3D打印尼龍材料

尼龍材料激光成型技術應用及經典案例分享：

選擇性激光燒結快速成型技術（簡稱SLS技術）由于具有成型材料選擇范圍寬、應用領域廣的突出優點，得到了迅速的發展，正受到越來越多的重視。它的應用已從單一的模型制作向快速模具制造（及快速鑄造等多用途方向發展。其應用領域涉及航空、航天、機械、汽車、電子、建筑、醫療及美術等行業。目前，SLS技術的應用主要包括以下幾個方面。
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（樹脂，金屬，PA、ABS等）原型。它在新產品的開發中具有十分重要的作用。通過原型，設計者可以很快地評估設計的合理性、可行性，并充分表達其構想，使設計的評估及修改在極短的時間內完成。因此，可以顯著縮短產品開發周期，降低開發成本。具體地講，它主要有以下三個方面的用途。
（1）外形設計考查
很多產品特別是家用電器、移動通訊工具及汽車等對外形的美觀和新穎性要求極高。傳統檢驗外形的方法是用 CAD 將產品圖形顯示于計算機屏幕，但這種方法實際直觀性太差。采用快速原型制造方法可以在極短的時間內，用低廉的造價直接做出設計模型，供設計人員及用戶審查，修改設計后再進行檢驗，直到滿意為止。
（2）功能檢測
設計者使用 RP原型可以迅速進行功能檢測，如流動分析、應力分析、空氣動力學分析等，確定是否最好地滿足設計的要求，從而優化產品設計。如風扇、風鼓等的設計，可獲得最佳扇葉曲面、最低噪音的結構。
（3）裝配干涉檢驗
對新產品的開發，尤其是在有限空間內的復雜系統，其裝配干涉檢驗是十分必要的。SLS原型可以用來制作裝配模擬件，觀察各零部件之間是否協調配合，如何相互影響。通過上述檢驗可以在最短時間內成功地完成設計。
2、快速模具制造
利用SLS技術制造模具有直接法和間接法兩種。直接制模是用SLS工藝方法直接制造出樹脂模、陶瓷模和金屬模具；間接制模則是用快速成形件做母?；蜻^渡模具，再通過傳統的模具制造方法來制造模具。
（1）直接制模
① 直接制造樹脂模
使用 SLS 方法利用尼龍等成型材料可直接制作樹脂模。上述材料經快速成型機制作出模具，然后將制作完成的模具，組合在注射模的模座上，用于實際的注射成型。也可制作出中空模具，以金屬樹脂灌注之，以強化內部結構，并且在模具表面，滲上一層樹脂進行表面結構強化，即可承受注射成型的壓力、溫度，從模具燒結成型至注射塑料產品只需花費5～6天的時間。上述樹脂模也可以作為吸塑模和型腔模使用。
②直接制造金屬模具
利用SLS工藝直接制造金屬模具是目前世界發達工業國家都在研究的領域，主要有以下三種途徑：
第一，金屬粉末大功率激光燒結成型技術
利用高功率激光（1000 W以上）對金屬粉末進行掃描燒結，逐層疊加成型，成型件經表面后處理（打磨、精加工）即完成模具制作，制作的模具可作為壓鑄模、鍛模使用。該方法與激光熔敷的工藝原理是一致的。
第二，混合金屬粉末激光燒結成型技術
成型粉末為兩種金屬粉末的混合體，其中的一種熔點較低，起粘結劑的作用，利用低功率激光快速成型機對混合粉末進行激光燒結即可直接制作金屬模具，用于批量較大的塑料零件和蠟模的生產。
第三，金屬—樹脂粉末激光燒結成型法
使用 SLS 方法，以覆膜金屬粉末或金屬與樹脂的機械混合粉末為成形原料，通過選區燒結得到金屬粘結實體，再經后處理（脫脂、高溫燒結、滲金屬等），直接形成金屬模具。
（2）間接制模
間接制模的方法較多， 比較常用的有以下三種。
① 金屬噴涂制模法
采用噴槍將金屬噴涂到快速成形的原型上形成一個金屬硬殼層，將其分離下來，用填充鋁粉的環氧樹脂或硅橡膠支撐，即可制成注塑模具的型腔。這一方法省略了傳統加工工藝中的詳細畫圖、數控加工和熱處理等三個耗時費錢的過程，因而成本只有傳統方法的幾分之一。
②硅橡膠模法
硅膠模的制備方法是將液體硅膠按照快速成形母模的分型線依次澆鑄，待硅膠固化后， 再將母模脫去，形成一副橡膠模具。硅膠模的特點是制模過程簡單，不需專門設備，脫模容易。硅膠模適宜于蠟、樹脂、石膏等澆鑄成型方法。廣泛應用于精鑄蠟模的制作、藝術品的仿制和生產樣件的制備。
③振動研磨法
振動研磨法是一種利用快速成形原型母模直接加工石墨電極(電火花加工用)的方法。首先利用原型制作一個 Sin 環氧樹脂的負型做為研磨頭，將研磨頭和石墨塊安放在專用的石墨電極研磨機上，研磨頭產生微小旋振， 不斷研磨石墨本體，在石墨塊上研磨出與研具形狀相反, 而與零件形狀相同的石墨電極。
用振動研磨法加工石墨電極，使電極的加工自動化。一個研磨頭可以反復用來研磨電極。一個損耗了的電極經過研磨頭的修復即可復原。用快速成型制作電極的母模具有快速、精度高、尺寸易修改的特點。
3、快速鑄造
鑄造是制造業中常用的方法。在鑄造生產中，模板、芯盒、蠟模壓模等一般都是機加工和手工完成的，不僅加工周期長、費用高，而且精度不易保證。對于一些形狀復雜的鑄件，模具的制造一直是個老大難問題，快速成型技術為實現鑄造的短周期、多品種、低費用、高精度提供了一條捷徑?？梢酝ㄟ^以下三種方法實現快速鑄造。
（1）用快速成形技術直接制造精鑄用蠟模和樹脂消失模。
SLS 方法可以用蠟或可消失性樹脂為原料，直接制造精鑄用的蠟模和樹脂消失模，再用傳統的精鑄工藝，進行涂殼、脫蠟、焙燒等，得到鑄造型殼。對于樹脂消失模，采用高溫閃燒法，迅速將樹脂分解脫去。殘留灰分少，不漲殼、精度高，非常適宜于薄壁的復雜結構鑄件生產。
采用快速成型技術， 可以對收縮造成的尺寸誤差進行校正，如果鑄出成品的尺寸超差，可以立即對 CAD 模型進行修改，再做出第二件蠟模與樹脂模。這種方法尤其適用于形狀復雜的單件或小批量的鑄件生產，如飛機葉片、葉輪等等特殊件。國外公司已用此方法制造了飛機葉輪、摩托車汽缸頭、無鏈條自動車中軸等鑄件。
（2）用快速成形原型代替鑄造中的木?；蛑圃扈T造模具。
度和尺寸穩定性優于木模。特別是對于難以加工、需要多種組合的木模用快速成型模的優點就更為突出。
快速成形原型還可用于制造硅膠?；蚴嗄?、陶瓷模的母模，翻制成模具再制作蠟型芯殼或直接澆鑄，這種方法適合于小批量鑄件的生產， 用翻硅膠模的方法，借助快速成形原型生產出了人造骨、人體頭像、渦輪等零件的蠟模和鑄件。
（3）用快速成形技術直接成型鑄造型殼、型芯和蠟模的壓型。
用鑄造用覆膜陶瓷為原料， 可以一步制成鑄造用的型殼，在 CAD 環境中, 直接將零件模型轉換為殼型, 再配以澆冒口系統。燒結過程中，非零件部分進行燒結，零件部分仍是粉末。燒結完成后，將粉末倒出再經過固化處理就或為鑄造用的型殼。此方法省去了傳統精鑄過程中蠟型制作、涂殼、脫蠟等多道工藝過程，是對傳統鑄造過程的重大變革。

SLS 選擇性激光燒結成型技術原理：

選擇性激光燒結快速成型的原理：它是采用采用二氧化碳激光器對粉末材料（塑料粉、陶瓷與粘結劑的混合粉、金屬與粘結劑的混合粉等）進行選擇性燒結，是一種由離散點一層層對集成三維實體的工藝方法。

此種快速成型的加工流程：在開始加工之前，先將充有氮氣的工作室升溫，并保持在粉末的熔點一下。成型時，送料筒上升，鋪粉滾筒移動，先在工作平臺上鋪一層粉末材料，然后激光束在計算機控制下按照截面輪廓對實心部分所在的粉末進行燒結，使粉末溶化繼而形成一層固體輪廓。第一層燒結完成后，工作臺下降一截面層的高度，在鋪上一層粉末，進行下一層燒結，如此循環，形成三維的原型零件。最后經過5-10小時冷卻，即可從粉末缸中取出零件。未經燒結的粉末能承托正在燒結的工件，當燒結工序完成后，取出零件。粉末材料選擇性燒結工藝適合快速成型中小件，能直接的到塑料、陶瓷或金屬零件，零件的翹曲變形比液態光敏樹脂選擇性固化工藝要小。但這種工藝仍需對整個截面進行掃描和燒結，加上工

作室需要升溫和冷卻，快速成型時間較長。此外，由于受到粉末顆粒大小及激光點的限制，零件的表面一般呈多孔性。在燒結陶瓷、金屬與粘結劑的混合粉并得到原型零件后，須將它置于加熱爐中，燒掉其中的粘結劑，并在孔隙中滲入填充物，其后處理復雜。

SLS 選擇性激光燒結成型技術特點：
①過程與零件復雜程度無關,是真正的自由制造,這是傳統方法無法比擬的。SLS與其它RP不同,不需要預先制作支架,未燒結的松散粉末作了自然支架。SLS可以成型幾乎任意幾何形狀的零件,對具有復雜內部結構的零件特別有效。
②產品的單價幾乎與批量無關,特別適合于新產品的開發或單件、小批量零件的生產。
③生產周期短,從CAD設計到零件的加工完成只需幾小時到幾十小時,整個生產過程數字化,可隨時修正、隨時制造。這一特點使其特別適合于新產品的開發。 
④與傳統工藝方法相結合,可實現快速鑄造、快速模具制造、小批量零件輸出等功能,為傳統制造方法注入新的活力。
⑤材料范圍寬,任何受熱粘結的粉末材料都有被用作SLS原材料的可能性。材料無浪費,未燒結的粉末可重復使用。 
⑥應用面廣。由于成型材料的多樣化,使得SLS適合于多種應用領域,如原型設計驗證、模具母模、精鑄熔。

尼龍(PA)

尼龍材料用SLS方法可被制成功能零件，目前商業化廣泛使用的有4種成分的材料。
1)標準的DTM尼龍，能被用來制作具有良好耐熱性能和耐蝕性的模型；
2)DTM精細尼龍，不僅具有與DTM尼龍相同的性能，還提高了制件的尺寸精度、降低表面粗糙度，能制造微小特征，適合概念型和測試型制造，但價格高達188＄／kg(人民幣約1500元／kg)；
3)DTM醫用級的精細尼龍，能通過高溫蒸壓被蒸汽消毒5個循環；
4)原型復合材料是DuraForm GF經玻璃強化的一種改性材料，與未被強化的DTM尼龍相比，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，同時提高了耐熱性和耐腐蝕性。
同時，EOS公司發展了一種新的尼龍粉末材料(PA3200GF，有點類似于DTM的DuraForm GF)，這種材料可以產生高精度和很好的表面光潔度。