金属SLS能打印带内部腔体的复杂零件吗？粉末如何清理？

从制造工程角度来看，能够制造带有内部空腔的复杂零件是金属选择性激光烧结（SLS），也称为直接金属激光烧结（DMLS）或激光粉末床熔融（LPBF）技术最显著的优势之一。这一能力从根本上区别于传统减材制造方法，甚至超越了许多其他制造工艺。

前所未有的复杂制造能力

是的，金属SLS非常适合制造具有复杂内部空腔的零件。该工艺通过逐层熔融金属粉末构建零件，周围未烧结的粉末在打印过程中天然起到支撑作用，从而能够制造出复杂结构，如内部通道、蜂窝格栅、倒扣结构以及中空结构，这些特征在传统机加工或铸造中几乎不可能一次成型。这项能力在以下领域尤为重要：

• 随形冷却通道： 在注塑模具或压铸模具中，DMLS 3D打印可制造与模具型腔轮廓完全贴合的冷却通道，大幅降低成型周期并提升制件质量。

• 轻量化设计： 在航空航天领域，通过内部晶格结构实现减重同时保持结构刚度。

• 流体流动优化： 在汽车和能源发电系统中，可打印具有平滑、优化通道的复杂内部歧管与喷嘴，实现燃料、空气或液压流体的高效流动。

关键的粉末清理过程

虽然未烧结粉末使复杂结构成为可能，但其清除过程是关键且具有挑战性的后处理步骤。粉末清理策略必须在设计阶段就被纳入考虑。

1. 为粉末排出而设计： 最重要的是在设计阶段预留粉末排出口。内部空腔必须与外表面相连，孔径足够大以保证粉末自由流出。孔的位置与尺寸至关重要，应布置在低点与连接处以确保彻底排粉。

2. 初步去粉： 打印完成并从平台取下后，需手工清理大部分粉末，通常在专用工位中使用毛刷、挑针与压缩空气完成。对于结构复杂的零件，此过程可能耗时且需小心操作以防损伤内部结构。

3. 高级粉末清理技术： 对于粉末易滞留的复杂内部网络，可采用以下更高效的手段：

   • 超声清洗： 将零件浸入溶液中并施加超声振动。高频声波产生的空化气泡能有效震荡并清除内部附着粉末，是标准且高效的方法。

   • 振动滚筒： 对某些零件，可通过柔和的振动滚抛结合特制介质辅助去除残留粉末，但该工艺更常用于去毛刺与表面抛光。

   • 强化清理方法： 在特定情况下，可采用喷砂或电解抛光，但这些多为表面处理工序，与粉末清理关系较小。

4. 验证： 确保内部粉末完全清除至关重要，特别是对于流体歧管类零件。通常使用内窥镜检测或X射线CT扫描确认内部通道是否完全畅通。

工程设计指南与限制

• 孔径与可达性： 粉末排出口的尺寸存在实际下限。过小的孔易堵塞，无法顺利排粉。因此建议尽可能设计较大的通孔。

• 粉末滞留风险： 尽管已采取最佳设计策略，若内部空腔存在孤岛区或长而狭窄的路径，粉末仍可能被永久困住。这会增加重量、影响热性能或在使用中造成污染。

• 后处理集成： 粉末清理仅是后处理的一环。这类零件通常还需进行热处理以消除应力与改善性能，同时通过CNC加工修整关键面以达到精确公差。

总之，金属SLS在制造复杂内部几何结构方面无可匹敌。然而，这一能力依赖于以可制造性为导向（DFM）的设计理念，确保粉末顺利清理，并辅以完善的后处理流程，以保证内部腔体的洁净与功能可靠。