以1千个3D打印零件为例，评估金属SLS 工艺链的工业潜力

抖音热门 2025年09月08日 15:23 1 admin

近日，德国Fraunhofer IAPT （弗劳恩霍夫工业工程与自动化研究所）烧结增材制造项目组的研究人员分享了一项研究：研究所通过与L-PBF（粉末床选区激光熔融）工艺的全面对比，评估了金属SLS（选区激光烧结）工艺链的工业潜力。本期3D科学谷将分享这一评估，以供行业探讨。

图：基于SLS 技术的金属增材制造工艺链

— 金属SLS工艺链 —

金属SLS，是将聚合物部件的选区激光烧结（SLS）3D打印技术与传统粉末冶金的工艺技术相结合的技术，也称为冷金属熔合（Cold Metal Fusion），Fraunhofer IAPT 的研究人员通过与 L-PBF 工艺的全面对比，评估了金属SLS工艺链的工业潜力。结果表明：利用成熟的SLS增材制造-3D打印设备也可实现成本效益高且可扩展的生产，使金属SLS 适用于中小批量生产。

研究人员在标准SLS 3D打印设备中，使用了一种专门开发的复合粉末，与聚合物粉末类似，逐层铺粉并选择性熔融。该复合材料由包裹在热塑性粘结剂中的金属颗粒组成。在局部激光照射下，粘结剂熔化并形成致密、尺寸稳定的3D打印生坯。生坯随后经历与金属注射成形（MIM）类似的工艺链：经过可选的生坯状态后处理后，进行溶剂脱脂和热脱脂，随后通过烧结获得所需的金属性能。

— 综合对比 —

这项研究中的经济评估是基于1,000个自行车碟刹支架的增材制造而开展的，这是中小批量生产的典型部件。

图：增材制造的自行车碟刹支架

生坯加工展现出了显著的经济潜力，尤其是对于工具钢和硬质合金材料而言：由于此时材料处于较软状态，后处理速度更快，刀具磨损显著降低。如果尺寸或表面要求未达到标准，可对烧结后的零件进行额外后处理。

与粉末床选区激光熔融（L-PBF）这样的直接金属增材制造工艺不同，金属SLS在3D打印阶段不涉及金属颗粒的熔化。因此，即使是难焊金属，也能在烧结过程中加工成几何形状复杂的部件。该方法既利用了基于激光的聚合物SLS 3D打印的精度，又结合了烧结步骤的优势，如低残余应力。

研究人员从两个方面进行了对比，包括经济性和质量。在经济性方面，详细分析了交付时间和成本结构，并考虑了烧结工艺链中不同熔炉尺寸的影响。质量方面，考察了尺寸精度、密度、硬度、拉伸性能和表面粗糙度等方面的差异。

在 L-PBF 和金属SLS 的对比中，均使用了单激光系统。由于SLS工艺的高成形速率，工艺链中的主要时间瓶颈不在于3D打印本身，而在于后续的脱脂和烧结步骤。

图：SLS工艺链与单激光L-PBF设备零件生产时长对比。

— 烧结与成本分析 —

研究人员考察了两种烧结炉，炉膛容积分别为11升（ISO 240）和28升（ISO 320）。这两种烧结炉的购置成本差异不大，但运行成本不同。必须通过优化炉子的利用率来降低电力和燃气消耗。后处理未计入生产周期的计算，因为它取决于具体的零件要求。

研究人员谈到，金属SLS技术具有高成形速率和无支撑3D打印的优势，从而省去了支撑去除这一需要大量额外工作的环节。虽然这些结果在不同部件和工艺链设计中的适用程度不尽相同，但它们确实展现了使用金属SLS进行系列生产的经济潜力。

这种基于SLS 技术的金属增材制造工艺链，与粘结剂喷射等间接金属3D打印技术类似，最终需要走向脱脂和烧结来完成从“生胚”到“金属”的蜕变。3D科学谷认为值得思考的是，尽管通过以上验证评估展现出了金属SLS工艺链在工业应用中的潜力，但在实际应用中仍需考虑一些因素。例如，开发配套的专用复合粉末材料及配套的工艺参数包；在设计阶段对于收缩率进行精准补偿，确保脱脂、烧结工艺的稳定性以保障批量生产的零件一致性。此外，该工艺链的经济性模型是双重驱动的：一方面源于SLS 3D打印生坯阶段的高成形速率和无支撑制造优势，显著减少后处理工时；另一方面则通过优化烧结炉的装载量（‘一次烧结出炉很多’），摊薄后处理阶段的单位成本，从而适合中小批量的规模化生产。

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