微小旋振， 不断研磨石墨本体，在石墨块上研磨出与研具形状相反, 而与零件形状相同的石墨电极。
用振动研磨法加工石墨电极，使电极的加工自动化。一个研磨头可以反复用来研磨电极。一个损耗了的电极经过研磨头的修复即可复原。用快速成型制作电极的母模具有快速、精度高、尺寸易修改的特点。
3、快速铸造
铸造是制造业中常用的方法。在铸造生产中，模板、芯盒、蜡模压模等一般都是机加工和手工完成的，不仅加工周期长、费用高，而且精度不易保证。对于一些形状复杂的铸件，模具的制造一直是个老大难问题，快速成型技术为实现铸造的短周期、多品种、低费用、高精度提供了一条捷径。可以通过以下三种方法实现快速铸造。
（1）用快速成形技术直接制造精铸用蜡模和树脂消失模。
SLS 方法可以用蜡或可消失性树脂为原料，直接制造精铸用的蜡模和树脂消失模，再用传统的精铸工艺，进行涂壳、脱蜡、焙烧等，得到铸造型壳。对于树脂消失模，采用高温闪烧法，迅速将树脂分解脱去。残留灰分少，不涨壳、精度高，非常适宜于薄壁的复杂结构铸件生产。
采用快速成型技术， 可以对收缩造成的尺寸误差进行校正，如果铸出成品的尺寸超差，可以立即对 CAD 模型进行修改，再做出第二件蜡模与树脂模。这种方法尤其适用于形状复杂的单件或小批量的铸件生产，如飞机叶片、叶轮等等特殊件。国外公司已用此方法制造了飞机叶轮、摩托车汽缸头、无链条自动车中轴等铸件。
（2）用快速成形原型代替铸造中的木模或制造铸造模具。
度和尺寸稳定性优于木模。特别是对于难以加工、需要多种组合的木模用快速成型模的优点就更为突出。
快速成形原型还可用于制造硅胶模或石膏模、陶瓷模的母模，翻制成模具再制作蜡型芯壳或直接浇铸，这种方法适合于小批量铸件的生产， 用翻硅胶模的方法，借助快速成形原型生产出了人造骨、人体头像、涡轮等零件的蜡模和铸件。
（3）用快速成形技术直接成型铸造型壳、型芯和蜡模的压型。
用铸造用覆膜陶瓷为原料， 可以一步制成铸造用的型壳，在 CAD 环境中, 直接将零件模型转换为壳型, 再配以浇冒口系统。烧结过程中，非零件部分进行烧结，零件部分仍是粉末。烧结完成后，将粉末倒出再经过固化处理就或为铸造用的型壳。此方法省去了传统精铸过程中蜡型制作、涂壳、脱蜡等多道工艺过程，是对传统铸造过程的重大变革。

SLS 选择性激光烧结成型技术原理：

选择性激光烧结快速成型的原理：它是采用采用二氧化碳激光器对粉末材料（塑料粉、陶瓷与粘结剂的混合粉、金属与粘结剂的混合粉等）进行选择性烧结，是一种由离散点一层层对集成三维实体的工艺方法。

此种快速成型的加工流程：在开始加工之前，先将充有氮气的工作室升温，并保持在粉末的熔点一下。成型时，送料筒上升，铺粉滚筒移动，先在工作平台上铺一层粉末材料，然后激光束在计算机控制下按照截面轮廓对实心部分所在的粉末进行烧结，使粉末溶化继而形成一层固体轮廓。第一层烧结完成后，工作台下降一截面层的高度，在铺上一层粉末，进行下一层烧结，如此循环，形成三维的原型零件。最后经过5-10小时冷却，即可从粉末缸中取出零件。未经烧结的粉末能承托正在烧结的工件，当烧结工序完成后，取出零件。粉末材料选择性烧结工艺适合快速成型中小件，能直接的到塑料、陶瓷或金属零件，零件的翘曲变形比液态光敏树脂选择性固化工艺要小。但这种工艺仍需对整个截面进行扫描和烧结，加上工

作室需要升温和冷却，快速成型时间较长。此外，由于受到粉末颗粒大小及激光点的限制，零件的表面一般呈多孔性。在烧结陶瓷、金属与粘结剂的混合粉并得到原型零件后，须将它置于加热炉中，烧掉其中的粘结剂，并在孔隙中渗入填充物，其后处理复杂。

SLS 选择性激光烧结成型技术特点：
①过程与零件复杂程度无关,是真正的自由制造,这是传统方法无法比拟的。SLS与其它RP不同,不需要预先制作支架,未烧结的松散粉末作了自然支架。SLS可以成型几乎任意几何形状的零件,对具有复杂内部结构的零件特别有效。
②产品的单价几乎与批量无关,特别适合于新产品的开发或单件、小批量零件的生产。
③生产周期短,从CAD设计到零件的加工完成只需几小时到几十小时,整个生产过程数字化,可随时修正、随时制造。这一特点使其特别适合于新产品的开发。 
④与传统工艺方法相结合,可实现快速铸造、快速模具制造、小批量零件输出等功能,为传统制造方法注入新的活力。
⑤材料范围宽,任何受热粘结的粉末材料都有被用作SLS原材料的可能性。材料无浪费,未烧结的粉末可重复使用。 
⑥应用面广。由于成型材料的多样化,使得SLS适合于多种应用领域,如原型设计验证、模具母模、精铸熔。

尼龙(PA)

尼龙材料用SLS方法可被制成功能零件，目前商业化广泛使用的有4种成分的材料。
1)标准的DTM尼龙，能被用来制作具有良好耐热性能和耐蚀性的模型；
2)DTM精细尼龙，不仅具有与DTM尼龙相同的性能，还提高了制件的尺寸精度、降低表面粗糙度，能制造微小特征，适合概念型和测试型制造，但价格高达188＄／kg(人民币约1500元／kg)；
3)DTM医用级的精细尼龙，能通过高温蒸压被蒸汽消毒5个循环；
4)原型复合材料是DuraForm GF经玻璃强化的一种改性材料，与未被强化的DTM尼龙相比，它具有更好的加工性能，表面粗糙度Ra=4～51“m，尺寸公差O．25 mm，同时提高了耐热性和耐腐蚀性。
同时，EOS公司发展了一种新的尼龙粉末材料(PA3200GF，有点类似于DTM的DuraForm GF)，这种材料可以产生高精度和很好的表面光洁度。