一、课题来源与背景：
欧美国家在工业级选择性激光烧结领域处于领先地位。以德国EOS和美国3D Systems为代表，这些企业在高性能设备、材料开发及工艺优化上拥有完善的技术体系，并已广泛应用于航空航天、医疗和工业制造领域。近年来，国外重点关注多激光协同控制、超高温材料烧结以及大幅面复杂构件的快速制造，进一步提高生产效率和产品性能。
国内在此领域起步较晚，但近年来快速发展。以华中科技大学、西安交通大学等为代表的科研机构，以及国内企业在高温激光烧结设备、工艺研发和材料创新方面取得显著成果。
二、技术原理及性能指标
增材制造的核心是通过逐层添加材料来制造三维物体，SLS 打印设备完全遵循这一原理。它利用高功率激光选择性地烧结粉末材料，将粉末颗粒逐层熔化并粘结在一起，从而形成三维实体，是增材制造核心原理的典型应用案例。
主要性能指标如下：
1、材料适应性
适用材料为高分子聚合物：PA（尼龙）、TPU、PEEK等共计20余种。
材料利用率：未烧结粉末可回收（重复使用率约100%）。
2、成型精度
层厚分辨率：80-150μm。
尺寸误差：通常为±0.2%。
3、机械性能
拉伸强度：尼龙（PA12）可达45-50MPa。
耐温性：PA12热变形温度约180℃，PEEK可达340℃。
4、生产效能
构建尺寸：设备成型缸尺寸为260×260×450mm至600×600×800mm。
打印速度：约20-26mm/h高度。
三、技术的创造性与先进性
（一）创造性
1、无模具自由成型
颠覆传统工艺：首次实现无需模具或刀具的“减法制造”向“增材制造”转型，尤其适合单件或小批量复杂结构生产（如拓扑优化后的轻量化部件）。
自支撑设计革命：利用未烧结粉末作为自然支撑，突破传统3D打印（如SLA）依赖支撑结构的限制，可制造传统工艺无法实现的悬空、内腔、晶格等异形结构（如航空航天燃料喷嘴内的螺旋冷却通道）。
2、材料兼容性创新
设备能够支持多种高分子材料和复合材料的打印，并通过特殊的粉末处理工艺和打印参数优化，提升了材料的力学性能和表面质量。这种多材料适应性扩展了设备的应用场景。通过复合粉末（如尼龙+玻璃纤维、金属+陶瓷）实现材料性能定制化，例如碳纤维增强尼龙（PA-CF）兼具高强度和耐热性。
（二）先进性
1、复杂结构制造能力
功能集成设计：可一体成型带有内部流道、铰链或活动部件的组件（如汽车涡轮增压器的冷却系统），减少传统工艺的装配步骤。
微结构可控性：通过调整激光参数（功率、扫描间距）精确控制孔隙率，制造生物相容性骨科植入物或轻质吸能结构。
2、高性能材料应用
耐极端环境材料：直接烧结PEEK、PEKK等高温聚合物，用于航空发动机耐200℃以上高温的电缆支架。
四、技术的成熟程度，适用范围和安全性
1、目前技术已经高度成熟，可以实现批量化生产。
2、适用场景：
复杂结构：内部流道、晶格结构、一体化装配体（如齿轮组）。
案例：西门子燃气涡轮机叶片内部的冷却通道（传统工艺需拆分焊接，SLS一体成型）。
小批量定制：单件或数百件量级，避免模具成本。
案例：助听器耳模、骨科植入物（患者特异性匹配）。
轻量化需求：拓扑优化后的镂空结构，减重30%-70%。
案例：空客A320舱门支架（SLS尼龙件比金属件轻50%）。
功能集成：嵌入传感器或导电通路的多材料部件。
案例：柔性电子穿戴设备的TPU基电路支架。
3、安全性：材料无毒害，安全性高。
五、应用情况及存在的问题
目前设备已与韩国现代汽车，广汽、一汽等汽车厂商合作用于汽车的试制和产线夹具的使用，同时广泛应用于3D打印服务领域，销售与国内众多服务商，为医疗、汽车、消费品及电子、电器、教育等领域均有使用。
应用方面存在的问题是设计思维转换困难，由于传统设计惯性，工程师习惯为注塑/CNC设计，不能充分利用SLS技术的无支撑、复杂结构优势（如晶格减重）。

1.招銮  2.何德生  3.欧健泉