激光烧结3d打印机(共11页)

1、opensls：一个开放源码的激光(jgung)烧结实验平台发布状态(zhungti)：实验描述 这是一个原型的成型系统设计接口与激光切割机创造一个平台(pngti)与SLS工艺实验。 许可证 GPL 作者 安德烈亚斯 贡献者 基于 SLS蜡打印机 类别 SLS，激光，粉 CAD模型 无 目录1 说明 2 安全 2.1 激光安全 2.2 材料的危害 3 工艺概述 3.1 术语 3.2 机械 4 硬件 4.1 粉模块 4.1.1 R1的硬件 4.1.2 R2的硬件 4.2 激光切割机 4.2.1 激光功率 4.3 BOM 5 打印材料 5.1 制造方法 5.1.1 粒状结晶粉末 5.1.2 蜡基

2、粉 5.2 小烛树蜡 5.3 尼龙 5.4 石英砂 5.5 蔗糖 6 电子产品 6.1 兰博板 6.2 本地的激光切割机电子 6.3 粉管理Arduino 6.4 整合(zhn h) 7 软件(run jin) 8 视频(shpn) 9 源文件 10 未来的工作 11 参见 12 进一步的阅读 说明 opensls打印从构建室新兴。opensls是探索选择性激光烧结工艺和功能样机的SLS 3D打印机能够在各种材料加工对象的平台。它的开发是在先进制造研究所（AMRI）和乔丹米勒博士的实验室进行微观的生理系统和先进材料的资助。这个项目的一个综述和研究，它将可以发现在这里。这个项目中，它占有现有的是

3、独特的，负担得起的激光硬件，即激光切割机，用于烧结工艺。这改变了挑战的性质从一个采购（IE，在哪里可以找到一个足够强大的激光和光学）的一个集成的，模块化的硬件设计，以及材料的发展。opensls的硬件设计是一滴粉管理模块，其唯一目的是同步布局层粉激光运动系统（激光切割机的机架和激光烧结或熔化）。通过调整商业和广泛用于这一过程的激光切割机，这种技术可以降低市场进入壁垒。安全因为SLS是一种天生的高能过程涉及一个强大的看不见的激光、数控设备、有害物质的，它不应该被当作更熟悉挤出机。这是一个非常危险的过程。多会出错。如果你决定去探索这种技术，请特别注意：潜在的持久的伤害是真实的，永远存在的，应该认真

4、对待。激光安全该激光器用于激光切割机是非常强大的，从字面上成千上万倍的袖珍激光指针，已经承担了一眼安全警示标签。这是另一个类激光安全。你的眼睛不再是唯一的事的风险。除了危险的激光辐射，煤气管，发射的激光是由一个高压电源电压30kV以上。应该特别注意工作时对激光切割机电子作为高压电源持有一些时间充电后的激光切割机断电。山姆Goldwasser准备了激光安全的一个优秀的网页，包括一个广泛的DIY激光器部分和安全挑战有。请阅读它之前，任何试图对这里所描述的工作。材料的危害细粉状的材料往往是非常易燃或爆炸的除了是一种严重的呼吸系统的危害。应特别小心处理粉状材料时。静电冲击是在某些情况下足够的能量点燃尘

5、云，引起爆炸。此外，这一原型并不包含惰性气体保护的粉末激光接口，其中，一些材料，是很危险的，尤其是如果任何粉末变成空中。工艺概述基于激光的添加剂制造技术比熟悉的熔融挤出技术有不同。主要兴趣是flexibiity附带使用粉状原料。许多非热解材料与成形工艺都可以用激光解决。术语(shy)长久以来的SLS技术经常被大致描述成一种激光成形过程。它有时是区别于选择性激光熔化（SLM）的，因为两种过程凝固方法之间有明显的差异。激光熔化是将材料完全融化为液体，形成的产品质地密。激光烧结依赖热梯度液化（虽然不是在所有情况下）的表面粉末颗粒彼此连接，其颗粒之间有空隙。在粘合机制而言，这个区别很重要，但从术语(s

6、hy)上讲，激光烧结、激光熔化通常用可以互换。Kruth等人在2005年提出了家用的激光烧结/激光熔化过程中12种不同的约束模式。重要的一点是，模式之间的区别主要是材料的颗粒大小，几何，依赖和包装结构，导热性以及床层温度，激光功率，光斑大小，和大气。然而这一模式不适用与激光烧结。机械激光烧结过程开始于一个非常简单的系统：激光能量注入到一批有质量的粒子。然而，许多因素如何影响激光能量吸收：颗粒(kl)的形状，大小，密度，结构，材料的吸收，反射，透射，大气，能量密度，光束轮廓，和光斑直径是主要的一些因素。颗粒形状在宏观尺度影响粉末的性能：球形粒子流很容易超过对方和集体产量粉末，就像液体流动。有棱角

7、的颗粒引起的瞬态，但更稳定的包装结构和交错流动，停止方式对宏观尺度。片和更复杂的血小板可能有流体特性在某些情况下，一定程度的自我粘附或自我纠缠，取决于颗粒的形状的复杂性。这些几何因素结合粒径影响颗粒的包装方式，从而极大的作用如何发挥热量传递通过粒子系统在现场的烧结。物体之间的传热是大小的温度差和横截面积的物体之间的比例。颗粒大小，形状，和包装模式确定的数量和大小的颗粒之间的接触点（萨洛夫等人，2003）。接触点之间有更好的热粒子，通过他们。除了通过静电粉末影响传热，颗粒大小和形状（分布在）如何影响激光能量被转移到粉末颗粒。粉末床的表面可以认为是多孔有颗粒，使颗粒的一层或两层更深的床激光之间存在

8、许多空隙。这改变了吸收的拓扑结构：为固体材料，激光的能量会通过样本的二维表面吸收。在这里，激光穿透更深的材料，既反映了和被吸收的颗粒在表面层（-，2006）。现在我们可以开始考虑时间对系统的影响。由于激光加热的粒子在三维形貌，颗粒的表面开始融化，增加接触面之间的单个颗粒和粘结和消除材料气体材料连接，增加颗粒间的传热。这虽然可以作为一个改变的烧结速度则依赖率烧结（-，2006）。换句话说，烧结加速本身由于传热粒子开始相互结合，增加发生。在激光熔化的情况下，有一个从固体到液体的全相位变化，产生了一个最困难的挑战在激光烧结/熔化过程：“球化效应，“它描述了粉料珠的趋势为小球被激光束加热后。这是由于表

9、面张力的变化和运动的成形力对材料是液化。的作用是分割的，一个单一的水流经过时张力分布在圆柱表面是凹凸不平的，从空间上来说非常相似：表面张力产生收缩力，由于自然变化的流的形状，导致颈缩，导致液滴形成。滴假设他们的球形（或近球形）的形状，因为它是物理系统的最低能量形状：网张力是最低的。创建一个淋浴头滴负责影响球化材料的小水滴一样的力量。硬件在开源的激光烧结技术的进步已经阻碍了缺乏负担得起的，高功率激光源和光学链。激光切割(qig)机越来越容易在空间和在成本迅速下降。利用现有的高精密龙门和相关的光学，激光光源，电源，进入该技术最显著的障碍可以被删除。opensls是一个相对简单的粉末处理模块，落入一

10、个激光刀来创建一个用于激光烧结的研究平台。粉末模块设计主要包括激光切割零件可以制作在激光切割机，这将增加其功能。3D打印的部件也广泛用于几乎所有其他硬件的来源可以从麦克和inventables。多个模块可以安装到一个激光切割机，允许在多个串联的实验材料。粉模块(m kui) R1的硬件支持蜡烧结是一个有价值的来源，设计和工艺改进。R1的硬件R1粉模块由两活塞相同的尺寸，每一种不同的螺距丝杠驱动。进给活塞通过m12x3.0 Acme丝杠驱动，打印驱动活塞通过m8x1.25螺纹钢棒。在球场上的差异是为了让两活塞来驱动，在一个方向相同的电机控制通道(tngdo)反向平行配置，移动不同的距离，同时在相

11、反的方向。然而，“转化率”之间的活塞实际上是相当依赖于问题的材料，以及，在某种程度上，几何对象的要打印。R1粉经销商首先用电缆驱动的反向旋转的电化铝杆传播打印粉末在层分布。张尼龙单丝缠绕静滑轮连接到分发服务器执行反向旋转杆在翻译的目的，是通过皮带传动轴套在铝杆两端。这允许一一度的驱动效应两个自由度的运动。后来的实验表明，一个更简单的粉经销商顺利比反向旋转的一。一个实验室的不锈钢刮刀在蜡和尼龙提供了最好的结果。而粉末分配器使用两步进电机（仅为一个适当大小的GT2皮带的缺乏），这些也可以并行驱动电机渠道降低再次需要控制系统数。R2的硬件(yn jin) R2的硬件包括什么是从R1模块的工作了。硬件

12、的二次修订解决力学问题具有以下特点的激光(jgung)烧结过程及相关的可用性的考虑：铝硅加热垫兼容(jin rn)室建设惰性气体通过多孔板屏蔽建立建设量水平可以建立板流化床部分提取模块化和适应性强的经销商系统集成电子和电源内部粉末捕获和存储线性运动硬件更好的隔离粉可调叶片粉末分配器适当约束分布系统的线性导轨执行层高度为确保粉模块激光切割框架集成支架模块化结构，易于清洁粉管道和打印活塞综合经销商刮清洁刷去除任何附着的块状或粉末模块是独立的，从简单的维护/维修激光切割机激光切割机 之前的任何修改了其Z级或电子激光切割机。 在激光切割机的硬件安装R2（粉管道被搁在左）。 激光切割机是通过采购seem

13、ecnc。这是一个无名的中国进口(jn ku)80W管系统，一个600mm900mm的信封，和惊人的能力附带的软件。任何采用步进电机激光切割机（这是大多数人）应与电子(dinz)堆栈使用兼容。激光功率一个80瓦和40瓦管进行了测试使用的opensls粉模块(m kui)。两管发射的阈值以上的电流水平，创造一个坚实的下界的功率水平，可以探讨。最低能达到的功率是80瓦的灯管2.4瓦，约100毫瓦40瓦管上。可以看出，在激光功率与PWM控制信号值的地块，线性度取决于功率范围。两管在较高的输出功率具有较高的变异性，虽然80W管区别14和40瓦之间的电源浪涌，在它达到超过150瓦才回到一个更可预测的线性

14、政权的权力。下端的40W管的功率范围允许的功率级优秀毕业研究相对较低的激光能量的碳水化合物和聚合物。 在低功率，激光是相对线性的，但在功率在四序贯试验的逐渐增加，每次持续约15分钟。 在一个更广泛的功率范围，激光偏离出现在低功率的线性度。 80W激光也相对线性在其权力范围的下限，也表现在对四试验40W激光做系列输出功率逐渐增加。 在更高的功率水平，特别是那些14和40瓦之间，在它返回到一个新的线性区，输出功率是非常高的和不可预知的。BOMBOM是被编译并将很快。打印材料一个强大的激光烧结的方面是它制造出许多不同的材料的能力。该系统已通过测试，具有相对小数量的材料不同程度或严谨，从简单的一维跟踪

15、点熔化烧结，一直到整个三维烧结。制造方法粒状结晶粉末球磨是一种广泛用于降低脆性和晶体材料粒度的过程。激光烧结工艺要求即使是微量的形成和更高分辨率的细颗粒，但许多材料只有粗粮。通过球磨、筛分结果，均匀粒径细粉可小批量生产。我用了一个小岩不倒翁开始制作粉末和毕业的一大容量滚筒用钢筒制作大批量使用更大的研磨介质粉。可以在下面的两个图表看，有两执政的趋势在研磨介质的选择。第一，较高的比例（重量比）研磨介质基板产量较高的组分的更细的颗粒。第二，较大的磨矿介质颗粒”产量较高的组分的更细的颗粒比小研磨介质或小的和大的研磨介质的混合物。这两个趋势意义，构成磨球磨工艺介质和颗粒之间的无数微小的影响背景：高质量的

16、研磨介质可以提供更高的能量的影响，更使磨矿介质意味着更多的影响。 蜡基粉小烛树蜡可以从购买美国和PITSCH。对于低功率近红外激光二极管印刷，要混合少量的碳粉蜡作为能量吸收色素。该混合物可以通过混合100部分与7部分的蜡碳重量然后工作的混合物通过80目筛，彻底打破并将碳制备蜡块。这种混合物对湿度敏感，开始聚集在几天剩余静。小烛树蜡小烛树蜡已被证实为是一个潜在的低成本的SLS打印材料和调查作为阳性对照opensls硬件开发过程中。打印材料由小烛树蜡与碳粉混合在一个100比7，其中炭粉作为能量吸收(xshu)在近红外和激光波长色素也为阿德凝聚剂。激光烧结有2011由安德烈亚斯巴斯蒂安全激光熔化固结

17、，从而导致大量的卷曲和下边缘的定义由于表面张力完全液固结区的影响。通过对功率/转速参数遍历了更传统的液相烧结参数进行单颗粒。325的功率/速度组合尝试，不产生液相烧结蜡粒子之间的。相反，二维成像表面表明烧结罚款球足以导致小颗粒的综合区域之间的结合程度，导致大量衔接足够印刷精致多孔物体。 在低倍镜下的蜡和碳的混合物。 用压缩空气清洁后的齿轮。它太脆和多孔从建立平台拆除(chich)生存。 其中的许多脚本遍历(bin l)的功率/速度空间。在X Y和速度减小，功率增大 小齿轮对分辨率和大规模的机器可以生产。 高倍镜下，个人碳和蜡颗粒清晰可见。 经进一步检查，即使是最好的印刷参数，发现是细球而不是真

18、正的液相烧结颗粒之间。 尼龙到了taulman 618s和PA 650个样本taulman3d和资产负债管理有限责任公司，分别。两尼龙证明烧结比蜡或异麦芽酮糖醇更容易。像蜡，第一层必须粘结牢固，构建平台（蓝色带，在这种情况下），否则会破坏粉体分布和层卷登记。即便如此，在印刷对象不支持的地区将卷曲和扰乱打印在打印序列后，如果有足够的尺寸，抓住经销商的叶片。将打印的第一层是一个工作在允许3D烧结的进一步探索，但不允许从几何约束相同的自由商业SLS技术。这需要通过加热粉末在惰性气氛下实现。一个400MW的激光功率制备这些早期天体，58mm的打印速度，150微米层高度，和“喷嘴”径0.075mm。看到

19、更详细的工艺参数在opensls GitHub的聚酰胺650 Slic3r简介。这个功率水平很低，明显的CO2激光器可以发射大功率。最重要的是尼龙在10.6m高的吸收效率，CO2气体激光器的波长。低成本，高功率二极管激光器在近红外范围内，808nm和840nm之间，这是不容易被吸收并转化为热的尼龙。在蓝色的范围内的激光器可能有更好的吸收。增加能量吸收色素，如在上面的小烛树蜡混合碳，可以实现有效的激光二极管。 聚酰胺650粒子的尺寸和形状分布。 通过60目筛通过后taulman 618s颗粒大小和形状。 聚酰胺650烧结在150微米层。 taulman 618s 150微米层烧结。 该聚酰胺65

20、0环演示合理的细微特征(tzhng)解析。 的taulman 618s环略厚的特点，但这可能是由于(yuy)粗粒度的粉末。 第一PA 650打印参数(cnsh)优化的最后一层。 环（由神经系统设计）后的粉末被清除。 用压缩空气彻底除粉后环。 发动机缸体。 石英砂 二氧化硅颗粒烧结在一起非常顺利，从上可以看出，在右上方的未烧结颗粒和熔融颗粒INT EH左下。石英砂是一种很有前景的廉价和丰富的印刷材料。证明Markus Kayser砂，可以热融合到一些功能的对象。进一步探索超越这个简单的测试性能是必要的。蔗糖 详细的激光熔化结晶蔗糖。 高倍镜下区域熔化。 蔗糖有一个趋势，两球和焦糖。 蔗糖差的烧结

21、特性，使用现成的蔗糖在正常大气测试时。它冒烟，球状，和焦糖下的激光，但在某些情况下是可以反复用激光烧结成连续扫描的痕迹。最成功的（虽然基本）烧结与激光功率2.4瓦，125mm / s的十个序列线性扫描实现的，在上面的放大图像产生烧结柱。电子产品驱动系统电子混合了本激光刀模，3D打印机的电子，和第三方组件。主要模块如下：兰博板 激光切割机的步进驱动器 激光电源 Arduino Uno（任何Arduino工作虽然） 粉模块步进驱动器 兰博板 全板引脚可以发现在这里兰博是非常详细记录板，可适应各种驱动数控设备和相应的固件，是硬件发展的一个很好的工具。在这里，x和y的一步，方向，和使能引脚被重新映射到

22、电机外部引脚（见右）和路由到步，方向，使在雷赛步进驱动器引脚（见下文）中使用的激光切割机。本地的激光切割机电子 为40W激光电源接线。激光切割机的电子堆栈是非常模块化的，很容易被破解。一切都是通过莫仕连接器连接，与激光电源的例外，是清楚的标记。由于材料的熔点低，我针对研究在组织工程和再生医学，我取代了80W管和电源附带有一个低功率40W的日光和40W的电源在功率谱的下端提供更高的功率分辨率的激光切割机。此外，80W管不会偷懒低于2.5瓦，这是正确的在权力范围的中间，被证明是最好的蔗糖和蜡材料。40W管和电源可以低至200MW提供电力，为蜡材料是有用的。激光切割机电源有一个体面的手册然而，制造商

23、采用手动为20W，30W，40W，60W和80W的系统(xtng)，因此，无视最大电流规定我使用从40W的日光技术(jsh)不应该高于长期10-12ma。这样做将大大缩短灯管的寿命。我也试图用 40W的电源/products/laser-engraving/new-40w-co2-laser-power-supply从自动化技术，但被明确阴极缺乏警觉。约翰仅仅从seemecnc还看看布线在40W的激光切割机自动化技术购买和发现激光阴极接地的情况通过一个巨大的，未标记的功率电阻。不想冒任何风险与30kV线路，我选择了一个电源，而不是来自轻的物体而是因为它有文件），B）有一个明确的阳极和阴极，和C

24、）的开源社区在激光切割机似乎有lightobject有良好经验。PWM控制电路接线图如左。而手动指定一个(y )最小为类似的低成本CO2激光电源规格20kHz的PWM频率和脉宽1ms的数据表，电源可以与本地 490hz PWM频率的兰博驱动。请谨慎使用激光电源时。它拥有一个高电压充电即使已关机。我已经验证了这个哄大功率束出管后切断电源的激光电源。粉管理Arduino这是完全没有必要的，Arduino的仅是时间约束的反思和重构我的困难在马林成更通用的五轴状态。兰博有5个功能齐全的汽车频道，但是我发现很难解开两通道用于挤出机控制从许多优化和安全性等特点在马林鱼。我鼓励那些在固件开发更多的经验来处理

25、移植一个稳定的RepRap固件运行SLS硬件。Arduino是相对简单的代码来增加Z轴的粉粉的新层的管理和分配，可以发现在这里。Arduino采用两步进驱动器跑四步进电机用于粉末模块。整合蓝博的板的激光切割机电子整合最重要的是确保所有连接都有一个共同的地面。我选择不台激光切割机的本土电感晶体管endstops接口而安装的机械endstops，与兰博兼容。我也保持了其Z轴激光切割机的控制，这对自动聚焦在粉床是有用的。然而一旦集中，就不需要对激光切割机的本地控制器。软件我在这里遇到的主要挑战是适应固件开发的熔融挤出机与不同的几何运行5轴机。切换到粉末模块控制次级单片机之前，我试图用挤出机渠道带动饲

26、料和打印活塞单独使用Z通道驱动分配器。我也尝试运行Z轴上的两个经销商汽车Z-通道和线路平行跑一个挤出机的通道。在这两种情况下，我遇到了很难跟踪运动控制缺陷，如不同的速度，错误的旅行距离，并在挤出机通道定向运动。我残疾的安全功能，调节马林挤出机行为很多，但我没有发现他们。在对激光烧结的大目标前进的兴趣，我苦练的Arduino Uno跑粉模块。再次，这是困难的，只因我遇到适应马林这个硬件。一个更通用的五固件兰博，坡道行驶，或任何其他五轴CNC控制器工作。我jmil叉鱼叉可以发现在这里包括代码运行苦练的Arduino。我建立了激光点火定时控制通过比较过去和现在的挤压的距离，以同样的方式收缩控制。硬件

27、可以运行标准的RepRap工具链和Python脚本显示。我目前分层Slic3r和使用pronterface。切片参数需要调整(tiozhng)以反映最佳烧结工艺参数（打印速度，“喷嘴(pnzu)”/光斑直径，层高度）在手，显示材料移动(ydng)激光头从经销商的路径和启动分布序列需要被添加到“层”下显示打印机设置/自定义G。这是可能的层改变代码实例：G4 S2；几秒钟让任何缓冲动作完成为暂停；一会儿 G1 X-200开关相对运动；移动激光头的方式 M700；跑粉的硬件 G4 S13；需要13秒来做层的变化 G1 X200；移动激光头返回到原来的位置 G90；回绝对定位 G4 S2；给激光头几秒

28、钟到达的位置视频 源文件源文件保存在GitHub。而这种设计是功能性的，它绝不是优化。有要做了许多改进，我鼓励任何人谁是有兴趣在提高迭代和随后的设计。未来的工作下一个原型是活跃的发展和特点加热铝活塞和基本的正压惰性气体与尼龙，进一步的实验，在屏蔽金属，和吸湿性材料。进展可以追踪安德烈亚斯Bastian的dev的博客。参见焦点SLS打印机是一个令人印象深刻的机器，可以组装出的中密度纤维板和印刷配件。安德烈亚斯巴斯蒂安的SLS打印机在这个项目的基础是。彼得延森早期的SLS印刷的探索包括一个低成本的往复激光切割机的发展。另一种方法来建立一个3D打印机用斜的SLS粉末和马林鱼简单的建立！虽然没有严格的烧结机，PWDR打印机是一个很好的粉末处理程序。DIY选择性激光烧结的FAQ 进一步的阅读-（2006），A.。金属粉末直接激光烧结机理，动力学和微观结构特征。材料科学与工程，428（1-2），148158。关键词：10.1016/j.msea.2006.04.117Kr