介紹:這是一個(gè)原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與激光切割機(jī)來(lái)創(chuàng)建一個(gè)接口與激光實(shí)驗(yàn)平臺(tái)整合的過(guò)程,重點(diǎn)是用激光來(lái)熔化金屬。
OpenSLS是一個(gè)平臺(tái),探索選擇性激光燒結(jié)的過(guò)程和功能原型SLS 3 d打印機(jī),能夠制造模型通過(guò)各種各樣的材料。這套系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于約旦米勒博士的實(shí)驗(yàn)室microphysiological系統(tǒng)和先進(jìn)材料。這個(gè)項(xiàng)目的獨(dú)特之處在于,它占有了現(xiàn)有的,負(fù)擔(dān)得起的激光硬件,即激光切割機(jī),用作SLS的過(guò)程。這改變了自然的挑戰(zhàn)從一個(gè)采購(gòu)(即,在哪里可以找到一個(gè)足夠強(qiáng)大的激光和光學(xué))的集成、模塊化的硬件設(shè)計(jì),和材料的發(fā)展。openSLS硬件設(shè)計(jì)是dropin粉末管理模塊,它的唯一目的是同步層。
在打算制作之前你需要有如下安全常識(shí): 因?yàn)镾LS本質(zhì)上是一種高能過(guò)程涉及一個(gè)強(qiáng)大的無(wú)形的激光,數(shù)控設(shè)備,和有害物質(zhì),它不應(yīng)該被當(dāng)作extrusion-based越熟悉機(jī)器。這是一個(gè)非常危險(xiǎn)的過(guò)程。如果你決定去探索這一技術(shù),請(qǐng)保證極端謹(jǐn)慎:持久的人身傷害的潛力是真實(shí)的和無(wú)所不在的,應(yīng)該嚴(yán)肅對(duì)待。
- 激光的危害 激光在激光切割機(jī)使用非常強(qiáng)大——成千上萬(wàn)倍的口袋激光指針,已經(jīng)超過(guò)了眼睛防護(hù)警示標(biāo)簽。這是另一個(gè)需要注意的激光安全。你的眼睛不再是唯一的風(fēng)險(xiǎn)。除了激光輻射的危險(xiǎn),排放的氣體管激光是由高壓電源電壓超過(guò)30千伏。應(yīng)該非常小心當(dāng)工作在激光切割機(jī)電子為高電壓供應(yīng)充電一段時(shí)間后的激光切割機(jī)。
- 材料的危害 粉末狀材料通常是非常易燃或易爆的,另外還有嚴(yán)重的呼吸系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn);應(yīng)該非常小心處理粉狀材料。靜態(tài)的沖擊在某些情況下有足夠的能量點(diǎn)燃渾濁的空氣,引起爆炸。此外,這個(gè)第一個(gè)原型并不合并powder-laser接口的惰性氣體屏蔽,這對(duì)于一些材料,可能是非常危險(xiǎn)的,特別是如果任何粉變成了空氣。
過(guò)程概述
激光添加劑制造技術(shù)有點(diǎn)不同于更熟悉melt-extrusion技術(shù)。主要關(guān)心的是使用原料粉的flexibiity。許多non-thermodecomposing材料兼容激光彎曲成形過(guò)程的可能性。SLS經(jīng)常廣泛使用這個(gè)詞來(lái)形容激光彎曲成形的過(guò)程。有時(shí)是區(qū)別于選擇性laser-melting(SLM)因?yàn)橛忻黠@區(qū)別兩種固化的方法。Laser-melting涉及完全融化粉狀材料液化,從而導(dǎo)致fully-dense部分。激光燒結(jié)依靠很高的熱梯度液化(雖然不是在所有情況下)粉末粒子的表面,互相結(jié)合,但是屬于離開(kāi)小粉末粒子之間空隙的結(jié)合機(jī)制,這種區(qū)別是重要的,但在術(shù)語(yǔ)方面,激光燒結(jié)和laser-melting經(jīng)常有些互換使用。
力學(xué)原理
激光燒結(jié)的過(guò)程開(kāi)始于一個(gè)非常簡(jiǎn)單的系統(tǒng):激光注入能量粒子的質(zhì)量。然而,許多因素影響激光能量吸收:粒子的形狀,尺寸,包裝密度和配置,材料吸收,反射率并傳播,大氣,能量密度,梁剖面和光斑直徑的一些主要因素。粉末顆粒形狀如何影響表現(xiàn)在宏觀尺度:球形顆粒流很容易對(duì)彼此和集體產(chǎn)生粉末,像液體一樣流動(dòng)。更多的是產(chǎn)生瞬態(tài)粒子,但穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和更多的交錯(cuò),停止在宏觀尺度。根據(jù)它的形式的復(fù)雜性除了影響傳熱通過(guò)靜態(tài)粉、顆粒大小、形狀和分布的影響如何轉(zhuǎn)移到粉末粒子激光能量。粉床的表面可以看作是多孔粒子之間有很多空隙,使顆粒在床上一個(gè)或兩個(gè)層的激光。這吸收拓?fù)渥兓?固體材料,激光能量被吸收的二維表面樣本。這里,激光穿透更深的材料,顆粒的反射和吸收超越表層(Simchi,2006)。現(xiàn)在我們可以開(kāi)始考慮時(shí)間對(duì)系統(tǒng)的影響。隨著激光熱粒子在三維剖面,粒子的表面開(kāi)始融化,增加了接觸表面之間單個(gè)粒子,對(duì)laser-melting而言,有一個(gè)完整的相變從固體到液體,衍生出的最困難的挑戰(zhàn)之一,在激光燒結(jié)/融化過(guò)程:“成球效果,”描述了材料珠成粉的趨勢(shì)被激光束加熱后小球體。這是表面張力的結(jié)果發(fā)展和鍛煉塑造力量在物質(zhì)液化的分割效果,非常類(lèi)似于一個(gè)單一的水流經(jīng)過(guò)瀑布——張力分布在其圓柱表面是不均勻的,空間說(shuō):表面張力創(chuàng)建一個(gè)緊縮的力量,由于自然流的形狀差異,導(dǎo)致變細(xì),導(dǎo)致下降的形成。假設(shè)他們的球形或近球形的形狀,因?yàn)樗俏锢硐到y(tǒng)的能量最低的形狀:
硬件
開(kāi)源激光燒結(jié)技術(shù)的進(jìn)展受阻于缺乏負(fù)擔(dān)得起的,高功率激光源和光學(xué)鏈。激光切割機(jī)在黑客空間越來(lái)越容易得到,這使得成本正在迅速下降。通過(guò)使用現(xiàn)有的高精度龍門(mén)結(jié)構(gòu)和相關(guān)的光學(xué)、激光源,電源,進(jìn)入這項(xiàng)技術(shù)最重要的障礙可以解除。OpenSLS是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的粉體處理模塊,加入到一個(gè)激光切割機(jī)來(lái)創(chuàng)建一個(gè)激光燒結(jié)研究的平臺(tái)。粉體模塊設(shè)計(jì)主要由激光切割部分允許制造的激光切割機(jī)的功能增強(qiáng)。3 d打印部分也廣泛使用和幾乎所有其他硬件可以來(lái)自麥克馬斯特。多個(gè)模塊可以安裝到一個(gè)激光切割機(jī)。
粉模塊
R1硬件
R1粉模塊包括兩個(gè)活塞相同的維度,每一個(gè)都由螺桿不同的轉(zhuǎn)動(dòng)。主體活塞是由一個(gè)M12x3.0 Acme螺釘和打印活塞是由M8x1.25螺紋鋼棍的結(jié)合。球的差異是為了讓兩個(gè)活塞同樣的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制通道在direction-reversed平行配置中,不同距離的同時(shí)在相反的方向移動(dòng)。然而,活塞之間的“轉(zhuǎn)移比率”實(shí)際上是相當(dāng)依賴于材料,在某種程度上,物體的幾何印花。R1粉經(jīng)銷(xiāo)商第一次使用一個(gè)cable-driven反向旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極電鍍鋁桿傳播期間印粉層分布。張拉尼龍單絲纏繞在靜態(tài)滑輪與經(jīng)銷(xiāo)商桿的兩端執(zhí)行期間,這是通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)套管兩端的鋁桿。這允許一個(gè)學(xué)位的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)做兩個(gè)運(yùn)動(dòng)。后來(lái)的實(shí)驗(yàn)表明,一個(gè)更簡(jiǎn)單的粉經(jīng)銷(xiāo)商perfromed比反向旋轉(zhuǎn)。一個(gè)不銹鋼實(shí)驗(yàn)室在蠟和尼龍上提供更好的結(jié)果。而粉經(jīng)銷(xiāo)商使用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)(專(zhuān)為缺乏適合GT2的正時(shí)皮帶),這些也可以并行驅(qū)動(dòng)再次減少機(jī)械渠道的數(shù)量需要控制系統(tǒng)。
R2的硬件
R2的硬件包含從與R1的模塊?! 〉诙涡抻喌呐c硬件機(jī)械問(wèn)題相關(guān)的激光燒結(jié)過(guò)程和可用性考慮具有以下特點(diǎn): 鋁建設(shè)室兼容硅膠加熱墊 惰性氣體體積建立屏蔽通過(guò)穿孔板 Level-able構(gòu)建板 流化床部分提取 模塊化和適應(yīng)性強(qiáng)的經(jīng)銷(xiāo)商體系 集成電子和電源 內(nèi)部粉捕獲和存儲(chǔ) 線性運(yùn)動(dòng)硬件更好的隔離粉末形式 可調(diào)粉經(jīng)銷(xiāo)商葉片 適當(dāng)限制分配系統(tǒng)在線性rails實(shí)施層高度 一體化支架保護(hù)粉模塊激光切割機(jī)框架 模塊化施工方便的清潔粉管道和打印活塞
激光切割機(jī)是通過(guò)SeeMeCNC采購(gòu)的。它是一個(gè)不知名的中國(guó)進(jìn)口系統(tǒng)80 w管,一個(gè)600 mm x 900 mm的工作信封,令人驚訝的是附帶的軟件能力。使用步進(jìn)電機(jī)的任何激光切割機(jī)(這是他們中的大多數(shù))應(yīng)該兼容這里使用的電子設(shè)備堆棧。激光功率 80瓦和40瓦管都進(jìn)行了測(cè)試與OpenSLS粉模塊使用。兩管僅排放高于閾值電流水平,創(chuàng)建一個(gè)公司下界的力量水平,可以探索。最低達(dá)到2.4瓦特在80年瓦特管和大約100毫瓦40瓦管。我們可以看到下面的情節(jié)激光功率與脈寬調(diào)制控制信號(hào)值,根據(jù)功率范圍線性變化。管都表現(xiàn)出高可變性在高輸出,盡管80 w管區(qū)分電力本身.....
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