介紹：這是一個原型系統(tǒng)設(shè)計與激光切割機來創(chuàng)建一個接口與激光實驗平臺整合的過程,重點是用激光來熔化金屬。
OpenSLS是一個平臺,探索選擇性激光燒結(jié)的過程和功能原型SLS 3 d打印機，能夠制造模型通過各種各樣的材料。這套系統(tǒng)設(shè)計是基于約旦米勒博士的實驗室microphysiological系統(tǒng)和先進材料。這個項目的獨特之處在于,它占有了現(xiàn)有的,負擔得起的激光硬件,即激光切割機,用作SLS的過程。這改變了自然的挑戰(zhàn)從一個采購(即,在哪里可以找到一個足夠強大的激光和光學)的集成、模塊化的硬件設(shè)計,和材料的發(fā)展。openSLS硬件設(shè)計是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： 因為SLS本質(zhì)上是一種高能過程涉及一個強大的無形的激光,數(shù)控設(shè)備,和有害物質(zhì),它不應該被當作extrusion-based越熟悉機器。這是一個非常危險的過程。如果你決定去探索這一技術(shù),請保證極端謹慎:持久的人身傷害的潛力是真實的和無所不在的,應該嚴肅對待。
- 激光的危害 激光在激光切割機使用非常強大——成千上萬倍的口袋激光指針,已經(jīng)超過了眼睛防護警示標簽。這是另一個需要注意的激光安全。你的眼睛不再是唯一的風險。除了激光輻射的危險,排放的氣體管激光是由高壓電源電壓超過30千伏。應該非常小心當工作在激光切割機電子為高電壓供應充電一段時間后的激光切割機。
- 材料的危害 粉末狀材料通常是非常易燃或易爆的，另外還有嚴重的呼吸系統(tǒng)風險；應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燃渾濁的空氣,引起爆炸。此外,這個第一個原型并不合并powder-laser接口的惰性氣體屏蔽,這對于一些材料,可能是非常危險的,特別是如果任何粉變成了空氣。
過程概述
激光添加劑制造技術(shù)有點不同于更熟悉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程的可能性。SLS經(jīng)常廣泛使用這個詞來形容激光彎曲成形的過程。有時是區(qū)別于選擇性laser-melting(SLM)因為有明顯區(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,但是屬于離開小粉末粒子之間空隙的結(jié)合機制,這種區(qū)別是重要的,但在術(shù)語方面,激光燒結(jié)和laser-melting經(jīng)常有些互換使用。
力學原理
激光燒結(jié)的過程開始于一個非常簡單的系統(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彼此和集體產(chǎn)生粉末,像液體一樣流動。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,停止在宏觀尺度。根據(jù)它的形式的復雜性除了影響傳熱通過靜態(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,使顆粒在床上一個或兩個層的激光。這吸收拓撲變化: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)?，F(xiàn)在我們可以開始考慮時間對系統(tǒng)的影響。隨著激光熱粒子在三維剖面,粒子的表面開始融化,增加了接觸表面之間單個粒子,對laser-melting而言,有一個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)/融化過程:“成球效果,”描述了材料珠成粉的趨勢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，非常類似于一個單一的水流經(jīng)過瀑布——張力分布在其圓柱表面是不均勻的,空間說:表面張力創(chuàng)建一個緊縮的力量,由于自然流的形狀差異,導致變細,導致下降的形成。假設(shè)他們的球形或近球形的形狀,因為它是物理系統(tǒng)的能量最低的形狀:
硬件
開源激光燒結(jié)技術(shù)的進展受阻于缺乏負擔得起的,高功率激光源和光學鏈。激光切割機在黑客空間越來越容易得到，這使得成本正在迅速下降。通過使用現(xiàn)有的高精度龍門結(jié)構(gòu)和相關(guān)的光學、激光源,電源,進入這項技術(shù)最重要的障礙可以解除。OpenSLS是一個相對簡單的粉體處理模塊,加入到一個激光切割機來創(chuàng)建一個激光燒結(jié)研究的平臺。粉體模塊設(shè)計主要由激光切割部分允許制造的激光切割機的功能增強。3 d打印部分也廣泛使用和幾乎所有其他硬件可以來自麥克馬斯特。多個模塊可以安裝到一個激光切割機。
粉模塊
R1硬件
R1粉模塊包括兩個活塞相同的維度,每一個都由螺桿不同的轉(zhuǎn)動。主體活塞是由一個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活塞同樣的電機驅(qū)動控制通道在direction-reversed平行配置中,不同距離的同時在相反的方向移動。然而,活塞之間的“轉(zhuǎn)移比率”實際上是相當依賴于材料,在某種程度上,物體的幾何印花。R1粉經(jīng)銷商第一次使用一個cable-driven反向旋轉(zhuǎn)陽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)銷商桿的兩端執(zhí)行期間,這是通過皮帶驅(qū)動套管兩端的鋁桿。這允許一個學位的驅(qū)動效應做兩個運動。后來的實驗表明,一個更簡單的粉經(jīng)銷商perfromed比反向旋轉(zhuǎn)。一個不銹鋼實驗室在蠟和尼龍上提供更好的結(jié)果。而粉經(jīng)銷商使用兩個步進電機(專為缺乏適合GT2的正時皮帶),這些也可以并行驅(qū)動再次減少機械渠道的數(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硬件機械問題相關(guān)的激光燒結(jié)過程和可用性考慮具有以下特點: 鋁建設(shè)室兼容硅膠加熱墊 惰性氣體體積建立屏蔽通過穿孔板 Level-able構(gòu)建板 流化床部分提取 模塊化和適應性強的經(jīng)銷商體系 集成電子和電源 內(nèi)部粉捕獲和存儲 線性運動硬件更好的隔離粉末形式 可調(diào)粉經(jīng)銷商葉片 適當限制分配系統(tǒng)在線性rails實施層高度 一體化支架保護粉模塊激光切割機框架 模塊化施工方便的清潔粉管道和打印活塞
激光切割機是通過SeeMeCNC采購的。它是一個不知名的中國進口系統(tǒng)80 w管,一個600 mm x 900 mm的工作信封,令人驚訝的是附帶的軟件能力。使用步進電機的任何激光切割機(這是他們中的大多數(shù))應該兼容這里使用的電子設(shè)備堆棧。激光功率 80瓦和40瓦管都進行了測試與OpenSLS粉模塊使用。兩管僅排放高于閾值電流水平,創(chuàng)建一個公司下界的力量水平,可以探索。最低達到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.....
更多的小編就不繼續(xù)翻譯了，實在是英語水平有限，請?zhí)D(zhuǎn)點擊到 原文繼續(xù)學習。 |
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