定制 SLS 3D 打印：材料选择指南、机械强度和耐用性以及服务报价

定制 SLS 3D 打印服务是一种增材制造解决方案，可解决选择性激光烧结中使用的材料的耐用性问题。

本文提供了一个选择矩阵和强度范围，在 ≥85°C 时以 ±0.05mm 精度降低失效风险。

自定义 SLS 3D 打印：材料选择、强度和耐用性快速参考

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关键要点：

• 与负载相匹配的材料：PA11 具有灵活性/耐用性（>45% 伸长率）； PA12 刚性（>48MPa）； PA12-CF 具有高强度，适用于无人机应用 (75-85MPa)，并且比铝轻 60% 。
• 强制执行 0.7-6.0mm 墙壁：薄于 0.7mm 的墙壁烧结效果不佳，而厚于 6.0mm 的墙壁往往会在 2-3mm 范围内弯曲。 100mm长度 - 具有 TPMS 晶格结构的中空部件使用的材料减少了45%，但仍保留了90%的强度。
• 嵌套和 Z 高度驱动成本：包装密度>15% 和降低 Z 高度可将生产成本降低25-40% — 对于任何SLS 压力等级报价。
• 在询价时指定后处理：蒸汽抛光至Ra<3μm进行密封和疏水处理以吸湿<0.5%。
• 按需批量拉伸数据：使用>40%原始粉末测试优惠券的各向同性，可防止生产零件出现脆性故障。

为什么信任本指南？ LS制造专家的实践经验

尽管SLS的规格表提供了有关±0.3mm和50μm层精度的信息，但对30W和60W CO2激光器的三个月测试表明，粉末的年龄和氧气水平才是最重要的。 美国国家标准与技术研究院 (NIST) 提供用于 PBF 再现性研究的所有核心数据集。这样，我们就可以跟踪PA12上0°/45°/90°光栅拉伸测试的散点，而不是猜测支架是否能承受MRO架子。

定制 SLS 使客户能够将制造设计和首件测试之间的时间缩短至十天（航空航天支架±50μm或半导体夹具80°C）。这里投资的真正价值在于风险管理，因为按订单打印可以通过在第 4 周重新设计零件来减少高达 400 公斤颗粒的材料费用。我们的经验证明了欧洲航天局 (ESA)制定的材料鉴定策略的有效性。

该案例中团队的失败是由于忽视了SLS“一劳永逸”的原则，而我们一直以18%处理PA 12铰链批次的订单，因为CT工艺是根据1.0mm壁厚设计的，但实际上使用了0.7mm壁厚。 可重复流程：材料锁定、分层和机器、在三个位置构建优惠券、粉末变化超过 40% 原始车间以及批准5-10 件试点，其中包括一张附带的优惠券。位置优惠券，不提供Cpk幻灯片。

为什么材料选择是定制 SLS 3D 打印服务性能中最大的风险？

材料选择对于定制 SLS 3D 打印服务至关重要，无论是提供耐用还是不可靠的性能。这种技术中使用的高强度激光会产生热梯度，从而改变聚合物的状态（结晶度）并产生本质上各向异性的微空隙。因此，粉末是SLS 3D打印过程中最关键的元素，了解分子链排列和结晶控制（35%-45%）势在必行。

材质	拉伸强度	伸长率	HDT @1.82MPa	最佳用例	成本指数
PA12​	≥48MPa	15-20%	≥85°C	Snap-fits、外壳 — 无压力 SLS 3D 打印​	1.0x
PA11	≥42MPa	≥45%	≥70°C	活动铰链，高影响部件	1.3x
PA12-GB	≥51MPa	10-15%	≥110°C	耐热管道、支架	1.2x
PA12-CF​	75-85MPa	3-5%	≥140°C	无人机框架，金属替代品	1.8x
TPU	≥20MPa	>300%	<50°C	密封件、垫片、阻尼器	1.15x

通过使用专门的SLS材料选择服务，您可以确保您的结晶度保持在最佳范围内，从而避免因晶界剪切而发生脆性断裂。您的机械强度 SLS 原型将达到可预测的拉伸模量（PA12 约为48MPa），而不会产生任何隐藏的残余应力集中。此方法可让您确保所有SLS 3D 打印零件在实际循环负载条件下完美运行。

对于高延展性部件，如何选择尼龙 PA 12 和尼龙 PA 11？

用于延展性零件的尼龙 PA 12 和尼龙 PA 11 材料的选择取决于机械性能的比较，例如动态弯曲和疲劳的限制。这将基于断裂伸长率、蠕变强度和加工控制。以下是基于您的SLS 3D 打印应用的分析：

断裂伸长率决定疲劳寿命

PA 11 的断裂伸长率高于 45%，而 PA 12 通常达到15%-20%。对于弯曲零件，PA 11 的疲劳寿命可延长 2-3 倍。由于具有更高的SLS 3D 打印灵活性，您可以减少卡扣配合或活动铰链的更换周期和停机时间。根据 ASTM D638 测试，前一种材料在 100,000 次循环后仍保持其延展性，但 PA 12 在超过 30,000 次循环后，晶界处出现微裂纹。

弯曲强度和抗蠕变性有利于 PA 12

如果您的零件在长期负载条件下不会永久变形，则 PA 12 更高的弯曲模量（~1400MPa 与 PA 11 的 ~1100MPa 相比）和更好的抗蠕变性就变得至关重要。作为持续承受压力的结构支架或外壳，PA 12 在高达 80°C 的温度下尺寸稳定，因此您无需采取任何额外措施即可防止翘曲并保持严格的公差。这些属性可以通过工业 SLS 服务进行测试。

过程控制激活 PA 11 的全面延展性

在 170°C (±2°C) 下精确预热粉末床，可确保 PA 11 材料中分子的最大交联，从而实现其自然弹性。如果不采取此措施，热差异会将伸长率限制为25%。通过应用优化参数，您可以在整个成型体积中实现40%以上的一致伸长率。专用的SLS材料选择服务​可确定您的几何形状所需的准确温度曲线。

使用 12 来实现刚性和蠕变特性，并结合 170°C 的正确预热温度，将是一个不错的决定。使用此方法，并辅以 AST 结果和经过验证的流程，可保证在恶劣条件下无故障性能。您可以创建一个选择正确聚合物的可重复流程，并应用SLS 3D 打印质量保证。

图1：双挤压3D打印通过两个加热元件稳定地操作HOH喷嘴。

什么时候应该升级到玻璃填充尼龙以获得结构刚性？

如果您的设计承受静态载荷并在 100°C 以上出现蠕变，纯尼龙会遭受无法修复的变形。在这种情况下，改用含有 30% 至 40% 微珠的玻璃填充尼龙 (PA-GF)，可将 1.82MPa 下的 HDT 提高到 110°C 至 130°C，并将拉伸模量从 1600MPa 提高到 3200MPa 甚至更高。以下是如何为您的高温 SLS 3D 打印项目实现这一点：

热性能增益

1. HDT 改进：PA-GF 的 HDT 值在 110°C-130°C 范围内获得，而尼龙的最高 HDT 温度约为 70°C，从而能够量产 SLS 3D 打印可在高温条件下工作。
2. 您的优势：当温度达到100°C时不会发生翘曲，从而提供耐用的 SLS 定制部件。

刚度和负载能力

• 模量增加：从 ~1600MPa（纯 PA12）到>3200MPa (PA-GF)，以实现更薄的壁按需SLS 3D打印。
• 您的优势：更大的容量可通过减轻重量节省高达 20% 的材料成本。经 ISO 178 认证、专门生产精密零件的精密 SLS 零件制造商证明这是真的。

过程控制防止珠沉降

1. 挑战：在烧结过程中观察到玻璃珠沉降，导致 z 方向上的密度差异。
2. 解决方案：激光扫描控制和175°C±2°C预热，使玻璃珠均匀分布。
3. 您的优势：所有层的刚度一致，消除了薄弱区域。 工业 SLS 服务可确保结果一致。

由于改用可控制珠尺寸的 PA-GF 材料，您的零件将变得更硬，HDT 增加 50°C，同时保持其打印能力。 符合 ISO 标准的工艺将为您提供用于结构用途的耐用且耐热的零件。您将收到有关为最终用途 SLS 3D 打印选择正确材料和工艺参数的指导。 下载我们的高温 SLS 材料指南，了解 HDT 基准、刚度比较和工艺控制参数，这些参数可防止珠子沉降，同时在所有层上实现一致的 >3200MPa 模量。

为什么碳纤维增强尼龙在高应力无人机结构中优于其他选项？

碳纤维增强尼龙（PA-CF）的拉伸强度为75MPa-85MPa，同时比普通铝合金轻近60%，使其成为高应力无人机结构的最佳材料。以下研究展示了纤维取向和层角的补偿如何使该材料充分利用其比刚度，为您提供机械强度SLS原型用于空气中的弯曲和疲劳

参数	PA 11	PA 12
分子链排列	长分子链承受张力	短分子链增加应力集中
结晶度控制范围	35%-45%	38%-45%
拉伸强度（典型）	~42MPa	~48MPa
循环负载响应	延展性推迟裂纹扩展	脆性开始在晶界上剪切
残余应力分布	内部残余应力低	微孔周围应力集中

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使用具有扫描路径补偿的 PA-CF 与重量最小的未填充尼龙相比，拉伸强度提高 77%。这种经过 ISO 527 认证的方法可确保无人机部件能够承受空气动力压力。 精密 SLS 零件制造商使用最佳层角度，而工业 SLS 服务提供可靠的高强度 SLS 3D 打印，以减轻飞行重量并增加有效载荷。

图2：SLS 3D打印在车间用尼龙粉制作球形网格支架。

如何指定 TPU 壁厚以在压缩下实现可靠的密封性能？

壁厚小于 1.0 毫米（过度烧结）或大于 2.5 毫米（芯熔合失败）时，TPU 密封件将无法正常工作。优化的壁厚从 1.5 毫米到 2.5 毫米可实现压缩形变≤20%。您可以在下面找到有关定制 SLS 3D 打印服务结果的 TPU 壁厚规格指南。

避免低于 1.0mm 的欠烧结

1.0mm以下的薄壁在烧结过程中吸热过快，导致收缩和孔隙过多，从而导致密封性能差。最小壁厚为1.5mm，可以避免烧穿问题并确保密度均匀。这可以保证您的耐用的 SLS 定制零件在动态压缩下发挥最佳性能而不会泄漏。

防止2.5mm以上核心不完整

壁厚超过2.5mm时，未烧结的粉末会保留在中间，这会降低回弹性并导致压力下永久变形。保持2.5mm或更小的壁厚将在整个壁厚上提供足够的交联，从而为密封组件的SLS 3D打印垫圈和隔膜提供弹性特性。

验证 1.5mm-2.5mm 的压缩永久变形

根据 ASTM D395 方法 B 进行的测试表明，对于在此厚度范围内由 TPU 制成的部件，压缩形变小于 20%。这在压缩形变方面优于较厚和较薄的结构。 精密 SLS 零件制造商能够测试这种质量。

优化应用硬度

TPU的硬度值在85-95 Shore A范围内；软材料需要更大的厚度以避免在更高的压力下挤出。根据您的要求选择正确的硬度值，例如 2.0mm 的 90A，可以在 10bar 下无蠕变地运行，这要归功于类橡胶 SLS 3D 打印材料 提供的指导方针。

将 TPU 壁厚定义在1.5 毫米至 2.5 毫米范围内，并采用经过验证的压缩永久变形值<20%，将为您提供流体系统内无泄漏的可能性。该解决方案支持 ASTM D395 标准，为您提供可靠的压缩密封方式。因此，您可以获得一种经过验证的可重复壁厚定义方法，用于小批量 SLS 3D 打印，无需任何保修问题或现场维护。

严格的 SLS 壁厚限制如何消除冷却过程中的热变形？

壁厚不平衡导致SLS零件冷却过程中局部受热，从而导致不同的收缩率。壁厚低于0.7mm，根本无法形成壁，而壁厚超过6.0mm则需要长时间冷却，导致体积收缩应力并使形状变形。这就是为什么如此严格的厚度限制可以消除您的定制 SLS 3D 打印服务的问题 - 无压力 SLS 3D 打印的关键：

墙厚地板：最小0.7mm

• 低于 0.7 毫米的风险：粉末不会完全烧结，形成脆弱且多孔的边缘。
• 您的增益：满足 ≥0.7mm条件即可实现完全融合和机械强度，从而获得可以承受后处理阶段的机械强度SLS原型。

墙厚天花板：最大6.0mm

1. 超过 6.0 毫米的风险：极热的存储会导致10 小时冷却过程，因此每100mm 的零件长度会产生 2-3mm 翘曲。
2. 您的收益：通过确保壁厚不超过6.0mm，冷却将保持在<2小时，并在耐用中保持平整度装配中的 SLS 定制零件。

几何优化：空心和粉末逃逸

• 方法：测量 3D 体积的体积并创建空心和2-3mm粉末逸出开口。
• 您的增益：优化的热质量将减少40%由于收缩而产生的热点和应力，因此允许薄壁 SLS 3D印刷无裂纹。

预生产量审核

1. 操作：工程师分析 STL 文件是否存在突然的厚度变化并给出估计。
2. 您的收获：由于早期发现而预防损失；您将获得优化的设计，具有适当平衡的墙壁，适合中空 SLS 3D 打印。

壁厚限制在 0.7mm 和 6.0mm 之间，并带有空心孔和逃逸孔，可防止零件冷却导致的热变形。事先的几何审核可保证您的零件尺寸稳定且不需要额外的加工。您拥有可靠的无翘曲 SLS 3D 打印厚度评估流程。

图 3：SLS 3D 打印采用 PA12 材料生产透明塑料框架进行制造。

哪些关键成本驱动因素决定了您最终的 SLS 3D 打印报价计算？

与仅取决于重量的SLS 3D 打印报价不同，它取决于构建高度和包装密度。 PA12的基本成本将在30-40美元/100cm3范围内。另一方面，PA-CF或TPU会使材料成本增加3-10倍。这些是影响您的SLS 3D 打印报价的一些注意事项。

构建高度控制机器时间

由于预热和冷却时间的原因，Z 高度每增加一毫米都会使零件变得更加昂贵。 300mm 高度的模型总共需要8 小时，而150mm 高的模型则需要4 小时。机器每个零件的成本翻倍。降低零件的 Z 高度以节省资金或将它们堆叠在一起。这些信息将帮助您在SLS 制造成本方面获得更好的优惠。

封装密度降低了单位开销

传统嵌套产生 8-12% 堆积密度。智能 3D 封装算法将封装密度提高到超过15%，将常见的开销（粉末床加热、惰性气体气氛）分配到大量零件中。您可以直接省钱：与10%密度项目相比，15%密度项目的每个零件成本大约降低25%。使用算法嵌套的工业 SLS 服务可以为您节省这些费用。

材料溢价乘以基本成本

PA12 $30-$40/100cm³ 为标准； PA-CF 增加 3-5 倍保费；特种 TPU 的价格可能是溢价的 10 倍。但如果您使用薄壁零件 (<2mm) 和空心特征，它会降低体积系数，部分补偿溢价。请求体积报价而不是重量报价以从中受益。

嵌套设计可节省成本

对简单几何体的修改（例如删除不必要的凸台、对齐平面以及包含拔模角度）将能够实现更好的包装。密度从 13% 提高到 15%2% 将使单价降低约13%。您可以通过以 STL 文件形式提供具有适当嵌套几何形状的零件来控制自己的成本，使您的项目适合经济实惠的 SLS 3D 打印。

了解Z 高度和包装密度决定 SLS 定价，您甚至可以在生产开始之前管理成本。通过优化零件方向、嵌套几何形状和材料选择，您可以节省20%-40%单位成本。有了这些信息，您就可以将不透明的定价转变为可管理的变量，从而在成本管理方面获得竞争优势。

如何设计中空内部结构以将SLS制造成本降低百分之三十以上？

SLS 的坚固设计使用40%-60% 厚壁内作为粉末捕获的材料浪费。采用晶格填充的中空零件可将打印体积降低45%，同时保持90%的结构强度，并将SLS制造成本降低30%以上。以下是如何实施此策略以实现经济高效的 SLS 3D 打印：

镂空策略：保留10%–20%的外壳厚度

1. 体积减小：用 TPMS 结构取代实心中心，节省超过 45% 的材料。
2. 强度保留：有限元分析证明初始刚度超过90%。
3. 您的好处：粉末用量的减少可以让您节省每个零件的 SLS 3D 打印报价，这使得空心结构在原型制作方面具有经济效益。

出粉口设计：确保100%回收

• 出线尺寸：在每个空腔的最低区域打直径3mm或以上的孔。
• 回收率：未使用的粉末会自由流出，重新使用，这将帮助您回收约30%的原材料成本。
• 您的优势：精密 SLS 零件制造商将能够测试插座的放置位置，从而实现节省材料的 SLS 3D打印。

结构完整性：晶格参数很重要

1. 电池类型： 陀螺仪或菱形 TPMS 在相对密度等于 15% 时提供最佳的刚度与重量比。
2. 载荷方向：网格支柱应与主要应力方向对齐，以确保结构的最大刚度。
3. 您的优势：解决您的问题，提供与实体部件相同的性能，但重量和价格只有一半。

通过利用空心壳（10%-20%厚度）以及TPMS网格结构和≥3mm粉末出口，您可以节省45%+材料使用，同时保持90%强度。该策略可将零件成本降低30%以上，允许回收昂贵的尼龙粉末，并保留机械性能。使用这些指南有效地设计复杂几何形状的SLS 3D打印。

图 4：SLS 3D 打印在工厂使用尼龙粉末构建透明模具嵌件。

LS Manufacturing 航空航天无人机碳纤维增强铰链定制 SLS 3D 打印服务：结构重量优化和负载测试故障解决

一家行业领先的无人机制造商由于重达 450 克（每个部件）的重金属铰链组件而损失了 12% 的飞行时间，成本350 美元，制造周期为21 天。 LS Manufacturing 利用拓扑优化和蒸汽平滑技术解决了该问题，并使用高性能 SLS 3D 打印开发解决方案：

客户挑战

原装铝合金五轴机加工铰链重量450克，将无人机的飞行时间缩短12%。每个定制铰链的成本为350 美元，周期时间为21 周，迫使设计在试飞前几周被冻结。在销孔区域观察到应力集中，仅8,000 次循环后就导致裂纹形成。

LS 制造解决方案

利用拓扑重构技术，我们用碳纤维增强尼龙代替了壁厚分级为1.5mm-2.0mm的金属。我们在一个构建中放置了 12 个铰链，在工业 SLS 机器中采用 3D 封装，然后应用蒸汽平滑来消除微应力产生源。得益于快速原型 SLS 3D 打印技术，所有轴上的各向同性强度公差都在15%之内。

结果和价值

最终重量从 450 克减少了72%，从 450 克降至 125 克，而在±500N循环负载下，疲劳寿命超过 50,000 次循环。成本降低至65 美元 (81%)，同时交付周期缩短至48 小时，从而可在一周内进行设计迭代。 表面光洁度能够通过85°C至-30°C的热冲击测试，并且不吸水。

这是 LS Manufacturing 如何通过材料科学和工艺工程解决重量、强度、成本和速度之间相互冲突的需求的示例。利用 SLS 和蒸汽平滑技术，我们能够提供能够满足航空航天要求的解决方案。对于关键的无人机项目，我们提供任务关键型 SLS 3D 打印，可降低总拥有成本。

从 450 克铝，交货期为 21 天，售价 350 美元，到 125 克碳纤维尼龙，交货期为 65 美元，交货期为 48 小时。准备好在无人机铰链上实现类似的重量和成本节省了吗？立即索取结构优化报价。

常见问题解答

1.定制 SLS 3D 打印零件可以达到什么级别的几何公差？

对于传统的 X/Y 尺寸，LS Manufacturing 确保公差高达±0.1mm 至 ±0.15mm；通过采用特殊的二次定位补偿，精密零件可以达到±0.05mm的公差值。通过过程中监控和最终 CMM 检查来确保这一准确性。

2.为什么SLS 3D打印通常不需要支撑结构，其工艺优势是什么？

SLS 技术利用部件周围的未烧结粉末作为部件的现场支撑系统。它允许构建具有中空通道的组件，甚至具有随机悬垂的浮动组件，而不必担心在支撑移除过程中损坏表面。

3. LS Manufacturing使用的再生粉末（尼龙PA 12）的混合比例是多少？它会影响最终强度吗？

在这种情况下，我们严格保持1:1的保鲜比例（50%新鲜粉与50%再生粉），通过进口的温控干燥塔完成。拉伸强度损失低；事实上，这里只实现了 5% 的变化范围。

4.定制柔性TPU阀门必须水密、气密，需要哪些特殊的后处理？

出于防水和气密的考虑，LS Manufacturing 建议对 TPU 部件进行专有的化学气相精加工。溶剂蒸气回流表面微孔并密封内部微晶格网络，使零件能够抵抗1.5MPa以上的水压。

5.选择SLS 3D打印服务时，如何快速且经济高效地改变成品的表面颜色？

LS Manufacturing拥有多通道、高压、高温染色系统。染料渗透到材料中，深度均匀，低于尼龙零件表面0.2mm；与喷漆的常见做法不同，颜色不会因摩擦而脱落。

6.高刚性碳纤维增强尼龙（PA-CF）零件往往具有粗糙的表面纹理；如何改善这种表面粗糙度？

之后，我们使用玻璃珠喷砂清理碳纤维部件，去除松散的粉末，并进行气相化学抛光。结果，表面粗糙度 (Ra) 从 6.5μm 的起始值降低到 1.5μm 以下，而不会影响材料典型的高刚度。

7. SLS 3D打印尼龙零件生产后会因吸湿而变形吗？

尼龙分子具有轻微亲水性的天然倾向。为了在高温高湿环境中实现精确组装，LS Manufacturing提供后处理疏水纳米涂层服务。因此，吸水率将非常低（≤0.5%），从而始终保持出色的尺寸稳定性。

8. LS Manufacturing 的 SLS 3D 打印项目的标准最小订购量 (MOQ) 是多少？

我们通过直接无模具生产方法支持敏捷制造；这就是为什么 LS Manufacturing 没有最小起订量（最小起订量 = 1 件）。只需发送您的 CAD 文件（.STEP 或 .STL），您将在 2 小时内通过DFM 报价分析获得具有竞争力的 SLS 制造报价。

摘要

SLS 3D 打印服务需要通过物理烧结进行复杂的热机械重组过程。在疲劳测试运行期间，任何微小的温度偏差都可能导致整个系统故障。我们的 LS 制造采用优质工业 SLS 机器，结合了微晶分析、气密性测试和材料选择，其中包括 PA 11、PA 12、PA-GF、PA-CF 和 TPU，以确保分子各向同性和拉伸强度与注塑获得的相似。

您是否担心零件额外重量或因材料失效而导致装配线停工？ 然后只需点击“获取即时报价”并上传 STEP/IGS 文件。 2小时内，我们的资深应用工程师将为您免费提供SLS打印的DFMA可行性分析、准确的减重预测以及高性价比的分级批量制造报价。

📞电话：+86 185 6675 9667
📧电子邮件：info@lsrpf.com
🌐网站：https://lsrpf.com/

免责声明

本页内容仅供参考。LS Manufacturing services对于信息的准确性、完整性或有效性不作任何明示或暗示的陈述或保证。不应推断第三方供应商或制造商将通过 LS Manufacturing 网络提供性能参数、几何公差、具体设计特征、材料质量和类型或工艺。这是买方的责任。需要零件报价 确定这些部分的具体要求。请联系我们了解更多信息。

LS 制造团队

LS Manufacturing 是一家行业领先的公司。专注于定制制造解决方案。我们拥有超过 15 年的经验，服务超过 5,000 家客户，我们专注于高精度数控加工、钣金制造、3D 打印、注塑。金属冲压，以及其他一站式制造服务。
我们的工厂配备了 100 多台最先进的 5 轴加工中心，并通过了 ISO 9001:2015 认证。我们为全球150多个国家的客户提供快速、高效、高质量的制造解决方案。无论是小批量生产还是大规模定制，我们都能以最快的24小时内交货满足您的需求。选择LS制造。这意味着筛选效率、质量和专业性。
要了解更多信息，请访问我们的网站：www.lsrpf.com

参数	PA-CF（碳纤维）	纯 PA12（未填充）
拉伸强度	75MPa-85MPa	48MPa
密度	~1.2g/cm3	~1.01g/cm3
比强度（拉伸/密度）	~63MPa·cm3/g	~47MPa·cm3/g
各向异性比率（XY 与 Z）	由于纤维取向，XY 强度提高约 15%	各向异性可忽略不计
与铝 6061 相比减轻重量	轻了约 60%	轻约 55%，但强度较低
认证要求	经过航空航天 SLS 3D 打印标准验证	仅限通用

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