摘 要：概述了选择性烧结技术对于薄壁零件加工的意义，说明了选择性烧结技术的原理，以一种薄壁零件的加工过程详细分析了薄壁零件的加工工艺，在总结试验的基础上，综合考虑具体零件类型和材料等不同，得到了薄壁零件加工的主要工艺参数的选取原则和参考思路，并且展望了以后的发展方向。

关键词： 选择性烧结；薄壁零件；工艺参数

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.010

1 课题研究的意义

选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，简称SLS）是发展最为迅速的一种增材制造技术，也是3D打印技术的典型代表，其根据3维模型的数据，采用高精度、高能量的激光束选择性的把粉末材料分层烧结叠加直接成型可以直接运用的复杂的三维实体零件，高效智能，大大缩短了产品的开发周期。薄壁零件因为耗材少而机械性能佳被广泛运用于各大行业，但是薄壁零件的薄壁在加工制造过程由于受力，受热等因素影响容易产生变形，导致零件的精度降低，使用性能大打折扣。因此本文把选择性烧结技术运用到薄壁零件的制造与加工中，通过对加工工艺影响因素的分析来寻找提高加工效果，同时在快速成型设备华曙FS4001上进行了薄壁零件加工工艺的正交实验研究与验证，以尼龙粉末为材料，分别组合实验了激光功率、扫描速度、烧结间距和单层层厚对成型薄壁零件效果的影响，最后在实验中获得了优化的工艺参数和工艺原则。因此本文的研究具有重要的意义。

2 选择性激光烧结（SLS）原理

SLS成型装置原理如下图1所示，由供粉缸、工作缸、阵镜系统、光路系统以及铺粉装置等组成。工作时供粉缸活塞上升，铺粉辊将粉末按照设置的厚度均匀铺上一层在工作缸活塞上，电脑根据三维数据模型的切片控制激光束的扫描轨迹，选择性地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。完成一个层面后，工作活塞再下降一个层厚，铺粉系统再铺上一层设定好厚度的新粉，再按照切片轨迹扫描烧结新层，如此循环往复，层层叠加，直到三维零件成型，最后待温度冷却后取出成型件，回收未烧结的粉末。整个过程均需要预热，这样可以减少成型中的热应力集中变形，并利于层与层之间的结合，对于不同的粉末材料，烧结的余热温度有所不同。

3 薄壁零件“多用途物品架”选择性烧结加工工艺实例分析

“多用途物品架”选择性烧结加工工艺过程分为前处理、分层烧结成型以及后处理过程三个阶段。采用华曙FS4001设备，以尼龙粉末为材料，进行实验。

（1）前处理 。前处理阶段为建立三维CAD模型，完成数据转换后，输入到SLS设备电脑中。如图2所示，薄壁零件在前期三维造型时需要加厚壁厚，设计成大于0.3mm的壁厚，最好达到2mm，三维软件造型后输出成STL文件格式，公差设置为三角公差0.02，相邻公差0.0125，输出类型为二进制。

多用途物品架连接机构的支撑均是薄壁件，摆放时尽量斜置摆放，如下图3、图4所示。同时由于较大面积接触易发生防止发生翘曲现象，还需避免较大面积接触底面。

对于尺寸比较大的薄壁零件，如果超过了SLS设备的烧结打印极限的话，则需要将零件进行分块分割烧结，然后再拼装起来。这里需要设置的加工工艺为燕尾槽分割法，以保证产品的强度与使用要求，如下图5所示。

（2）分层烧结成型烧结前的第一道工艺就是预热，使系统环境温度均匀，节省成型时间，保证加工精度，提高薄壁零件成型的性能和质量。本实验所采用华曙FS4001设备，以尼龙粉末为烧结材料需要预热到100摄氏度左右。根据三维造型结构的特点，在设备电脑中设定不同的建造工艺参数以进行试验和对比，如单层层厚、激光扫描速度和扫描方式、激光功率、烧结间距，自动烧结完毕后待成型零件缓慢冷却至40℃以下是取出。通过不同参数的匹配，具体试验结果分析如下：

首先是激光功率的影响：当激光功率增加时，加工的尺寸误差会向正方向增大，强度也随着增大；反之亦然；并且激光功率过大会加剧因熔固收缩而导致的制件翘曲变形；其次是激光的扫描速度：当扫描速度增加时，尺寸误差向负误差的方向减小，烧结制件强度降低；第三是烧结间距的影响：烧结间距增加，尺寸误差向负误差方向减小，烧结制件强度减小，成型效率提高；最后是铺粉的单层层厚：单层层厚增加，尺寸误差向负误差方向减小，烧结制件强度减小，成型效率提高。

当以上参数选取不当，会导致层与层之间的粘接、烧结体的收缩变形、翘曲变形甚至开裂等状况，如下图6所示的烧结成型过程图中的开裂现象；如图7所示因温度调整不当造成薄壁较长件产品的翘曲变形现象。

（3）后处理工艺。零件烧结成型后处理工艺主要为静置、强制固化、去粉、包覆等。通过这些后处理可以提高零件强度和使用寿命。

4 结论

本文通过运用选择性激光烧结技术来加工制造薄壁零件，分析了薄壁零件的加工工艺，然后通过试验验证了此种技术对于加工薄壁零件的优势，在总结试验的基础上，综合考虑具体零件类型和材料等不同，得到了薄壁零件加工的主要工艺参数的选取原则和参考思路，为以后优质高效加工精度和强度都好的薄壁零件提供了良好的借鉴作用，同时以后的最优化工艺参数的匹配测试也是一个积极的努力方向。

参考文献：

[1] 任乃飞，杭雅慧，赵岩.316L选择性激光烧结参数对烧结件性能的影响[J].电子科技：综合版，2016（01）.

[2]彭雪峰，史玉升，黄树槐.SLS制件精度的影响因素研究[J].CMET.锻压装备与制造技术，2005（01）.

[3]李守卫，沈以赴，顾冬冬等.选择性激光烧结金属件翘曲与开裂问题的研究进展[J].激光杂志，2005（05）

基金项目：湖南省教育厅科学研究一般项目（编号：15C0977）

作者简介：李卫（1982-），男，湖南资兴人，硕士研究生，主要研究方向为机械工程。