SLS 3D 打印：粉末床工艺限制完全指南

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  SLS 3D 打印如何熔合粉末
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  决定 SLS 3D 打印成败的设计规则
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  尼龙、填料，以及各牌号能带来什么
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  公差、各向异性，以及 SLS 的偏差来源
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  SLS 3D 打印何时优于机加工和注塑
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  SLS 3D 打印 vs CNC 加工 vs 注塑

选择性激光烧结在加热的粉末床内成形零件。铺粉刮刀或辊筒在成形平台上铺一层聚合物粉末，通常厚 0.08–0.12 mm。CO2 激光随后扫描属于零件的截面，在光束经过处熔化聚合物颗粒。平台下降一个层厚，新粉铺过表面，循环重复。

关键细节是粉床保持高温。腔体温度维持在材料熔点略下方，聚酰胺 12 通常为 160–175 °C。这种预热使激光只需补充少量能量即可触发熔化。没有预热，熔池在冷粉上冷却会导致零件卷曲。粉床才是工艺的核心，而非激光。

由于每层都被未烧结粉末包围，粉末本身支撑悬垂结构。可以成形无内部支撑、下表面无分离痕迹的空心球体。这是 SLS 3D 打印适合复杂管路、点阵支架以及内部通道零件的主要原因——这些结构在树脂或 FDM 中无法支撑。

成形结束后，整个粉块在机器内缓慢冷却，有时需 6–12 小时。此阶段过快是翘曲最常见的原因。随后取出零件，喷砂去除附着粉末，剩余粉饼过筛回用。回收粉与新粉按比例混合，比例影响表面质量和力学强度。

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  层厚通常为 0.08–0.12 mm；更薄的层改善 Z 向表面质量，而非 XY 精度。
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  腔体预热接近熔点的粉床温度防止零件在冷粉上卷曲。
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  粉末自支撑悬垂低至 0° 也可成形，无需专用支撑结构。

从壁厚开始。玻纤增强或普通 PA12 可做到 0.8–1.0 mm 壁厚，但低于 0.6 mm 会出现多孔表皮和翘边。承重壁厚保持在 1.5 mm 以上。短加强筋没问题；长而悬空的薄片会翘曲，因为烧结表皮比芯部冷却更快。

孔是多数首次设计丢失公差的地方。小于 Ø1.5 mm 的孔可能闭合或烧结堵死，取决于方向。更大的孔在冷却中收缩，标称 Ø6 mm 的孔可能小 0.15–0.25 mm。实用做法是按此余量将孔建模偏小，或计划烧结后钻孔铰孔。

间隙与特征同样重要。需在成形后自由运动的配合件需留 0.3–0.5 mm 间隙。更紧的配合可能在界面熔合，因为热量会穿过粉末间隙传导。卡扣和活动铰链应先打印测试件：粉末床铰链与注塑件行为不同，截面过厚会开裂。

排粉路径是隐形杀手。任何封闭空腔都会困住未烧结粉末，成形后无法清除。在空腔最低点加两个以上 Ø4–5 mm 排粉孔，或将空腔设计为开放通道。密封内部空腔会导致零件异响，并成为无法检测的尺寸变量。

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  最小壁厚PA12 为 0.8–1.0 mm；承重壁为 1.5 mm。
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  最小孔径Ø1.5 mm；预期收缩 0.15–0.25 mm，并计划铰孔。
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  间隙需运动的配合面之间留 0.3–0.5 mm。
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  排粉任何空心体最低点设 Ø4–5 mm 排粉孔。

聚酰胺 12 是默认选择。它烧结窗口最宽、耐化学性好、收缩可预测，因此在量产 SLS 中占主导。零件表面略呈颗粒感，喷砂后呈均匀哑光。它易上染，因此黑色和灰色饰面无需喷漆。

聚酰胺 11 是生物基替代品，低温冲击强度更好，韧性略高。成本更高，烧结窗口更窄，因此用于需弯曲或处于低温环境的零件。玻纤增强 PA12 提高刚度和热变形温度，但铺粉器磨损缩短机器寿命，表面也更粗糙。

对于需要滑动或耐磨的零件，纯 PA 单独使用并不合适。存在内润滑和填充二硫化钼的牌号，但它们是专用粉末，有各自的成形参数。如果衬套需保持动配合，用 POM 或青铜机加工通常比调试填充 SLS 粉末更便宜。

TPU 可用于柔性 SLS 零件，通常为 45–90 Shore A 范围。它烧结成多孔、有弹性的晶格结构，适合做握把和减震件。它不能替代模压橡胶：撕裂强度更低，表面深纹理处会残留粉末。柔性零件应保持简单，避免薄而高应力的柔性结构。

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  PA12默认牌号：工艺窗口宽，收缩可预测，易染色。
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  PA11低温冲击和延展性更好；烧结窗口更窄。
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  玻纤增强 PA12刚度和热变形温度更高；表面更粗糙，磨损更快。

调校良好的 SLS 设备在 100 mm 零件上约保持 ±0.3 mm，或尺寸的 ±0.3%，取较大值。这是整个成型缸的工艺能力值，不是单件保证。大薄板和长梁因在粉床内冷却不均，偏差更大。

成型件具有各向异性。Z 方向强度通常低于 XY 方向，因为层间结合弱于层内烧结材料。沿 Z 方向受拉的零件可能在 XY 值的 80–90% 时失效。关键载荷路径应布置在 XY 平面内，避免直接横跨层间受拉。

在成型包络中的位置会改变结果。靠近粉床中心的零件比边缘零件经历更均匀的腔体温度，因此变形更小。如果一批中有一个紧公差特征，将其放在靠近中心处，并保持周围成型件稀疏。在其周围密集排布零件会以精度换产能。

后处理也会改变尺寸。喷砂根据压力去除 0.02–0.05 mm 表层。染色不增加明显厚度，但可能使薄壁轻微膨胀。如果某特征在烧结后已处于公差边缘，喷砂会将其推出公差。在确定图纸公差前先规定表面处理。

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  能力干净成型时约 ±0.3 mm 或 ±0.3%，取较大值。
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  各向异性拉伸时 Z 方向强度约为 XY 的 80–90%。
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  成型位置中心零件比边缘零件更能保持公差。

SLS 的优势在几何自由度，不在单件成本。无需工装、无需去除支撑、无需逐件装夹。一个带内部流道的复杂支架从粉床出货，成本可能低于五轴加工的编程费用。这使其适合原型、过渡件和设计仍可能变更的小批量生产。

劣势在表面处理和精度。成型态 SLS 表面约为 Ra 8–15 μm，远粗于机加工的 Ra 1.6–3.2 μm。如果零件需要密封面、轴承内孔或压配合，计划在烧结后加工这些特征。混合流程很常见：打印毛坯，然后在 CNC 上精加工关键直径。

产量是另一条边界。粉床成型按包络空间计价，不按零件数量，因此嵌套的小零件很快变得便宜。但一旦零件简单到可以开模，注塑会在低数千件左右超过 SLS。对于无内部特征的普通壳体，交叉点可能比多数团队预期的更早。

材料是最后一道筛选。SLS 是聚合物工艺。它不生产结构金属零件，也无法保持阳极氧化或电镀表面。当图纸要求 6061-T6、17-4PH 或硬质涂层表面时，无论几何多复杂，粉床都是错误的设备。

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  选 SLS复杂内部几何、小批量、设计仍在变更。
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  选 CNC紧公差内孔、密封面、金属或指定表面处理。
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  混合打印近净形毛坯，仅加工关键接口。