SLS 3D 打印机如何工作？

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  要点速览
• 2
  SLS 实际做了什么
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  可用哪些粉末
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  成型腔为何保持高温
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  与工艺匹配的设计规则
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  分步流程：从 CAD 到成品件
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  SLS 与 FDM、SLA 对比

选择性激光烧结用聚焦激光逐层熔融热塑性粉末来构建零件。铺粉刮刀或辊筒在成型腔上铺一层薄粉，激光扫描零件截面，将聚合物颗粒熔合在一起。平台下降一个层厚，循环重复。

零件周围的未熔融粉末保持原位，支撑悬垂、内部通道和薄壁，无需任何独立支撑结构。成型结束后，整个粉饼被取出，零件从中挖出。这就是 SLS 零件没有支撑痕迹的原因，也是该工艺能处理 FDM 不加额外几何就无法打印的形状的原因。

激光不接触零件，能量通过粉末表面传递，因此熔融局部且短暂。典型层厚为 0.08–0.15 mm，激光光斑宽度约 0.2–0.6 mm，视设备级别而定。这两个数值决定表面纹理和可预期的最小特征。

这里没有玄妙之处。设备由粉末处理系统、加热腔、扫描激光和保持粉床温度平稳的控制回路组成。难点在于在整个成型体积内维持热均匀性，这也是 SLS 由服务商而非多数设计部门运行的原因。

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  材料状态半结晶热塑性塑料，熔融后重新固化，不发生化学反应。
• 2
  热源CO2 激光，视成型腔尺寸通常为 30–200 W 级。
• 3
  气氛氮气或空气，保持在粉末结晶点以上以减缓冷却。

PA12 是主力材料。它烧结窗口宽，尺寸稳定性好，耐化学性良好。PA11 来自蓖麻油，属生物基，低温韧性更好，但成本更高，加工时稍软。两者都吸湿，因此粉末使用前需干燥，用后密封。

玻纤和碳纤填充尼龙提高刚度并降低蠕变。PA12-GF 模量更高、热变形温度更好，代价是表面更粗糙、后续加工刀具磨损更大。TPU 牌号约 80A 至 95A，覆盖垫片、护套和活铰链等柔性零件。

标准 SLS 设备不能运行金属或陶瓷。金属粉末需要不同的粘结剂系统、不同的激光功率，通常还需要脱脂和烧结炉。如果零件必须是金属，应规划 CNC 加工或金属注射成型，并将聚合物 SLS 视为仅用于原型的步骤。

粉末不是免费的。典型成型中，粉床里只有 10–20% 的粉末熔入零件。回用比例因材料和设备而异。这一比例对 SLS 零件成本的影响大于激光时间。

• 1
  PA12通用型。刚度好、稳定、易染色。
• 2
  PA11冲击强度和伸长率更高。生物基，成本更高。
• 3
  PA12-GF / CF更刚硬，热变形温度更好，表面更粗糙。
• 4
  TPU柔性零件，80A–95A，清粉较慢。

烧结是热过程，不只是光学过程。激光将粉末升至熔点以上，但周围粉床温度略低于熔点。这个窄区间防止零件冷却时卷曲。如果粉床太冷，顶层比下层收缩更快，零件边缘向上翘曲。

如果粉床太热，扫描区域外的粉末会自行熔合。这称为结块，会破坏零件细节和可回用粉末。设备控制将整个成型体积内的粉床温度保持在几度以内，这也是大型 SLS 成型腔昂贵的原因。

冷却也受控。成型结束后，粉饼留在成型腔或冷却站中缓慢降温。热态取出零件会导致你本想避免的翘曲。清粉前通常需要数小时冷却，高件有时需过夜。

对采购方而言，这很重要，因为它决定最短交期。单次 SLS 成型无法靠调高激光功率来加速。热循环由材料决定，并主导排程。

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  卷边粉床过冷或冷却过快时，零件边缘翘起。
• 2
  结块粉末床温度过高时，粉末床内出现杂散熔融。
• 3
  Z 向增长零件会比 CAD 模型略高，设计时需预留余量。

SLS 的容错能力优于多数增材工艺。最小壁厚约 0.8 mm 可保证几何稳定，小零件上 0.6 mm 也可实现，但需承担一定风险。沿成型方向，约 1 mm 的孔可打印干净。更小的特征容易闭合或尺寸偏小。

无支撑悬垂可以打印，但浅角度仍有影响。与垂直方向夹角大于约 45° 时，粉末可支撑，打印后无可见台阶。角度更小时，底面会形成较粗糙、部分烧结的表皮。多数情况下这属于外观问题，不影响结构。

内部通道是选择 SLS 的最有力理由之一。2 mm 及以上的通道可可靠打印，且事后能清出粉末。小于 1 mm 时粉末会压实，可能无法清除。若通道用于输送流体或空气，应设计更大直径和直线路径。

公差是 SLS 的弱项。预期约为零件尺寸的 ±0.3%，小特征的下限约为 ±0.3 mm。若内孔需要紧公差，先按小尺寸打印，再用 CNC 铰孔或镗孔。这种混合路线在功能原型中很常见。

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  壁厚最小 0.8 mm；承受载荷时用 1.2 mm。
• 2
  孔打印态最小 1 mm；预期偏小 0.1–0.2 mm。
• 3
  间隙打印后需相对运动的零件之间留 0.3 mm。
• 4
  文字小于 1.5 mm 的刻字难以辨认。