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慧正資訊：選擇性激光燒結（SLS）是工業應用中最受歡迎的聚合物3D打印技術之一。自30年前問世以來，SLS技術已經逐漸成為一種能夠進行功能原型制作的成熟技術，近些年來還被用于最終用途部件的生產。硬件和材料領域的持續創新促進了該技術更加廣泛的應用，以及終端用戶開發新應用的意愿。
本篇文章，我們將概述SLS的發展歷史及最新發展，以了解有關該技術當前和未來更多的機會信息。
SLS發展簡史及新技術
激光燒結使用大功率激光逐層將粉末熔化，該技術的主要優點之一是其打印過程不需要任何支撐結構，極少的內應力和來自粉末的自支撐，使SLS打印件能夠自由成型。
盡管SLS打印的概念在1980年代就已誕生，但第一臺SLS工業打印機直到1992年才被DTM（Sinterstation 2000，DTM后來與3D Systems合并）商業化。隨后，1994 年EOS推出了EOSINT P350.此后，越來越多種類的打印機開始進入市場，標志著工業環境下更快、更大規模打印時代的開始。
1.EOS SLS技術的發展
德國聚合物和金屬3D打印公司EOS可能是市場上最大的SLS設備生產商。2016年，該公司在全球安裝了約3000臺設備，其中51％是SLS系統。
在其30年的發展進程中，EOS已經將SLS技術發展到成熟的技術水平，適用于原型設計和生產中的多種應用。EOS于2006年推出了FORMIGA P100，該系統在引入塑料行業多年后，為塑料行業的工業3D打印質量設定了標準，具有里程碑式的意義。
FORMIGA 110 Velocis 3D打印機
2012年，EOS推出FORMIGA 100的后繼產品FORMIGA P110，該產品在3D Hubs的《2018年3D打印機指南》調查中被評為最佳激光燒結打印機。P110的總構建尺寸為200×250×330mm,可實現更具成本效益的小批量打印，并用于中等尺寸的原型構建和具有高度復雜形狀的零件。
快進到2018年，EOS通過對P110升級改造推出了FORMIGA 110Velocis,它具有改進的加速加熱系統和重復鋪送粉技術，并使用軟件控制以更高的速度用30瓦激光束預熱聚合物材料。通過進一步的技術改進，Velocis的生產率提高了20％，并且打印區域的溫度分布更佳，從而使零件質量更加均勻。
高溫SLS
盡管SLS中最常用的材料仍然是尼龍，但EOS還希望能夠打印更高級的材料，如PEEK,該材料需要更高的溫度才能打印。
2008年，EOS第一個高溫SLS平臺EOSINT P800面世，內部操作溫度可高達385°C,從而將SLS技術擴展到了PEEK等熱塑性塑料的新范圍。
EOS P810激光燒結系統
10年后，EOS推出高溫3D打印機P810，該打印機據稱是世界上第一款針對碳纖維增強PEKK材料的高溫激光燒結系統。
持續創新：FDR和LaserProFusion技術
EOS在SLS技術領域的改進和創新獲得了持續發展。在2019年Formnext展會期間，EOS展示了其基于聚合物的具有精細細節分辨率（FDR）的3D打印技術。FDR工藝使用CO激光進行聚合物燒結，部件具有精細的細節分辨率，最小壁厚可達0.22mm.該技術打破了傳統上的CO2激光燒結技術，EOS也因此成為第一家開發用于粉末工業3D打印的CO激光解決方案的制造商。
a. EOS采用CO激光打印的復雜零件；b. 兩種激光打印的零件表面光滑度比較
FDR技術專注于精致組件，而EOS的另一個解決方案（尚未商業化）LaserProFusion技術旨在最大程度地提高生產率。該技術使用多達100萬個二極管激光器，能夠產生超過5千瓦的累積激光功率。這項技術的主要目的是滿足批量生產的要求，EOS表示它可以在許多應用中替代注塑成型。
LaserProFusion技術整個截面同時燒結
自26年前第一臺SLS 3D打印機問世以來，EOS一直是SLS技術取得巨大進步的主要推動力之一。它一直在推動SLS成為批量化的生產解決方案，并最終獲得成功。
2. 華曙高科Flight光纖激光燒結技術
另一家深耕SLS技術的公司是華曙高科。為了使SLS更快、更精確，華曙高科于2019年推出了Flight技術，即使用光纖激光器代替標準的CO2激光器。
光纖激光能夠向粉末床輸送更多能量，并改善材料的能量分布。這是因為光纖激光能夠實現更小的光斑尺寸，從而轉化為更高的功率密度，允許在更短的時間內燒結粉末，同時可實現更佳的細節。
華曙高科Flight技術與EOS LaserProFusion技術產能對比
在效率方面，Flight技術在相同的時間內相比傳統的SLS工藝在產能方面提高了數倍，比HSS高速燒結工藝提高了3倍。Flight高分子光纖激光燒結技術，在效率、產能、打印細節品質方面，把SLS工藝帶到了新的發展階段。然而由于高分子材料對光纖激光固有的低吸收率，該技術的關鍵點可能在于材料技術的改進。
3. Aerosint混合材料SLS 3D打印
盡管EOS和其他知名的SLS廠商主要致力于光源系統方面的創新，但比利時初創公司Aerosint已經采取了更為激進的方法來開發SLS系統，它能夠使用兩種不同的粉末進行打印，其中一種廉價粉末用作支撐材料。
通常，SLS機器僅能使用一種材料，其中未熔化的粉末起到支撐作用，然而往復的高溫加熱使材料的性能大打折扣。當前，克服此問題的唯一方法是將舊粉與新粉混合，根據一家服務商提供的數據，其每月購買的500公斤粉末中，有25％成為最終部件，25％被浪費，剩下的50％需要不斷混合新粉進行使用。作為SLS的打印材料本身往往價格非常昂貴，如果粉末可以100％重復使用，將會節省大量成本。
Aerosint選擇性粉末沉積技術使用特殊裝置來沉積兩種或多種材料
在這種情況下，引進一種可以使用的、便宜的支撐材料，并使用第二種材料進行零件打印，可以為該工藝節省大量資金。Aerosint“選擇性粉末沉積”技術，是通過有選擇地從旋轉的轉鼓上沉積粉末材料來實現的，該轉鼓穿過整個打印區域，一個轉鼓沉積一種材料，因此至少使用兩個轉鼓來實現多材料沉積。
Aerosint可以實現高達200mm/s的打印速度，與鋪粉輥送粉速度基本一致。該技術的成熟將為制造商帶來大量機遇，包括減少粉末浪費，節省材料成本和減少后處理時間等等。
4. 臺式SLS 3D打印機的誕生
2014年，隨著SLS原始專利的到期，市場上涌現了許多新公司，最典型的一項轉變就是臺式SLS打印機的涌現。雖稱為“臺式”，但其體積并不小，而且足夠緊湊以適合車間環境。臺式SLS打印機的出現為無力承擔工業激光燒結系統的生產者和小型企業降低了使用該技術的門檻。
這些新興的企業包括波蘭公司Sinterit、意大利公司Sharebot、瑞士公司Sintratec以及美國Formlabs公司。Sinterit一直是這個不斷增長市場的領先者，其推出的其中一型設備的成型尺寸為150x200x150mm,最小層分辨率為0.075微米，非常適合希望引入SLS技術而無需在大型設備上投入過多成本的小型企業。Sharebot推出的100x100x100mm尺寸的打印機，僅用300g的粉末就可以進行打印，特別適合材料開發應用。
Sinterit Lisa Pro 臺式 SLS 3D打印機
該細分市場的一項潛在重大創新當屬Formlabs在2017年推出的Fuse打印機，它具有165x165x320mm的成型尺寸，采用光纖激光成型，價格約為10000美元，計劃于2020年中上市（光纖激光打印尼龍，華曙高科和Formlabs誰更早？）。
廉價的臺式FDM、SLA / DLP 3D打印機在2010年后大量涌入，在對增材制造行業的發展做出重大貢獻的同時，也造成了行業的混亂。SLS技術的低成本轉化才剛剛開始，相信最終會在更廣泛的行業和企業中得到應用。
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