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(yīng)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(yīng)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(yīng)該非常小心當工作在激光切割機電子為高電壓供應(yīng)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(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(fù)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(yīng)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(yīng)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(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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