* 山东建筑大学材料科学与工程学院 山东 济南 250014** 山东省科学院新材料研究所 山东 济南 250014[基金项目] 山东省信息产业发展专项资金
The Research and Application Progress of Selected Laser Sintering Technology
贾礼宾*,** 王修春 王小军** 许 斌* 魏 军**
JIA Li-bin WANG Xiu-chun WANG Xiao-jun XU Bin WEI Jun
摘 要 选择性激光烧结技术是一种基于增材制造的3D 打印技术，
其发展给传统制造业带来了深刻的冲击与挑战，也越来越多地受到工商业各界的关注。本论文从选择性激光烧结技术的工艺、材料、设备以及应用领域等方面入手，详细分析了近年来选择性激光烧结技术的发展现状，并指出了当前选择性激光烧结技术自身存在的问题以及未来的发展思路。
关键词 SLS 快速成型 增材制造 发展现状
Ａｂｓｔｒａｃｔ Selected laser sintering technology is a kind of 3D printing technology, based on increasing material manufacturing, its development has brought profound impact and challenges into the traditional manufacturing, and it became the focus of the industrial and commercial gradually. This article analyzed the development status of selected laser sintering technology in recent years through its process, equipment, materials and applications, and the current existing problems and its development ideas in future were pointed out also.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Selected laser sintering Additive manufacturing Development situation
doi：10.3969/j.issn.1672-9528.2015.11.054
前言
选择性激光烧结技术（selected laser sintering, SLS）出现于上世纪80年代末，是一种基于增材制造的3D 打印技术[1]。它集成了计算机技术、数控技术、激光技术和材料技术等多种技术及工艺，与其他制造技术相比具有适用性广、工艺简单、成形精度高、可直接烧结零件等特点，被誉为“第三次工业革命”的关键技术。目前，选择性激光烧结技术已经解决了传统加工方法中的许多难题，并在汽车、造船、医疗、航空等领域得到了广泛地应用，对人们的生活生产方式产生了深远影响[2]。本论文从选择
性激光烧结技术的发展现状入手，详细分析了选择性激光烧结技术自身存在的问题，并就相关问题提出了未来的发展思路。1 选择性激光烧结技术原理及特点
作为一种增材制造技术，选择性激光烧结是采用“分层制造、逐层累加”[3]的制作方式来实现制件制作的，其原理根据制件的三维数据模型，采用铺粉装置对原料粉末进行均
匀铺粉后，使用激光对目标区域内的粉末进行扫描，使其熔化并粘结在下一层粉末上，在该层粉末烧结完成后，升降平台下降一个分层厚度，并开始下一层的烧结，重复这样的过程，直到制件最终成型，其原理如图1所示。与其他3D 打印技术相比，SLS 技术具有选材丰富、材料无毒害性、便于储存且价格便宜的特点，此外，SLS 成型过程不需要设计支撑，工艺简单，生产周期短，特别适合外形与结构复杂零件的小批量个性化定制[4]
。
图1 SLS 原理图[5]
2 选择性激光烧结技术研究进展
2.1 成型工艺研究进展
1986年，美国学者Carl Deckard 首次提出了选择性激光烧结技术的概念，并在两年后成功研制出SLS 打印设备， 此后SLS 技术迅速在美国实现商业化[6]。经过近30年的发展， SLS 成型工艺已经基本成熟，由于能够用于SLS 成型的材料种类较多，根据烧结所使用的材料不同，目前SLS 成型工艺包括金属粉末烧结工艺、陶瓷粉末烧结工艺以及塑料粉末烧结工艺，其中金属粉末烧结工艺中又分为直接法、间接法和混合法等[7]。除了塑料粉末烧结之外，金属粉末烧结和陶瓷粉末烧结后胚体大都需要进行大量的后处理，包括高温烧结、热等静压烧结、熔浸和浸渍等[8]。近年来，各国对SLS 成型以及后处理工艺进行了大量的研究，美国的Texas 大学Austin 学院自由成形实验室在大量实验的基础上，大大提高了金属粉末材料的烧结密度，并研究了SLS 金属热渗透、热等静压等后处理工艺[9]。比利时对
SLS 工艺进行了分类，并进一步研究了SLS 的烧结机理[9]。日本学者主要从事金属SLS 成型件的失效分析工作，分析了烧结过程中残余应力的产生和消除机制，进而预测了烧结过程中烧结件最可能发生断裂的地方[10]。南京航空航天大学沈以赴教授对多组分铜基金属粉末的SLS 工艺进行了研究，分析了激光功率、光斑直径、扫描速度、扫描问距和铺粉厚度对烧结致密度的影响[10]。此外，德国、意大利、俄罗斯、韩国、伊朗等国也相继展开了对SLS 工艺的温度场的演化规律及其建模与仿真、“球化效应”等方面的研究[10]。2.2 打印材料研究进展
成型材料是影响和制约SLS 成型技术发展的重要要素之一，在SLS 成型材料方面，SLS 最初只能使用蜡粉和塑料粉进行成型，20世纪90年代，德国与芬兰合作，开发出用于SLS 成型的金属粉，从而将SLS 成型材料推向了更广阔的领域。目前用于SLS 成型的材料主要是各类粉末，包括金属、陶瓷、石蜡、聚合物粉末以及纳米复合材料等
[11]
，美国、德国等在
SLS 成型材料的研制方面处于领先地位。美国推出了第一种用于SLS 成型的尼龙材料，随后在此基础上又推出了纤细尼龙以及铜-尼龙复合材料[12]，这些材料成型件表面质量好成型精度高并具有良好的机械性能，此外，目前美国还开发了聚碳酸酰粉末、聚苯乙烯粉末、覆膜硅砂、覆膜铜粉等SLS 成型
材料。德国开发了一种PA2200和PA3200GF 粉末，这种材料具有良好的抗拉强度和伸长率，主要用于制作功能原型，此外，德国还开发了Direct Steel 系列粉材。我国在SLS 成型材料开发领域取得了长足进步，目前，国内在SLS 成型材料的开发领域处于领先地位的研究单位包括华中科技大学、北京航空航天大学、南京航空航天大学、华北工学院、中北大学以及北京隆庆公司等，这些科研院校及企业开发了一些列成熟的SLS 成型材料，包括覆膜砂、覆膜陶瓷、覆膜金属、塑料粉以及精铸蜡粉等[13]。2.3 成型设备研究进展
目前国内外从事SLS 打印设备研究的单位较多，也开发出了一大批各具特的SLS 成型系统。美国DTM 公司研制的Sinterstation 2500plus SLS 成型设备成型体积比之前增加了10%，由于优化了加热系数，减少了各环节的加热时间，其成型速度大大提高[14]，3D Systems 公司的Vanguard si2 SLS 成型设备扫描速度可达到10m/s。德国EOS 公司研制出了Eosint M 系统，该系统可以直接对未经预热的金属粉末进行烧结，制作精度高，表面质量好，可制作形状复杂的注塑模具。华中科技大学的HRPS 激光烧结成型设备采用振镜式动态聚焦系统，具有高速度和高精度的特点，另外，该系统采用美国CO 2激光器，具有稳定性好，寿命长、性价比高的特点，可直接制作各种复杂精细结构的金属件以及注塑模、压铸模等。此外，北京隆源自动成型系统有限公司开发生产了以选区粉末烧结为原理的AFS 系列激光快速成型机，华中科技上大学开发了世界最大的选择性激光烧结快速成型设备，成型尺寸达1.4至2.2米。2.4 应用领域研究进展
SLS 成型作为3D 打印最为成熟的类型之一，3D 打印的应用对象可以是任何行业，只要这些行业需要模型和原型[15,16]。目前SLS 成型已被广泛的应用于汽车、航空航天、建筑、造船、医学等领域。SLS 技术可快速制造出所需零件的原型，用于对产品的评价、修正；SLS 适合形状复杂零件的小批量定制性制作、快速模具与工具制作[17]，此外，SLS 技术还可以用于开发新材料。近年来，由于选材丰富、无需支撑、生产周期短，特别是便于个性化定制等特点，使得SLS 成型在医学领域发展迅速，Wanibuchi M 等人采用 SLS 技术烧结出了头颅骨模型，Mangano 等人制作了钛合金骨内移植物，此外，SLS 技术还可以用以组织工程支架及药物传送装置的培育制备[18]。3 选择性激光烧结技术目前存在的问题
陆敏雪虽然选择性激光烧结技术已经出现了一段时间，但其毕竟还是一种新兴事物，自身仍然不可避免地存在着问题，这些问题的解决将有利于该领域的长远发展。3.1 打印材料有限
如前所述，目前用于选择性激光烧结技术的材料已有多种，但要使选择性激光烧结技术应用到更多的领域上就必须不断开发新的打印材料。例如，用于SLS 成型的金属材料亟待开发，生物亲和性钛合金、镍基合金、贵金属等材料尚未完全突破。此外，目前使用的打印材料中有一部分具有环境污染性，过度打印或者打印过程中产生的残次品将对环境产生不良影响，急需开发新的材料进行取代。3.2 成型质量无法满足工业要求[19]
目前，SLS 成型系统还存在着成型速度慢、成型精度低、制件表面质量差等问题，成型工艺参数对成型质量的影响也
不易控制，急需研制新型成型系统。3.3 设备与材料的成本较高
SLS 成型的成本问题主要体现在打印设备的以及打印材料价格昂贵方面，目前，金属粉末SLS 成型成型设备价格较高，一般在400-800万人民币元/台。塑料、树脂打印机价格虽然较低，但一般也在100万人民币元/台上下，这使得SLS 成型与传统制造技术相比不具有成本优势，这将严重阻碍SLS 成型技术在市场上的推广。3.4 打印设备通用性较差
目前，很少有SLS 成型设备能够使用多种材料进行打印，这就意味着要想打印不同材质的制件，就必须用到多台打印设备，这将给相关单位造成经济负担，且容易产生资源浪费，因此开发出可以使用多种材料进行打印的通用型设备势在必行。3.5 专业人员短缺
SLS 成型设备与材料的开发以及CAD 数字建模需要大批掌握专业技能的人才，普通用户要想在短时间掌握所需技能具有很大难度，因此在目前一段时间内SLS 成型行业面临着人员短缺的问题。
4 SLS 成型技术未来发展的思路
SLS 成型技术的未来发展方向体现在三个方面，通用型SLS 成型设备的研发、新型打印材料的开发以及SLS 成型技术新的应用领域。
首先是新型SLS 成型设备方面，目前的打印设备还存在着打印速度较慢、打印精度较低、不能同时使用多种材料进行打印的问题，且有些设备的智能化程度不高，打印参数有待优化。未来打印速度更快、精度更高、打印参数优化更合理，且可以使用多种打印材料进行打印的低成本打印设备将大受欢迎，此外，根据Wohlers Associates 在2011-2012年的调查显示，能够打印金属的打印设备消费需求较高，这也将是未来SLS 成型设备的研发方向之一。
其次是打印材料方面，材料是制约SLS 技术发展的重要因素，目前用于SLS 技术的材料已经有很多种，但强度普遍不高、打印精度较低且成本普遍较高，有些打印材料还具有环境污染性，打印完成后的坯件大都需要进行后处理[20]，所以开发低成本、高性能、无需后处理的环保型打印新材料直接关系到SLS 成型技术的产业化推广。我国的SLS 成型材料行业形势严峻，且缺乏相关标准，许多种类的打印材料需要从国外进口，尤其是在金属打印材料方面，国内的研发能力不足。可以预见的是国内在打印材料方面的投入将会加大，制定相关标准，提高新型打印材料的研发能力将会是3D 打印技术的一个发展趋势。
SLS成型技术目前已经应用于人们生活生产的很多方面，但要保证SLS 技术可持续发展必须加大专业人员培养力度、
不断开拓SLS 技术的应用领域，比如珠宝首饰、工艺品生产领域、包装容器成型领域、文物保护领域以及教育领域等。随着科技的进一步发展以及专业人员数量增多，SLS 成型作为一种高新技术将被用于更多的领域，从而促进相关领域乃至经济社会的持续发展。5 结束语
SLS 技术作为一种最早投入应用的3D 打印技术之一，从上世纪80年代产生到现在已在多个方面取得了长足进步，目前，SLS 技术已被广泛的应用于汽车、造船、医疗、航空、军事等领域，但是，SLS 自身还存在着一系列问题，随着各国继续对SLS 成型工艺、设备、材料等方面研发的投入，SLS 技术必将在各个领域发挥更加重要的作用。
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* 长春广播电视大学 吉林 长春 130051
云技术的发展应用趋势
麒麟西瓜种植技术李 琳*LI Lin
摘 要 根据云技术发展的理论总结认为，云技术是基于云计算商业模式应用的网络技术、信息技术、整合技术、
管理平台技术和应用技术等的总称。云计算作为分布式计算技术的一种，是云技术最基本的概念。本文通过对云技术的基本概念介绍、特征以及云技术的主要应用领域及应用现状的研究来进一步了解云计算技术的发展应用趋势。
关键词 云技术 发展应用 趋势
doi：10.3969/j.issn.1672-9528.2015.11.055
近年来，云计算技术快速地成为了一种被人们广泛接受的计算模式。伴随着科学技术的发展及人们生活水平的提高，人们对云计算的核心概念达成了一定的共识，对云技术提供新的服务和消费商业模式也有了越来越深刻的认识。人们的日常生活已经越来越离不开云技术，因此必须对云技术的概念、在应用过程中体现出的特征、应用领域有一定的了解和认识，使云技术拥有一个更加广阔的应用领域和良好的发展前景。1 云技术的介绍
任娇死亡现场照片1.1 云技术的应用发展既是机遇又是挑战
每一项科学技术的发展应用都会给生产领域及人们的日
常生活带来改变，简单地说，云技术的发展给许多行业带来了福音。例如，一些小型微型企业可能资金基础薄弱，在运行发展过程中可能面对非常大的资金的运转压力，然而云技术的发展应用可以使这类企业运用科技来提高工作效率，不但节约人力资源，而且大大提高了企业的市场竞争力。但是又不得不说云技术的发展应用同时也是一种挑战。在云计算技术的发展过程中，仍需要进一步深入研究，仍需克服不少挑战，如服务的可用性、服务的迁移、数据的安全性和服务的性能等。云计算技术的雏形正在逐步形成，在未来的时间里必将引领信息产业发展的新浪潮。
1.2 云技术服务具有很大的发展优势
当前，云计算业务和技术迅猛发展，获得了从政府、产[17]潘琰峰，沈以赴，顾冬冬，胥橙庭.选择性激光烧结技术的发展现状[J].工具技术,2004,38(6):3-7
[18]何敏，乌日开西·艾依提.选择性激光烧结技术在医学上的应用[J].铸造技术,2015,36(7):1756-1759
[19]任继文，彭蓓.选择性激光烧结技术的研究现状与展望[J].机械设计与制造,2009,(10):266-268
[20]任乃飞，张福周，王辉，邢志杰.金属粉末选择性激光烧结技术研究进展[J].机械设计与制造,2010,(2):201-203
[作者简介] 贾礼宾（1990.4.6—），男，山东建筑大学硕士研究生，方向材料工程。
[通讯作者] 王修春，男，山东省科学院新材料研究所研究员，博士。
（收稿日期：2015-12-09）
选择性激光烧结技术研究与应用进展
作者：贾礼宾， 王修春， 王小军， 许斌， 魏军， JIA Li-bin， WANG Xiu-chun， WANG Xiao-jun， XU Bin，WEI Jun
作者单位：贾礼宾，魏军,XU Bin,WEI Jun(山东建筑大学材料科学与工程学院 山东 济南 250014；山东省科学院新材料研究所 山东 济南 250014)， 王修春，许斌,JIA Li-bin,WANG Xiao-jun(山东省科学院新材料研究所 山东 济南
250014)， 王小军,WANG Xiu-chun(山东建筑大学材料科学与工程学院 山东 济南 250014)
刊名：
信息技术与信息化
英文刊名：Information Technology & Informatization
年，卷(期)：2015(11)
引用本文格式：贾礼宾.王修春.王小军.许斌.魏军.JIA Li-bin.WANG Xiu-chun.WANG Xiao-jun.XU Bin.WEI Jun选择性激光烧结技术研究与应用进展[期刊论文]-信息技术与信息化 2015(11)
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