激光功率及波長(zhǎng)的影響

激光功率

• 燒結(jié)能力關(guān)聯(lián)：激光功率是 SLS 蠟?zāi)?3D 打印機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，它直接決定了蠟粉燒結(jié)的效果和效率。較高的激光功率能夠使蠟粉顆粒更快地熔化并粘結(jié)在一起，適用于快速構(gòu)建較大尺寸或者較厚的蠟?zāi)＝Y(jié)構(gòu)。例如，在制造一些大型工業(yè)零部件的蠟?zāi)r(shí)，足夠的激光功率可以確保蠟粉在短時(shí)間內(nèi)充分燒結(jié)，提高打印速度。然而，如果激光功率過(guò)高，可能會(huì)導(dǎo)致蠟?zāi)１砻娉霈F(xiàn)過(guò)燒現(xiàn)象，比如產(chǎn)生焦糊、變形等問(wèn)題，影響蠟?zāi)５馁|(zhì)量和后續(xù)使用。相反，激光功率過(guò)低則可能無(wú)法使蠟粉完全熔化，造成燒結(jié)不牢固，使得蠟?zāi)＝Y(jié)構(gòu)松散，甚至在后續(xù)的搬運(yùn)或加工過(guò)程中出現(xiàn)損壞。
• 不同材料適配：不同種類的蠟粉材料因其熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率等物理性質(zhì)各異，對(duì)激光功率的要求也不盡相同。對(duì)于熔點(diǎn)較高、質(zhì)地相對(duì)較硬的蠟粉，往往需要較高的激光功率來(lái)實(shí)現(xiàn)良好的燒結(jié)；而熔點(diǎn)較低、較易熔化的蠟粉則可以使用相對(duì)較低的激光功率。所以，在選擇蠟粉材料時(shí)，需要結(jié)合打印機(jī)的激光功率范圍來(lái)綜合考慮，以達(dá)到最佳的燒結(jié)效果。

激光波長(zhǎng)

• 材料吸收特性：激光波長(zhǎng)同樣對(duì)打印過(guò)程起著重要作用，它影響著蠟粉材料對(duì)激光能量的吸收程度。不同的蠟粉材料對(duì)于特定波長(zhǎng)的激光有著不同的吸收效率，例如，某些蠟粉可能對(duì)波長(zhǎng)在近紅外區(qū)域的激光吸收效果較好，在該波長(zhǎng)激光的照射下，能夠高效地將激光能量轉(zhuǎn)化為熱能，從而實(shí)現(xiàn)良好的燒結(jié)。如果激光波長(zhǎng)與蠟粉材料的吸收特性不匹配，即使激光功率足夠，蠟粉也難以充分吸收能量進(jìn)行熔化燒結(jié)，會(huì)導(dǎo)致打印失敗或者打印出的蠟?zāi)Ｙ|(zhì)量欠佳。
• 應(yīng)用場(chǎng)景差異：在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)不同的使用場(chǎng)景和對(duì)蠟?zāi)Ｐ阅艿囊螅袝r(shí)也需要選擇合適波長(zhǎng)的激光。比如在需要高精度、表面質(zhì)量要求極高的珠寶蠟?zāi)４蛴≈?，可能?huì)選用一種特定波長(zhǎng)的激光，該波長(zhǎng)能使蠟粉細(xì)膩且均勻地?zé)Y(jié)，減少因能量吸收不均勻帶來(lái)的表面瑕疵；而在一些對(duì)精度要求稍低、更注重生產(chǎn)效率的工業(yè)蠟?zāi)Ｖ圃靾?chǎng)景下，可能會(huì)根據(jù)蠟粉材料普遍適配的常用波長(zhǎng)來(lái)選擇激光，以實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定的打印。

打印層厚與精度分析

打印層厚

• 對(duì)模型精細(xì)度影響：打印層厚是指在 SLS 打印過(guò)程中，每一層蠟粉被燒結(jié)后形成的蠟?zāi)拥暮穸?。較小的打印層厚能夠使蠟?zāi)３尸F(xiàn)出更精細(xì)的細(xì)節(jié)和更光滑的表面效果。例如，在打印具有精細(xì)紋理的藝術(shù)雕塑蠟?zāi)；蛘邚?fù)雜的珠寶蠟?zāi)r(shí)，層厚設(shè)置在幾十微米級(jí)別，可以清晰地還原設(shè)計(jì)模型中的微小紋路、薄壁結(jié)構(gòu)等細(xì)節(jié)。反之，較大的層厚雖然能夠加快打印速度，但會(huì)導(dǎo)致蠟?zāi)１砻娉霈F(xiàn)明顯的階梯狀紋理，降低模型的精細(xì)度，對(duì)于一些對(duì)外觀和精度要求高的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)就不太適用。
• 與打印速度權(quán)衡：選擇打印層厚時(shí)往往需要在精度和速度之間進(jìn)行權(quán)衡。較薄的層厚意味著需要更多的層數(shù)來(lái)構(gòu)建整個(gè)蠟?zāi)?，打印時(shí)間會(huì)顯著增加；而較厚的層厚則可以減少層數(shù)，加快打印過(guò)程，但會(huì)犧牲一定的精度。在實(shí)際生產(chǎn)中，需要根據(jù)具體的產(chǎn)品需求和生產(chǎn)任務(wù)的緊急程度來(lái)合理確定打印層厚。比如對(duì)于批量生產(chǎn)的、精度要求不是特別高的工業(yè)蠟?zāi)?，可以適當(dāng)增大層厚以提高生產(chǎn)效率；而對(duì)于定制化的、高價(jià)值的精細(xì)蠟?zāi)?，則優(yōu)先考慮采用較小的層厚來(lái)保證質(zhì)量。

精度分析

• 尺寸精度：尺寸精度體現(xiàn)了打印出的蠟?zāi)Ｅc設(shè)計(jì)模型在尺寸大小方面的吻合程度。SLS 蠟?zāi)?3D 打印機(jī)的尺寸精度受到多種因素影響，包括激光掃描系統(tǒng)的精度、機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的定位精度以及蠟粉材料在燒結(jié)過(guò)程中的收縮率等。高精度的打印機(jī)能夠?qū)⒊叽缯`差控制在極小的范圍內(nèi)，這對(duì)于一些需要與其他零部件精確配合的蠟?zāi)?，如精密鑄造中的模具蠟?zāi)！⒀揽漆t(yī)療中的修復(fù)體蠟?zāi)５戎陵P(guān)重要，否則可能導(dǎo)致后續(xù)鑄造出來(lái)的金屬零件無(wú)法正常安裝使用或者醫(yī)療修復(fù)效果不佳。
• 形狀精度：形狀精度關(guān)乎蠟?zāi)Ｊ欠衲軌驕?zhǔn)確還原設(shè)計(jì)模型的復(fù)雜形狀和幾何結(jié)構(gòu)。由于 SLS 是通過(guò)逐層燒結(jié)的方式構(gòu)建蠟?zāi)?，在一些具有懸空部分、薄壁、?nèi)角等特殊形狀的部位容易出現(xiàn)精度問(wèn)題，比如懸空部分可能需要添加支撐結(jié)構(gòu)，如果支撐設(shè)計(jì)不合理或者去除支撐后處理不當(dāng)，可能會(huì)影響該部位的形狀精度。此外，激光掃描路徑的規(guī)劃、蠟粉的均勻性等也會(huì)對(duì)形狀精度產(chǎn)生影響，保證良好的形狀精度才能確保蠟?zāi)Ｔ诤罄m(xù)應(yīng)用中符合預(yù)期的功能和外觀要求。

構(gòu)建平臺(tái)的溫度控制

初始溫度設(shè)定

• 蠟粉鋪展均勻性：構(gòu)建平臺(tái)的初始溫度對(duì)于蠟粉在平臺(tái)上的鋪展均勻性有著重要影響。合適的初始溫度能夠使蠟粉在鋪粉過(guò)程中更好地平鋪，避免出現(xiàn)局部堆積或者空缺的情況。例如，當(dāng)平臺(tái)溫度略高于蠟粉的室溫狀態(tài)下的流動(dòng)性溫度時(shí)，蠟粉可以像細(xì)沙一樣均勻地散布在平臺(tái)上，為后續(xù)激光燒結(jié)提供一個(gè)良好的起始條件。如果平臺(tái)溫度過(guò)低，蠟粉可能無(wú)法順利鋪開(kāi)，導(dǎo)致每層蠟粉的厚度不均勻，進(jìn)而影響整個(gè)蠟?zāi)５馁|(zhì)量；而平臺(tái)溫度過(guò)高，則可能使蠟粉在鋪展前就出現(xiàn)部分熔化、粘連等問(wèn)題，同樣破壞蠟?zāi)５某尚托Ч?/li>
• 首層燒結(jié)質(zhì)量：初始溫度還會(huì)影響首層蠟?zāi)５臒Y(jié)質(zhì)量。適宜的平臺(tái)溫度有助于蠟粉在激光照射下更好地與平臺(tái)粘結(jié)，提高首層的牢固程度，使其能夠?yàn)楹罄m(xù)層的構(gòu)建提供穩(wěn)定的基礎(chǔ)。不同的蠟粉材料對(duì)應(yīng)著不同的最佳初始平臺(tái)溫度范圍，需要根據(jù)所選用的蠟粉特性來(lái)精準(zhǔn)設(shè)置，確保首層燒結(jié)良好，防止出現(xiàn)首層與平臺(tái)分離或者燒結(jié)不完整等現(xiàn)象。

溫度穩(wěn)定性

• 打印過(guò)程影響：在整個(gè)蠟?zāi)４蛴∵^(guò)程中，構(gòu)建平臺(tái)的溫度穩(wěn)定性至關(guān)重要。一旦溫度出現(xiàn)較大波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致蠟粉的物理性質(zhì)（如流動(dòng)性、燒結(jié)特性等）發(fā)生變化，進(jìn)而影響各層蠟?zāi)Ｖg的粘結(jié)效果和整體蠟?zāi)５慕Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。例如，溫度突然升高可能使正在燒結(jié)的蠟粉過(guò)度熔化，破壞已有的蠟?zāi)＝Y(jié)構(gòu)；溫度降低則可能使后續(xù)的蠟粉燒結(jié)不充分，產(chǎn)生分層、開(kāi)裂等質(zhì)量問(wèn)題。因此，打印機(jī)通常配備有高精度的溫度控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)并調(diào)節(jié)平臺(tái)溫度，使其保持在設(shè)定的穩(wěn)定范圍內(nèi)，保障蠟?zāi)氖讓拥阶詈笠粚佣寄芨哔|(zhì)量地?zé)Y(jié)成型。
• 不同蠟?zāi)ｎ愋鸵?/strong>：不同類型、尺寸的蠟?zāi)?duì)平臺(tái)溫度穩(wěn)定性的要求也有所差異。對(duì)于大型、厚壁的蠟?zāi)?，由于打印時(shí)間較長(zhǎng)，溫度變化的累積影響更大，需要更嚴(yán)格的溫度控制來(lái)確保內(nèi)部和外部的蠟?zāi)＝Y(jié)構(gòu)均勻燒結(jié)；而小型、薄壁的蠟?zāi)ｋm然打印時(shí)間相對(duì)較短，但因其結(jié)構(gòu)脆弱，對(duì)溫度波動(dòng)更為敏感，同樣需要穩(wěn)定的平臺(tái)溫度環(huán)境來(lái)保證質(zhì)量，避免因溫度變化導(dǎo)致的蠟?zāi)Ｗ冃?、損壞等情況。