SLS(選擇性激光燒結(jié))

SLS〔選擇性激光燒結(jié)〕1989年；要結(jié)實(shí)的多，通?？梢杂脕碇谱鳂?gòu)造功能件；SLA的地方：材料多樣且性能接近一般工程塑料材料；工藝簡潔，不需要碾壓和掩模步驟；使用熱塑性塑料材料可以制作活動鉸鏈之類的零件；成型件外表多粉多孔，使用密封劑可以改善并強(qiáng)化零件；使用刷或吹的方法可以輕易地除去原型件上未燒結(jié)的粉末材料。選擇性激光燒結(jié)1989年被制造。材料特性比光固化成型〔SLA〕工藝材料優(yōu)越。多種材料可選PC，尼龍或者添加玻纖的尼龍。如下圖，SLS機(jī)器包括兩個粉倉，位于工作臺兩邊。水平輥將粉末從一個粉倉，穿過工作區(qū)間推到另一到整個零件燒結(jié)完畢?！睸LS—RapidPrototyping〕技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成局部，它集成了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)成果。與傳統(tǒng)制造方法不同，快速成型制造從零件的CAD模型動身，通過軟件分層和數(shù)控成型系統(tǒng)，用激光束或其它方法將材料積存而形成實(shí)體零件模具和傳統(tǒng)刀具廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車摩托車、科學(xué)爭論、醫(yī)療、家電等領(lǐng)域。SLS原理〔熱固性光敏材料燒結(jié)〔石蠟、金屬、陶瓷粉末〕、熔融沉積造型〔石蠟、塑料、低熔點(diǎn)金屬〕和分層實(shí)體制造〔紙、金屬帶、塑料膜〕。本文介紹的是選擇性激光燒結(jié)成型，用于成型加工的機(jī)器是從北京隆源購進(jìn)的AFS320快速成型機(jī)。選擇性激光燒結(jié)成型的原理是首先生成一個產(chǎn)品的三維CADSTLSTL文件“切”出設(shè)定厚度的一系列片層，或者直接從CAD文件切出一系列的片層，這些片層按次序累積起來便是所涉及零件的外形。如圖1所示，整個成型過程是在成型活塞筒內(nèi)完成。在成型活塞筒的一側(cè)有一個供粉活塞筒。成型步驟如下：1AFS320快速成型機(jī)原理首先，供粉活塞上移肯定量。鋪粉滾輪將粉末〔PSB〕均勻地鋪在加工平面上。激光器發(fā)出關(guān)。激光束掃過之處，粉末燒結(jié)成肯定厚度的片層，未掃過的地方仍舊是松散的粉末〔層厚度〕了。成型零件數(shù)據(jù)處理成型零件要經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理。處理的軟件分別有：三維CAD造型軟件〔如PRO/E、SolidWorks、SolidEdgeUG等〕、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理軟件〔MAGIC9.0〕和監(jiān)控軟件〔AFSWin〕。造型軟件都是市場上已有的，主要負(fù)責(zé)成型零件的幾何造型，然后將創(chuàng)立的零件模型輸出為STLMAGIC9.0翻開STL文件，并進(jìn)展一些數(shù)據(jù)處理與參數(shù)設(shè)置。模型修補(bǔ)與縮放處理由于各種三維造型軟件都有自己的數(shù)據(jù)格式出為STLMAG-IC9.0翻開STL格式的模型文件這種收縮，一般是依據(jù)材料的不同進(jìn)展模型放大補(bǔ)償，一般沿Z向放大1.005。而依據(jù)成型以后的零件所作的用途還要給CAD模型作另外的縮放處理。例如用石臘作為成型材料做消逝模。假設(shè)消逝模是用來鑄造鋁件，那么要CAD模型整體放大1%，假設(shè)消逝模是用來鑄造鋼件，那么要給CAD模型整體放大2%。依據(jù)模具鑄造材料的不同選擇不同的縮放比例。模型放置與添加零件支撐AFS〔快速成型系統(tǒng)〕供給了溫度要小于零件的燒結(jié)溫度。也就是激光束在掃描經(jīng)過支撐的時候，激光器的功率要降低，掃描密度要降低，掃描線寬要增大。這樣，支撐的燒結(jié)強(qiáng)度就低，成型以后很簡潔去除。如圖2所示，成型零件是一個吸塵器的封蓋，當(dāng)封蓋模型經(jīng)過縮放處理后就可以添加支撐了，量要求較高的面最好放置為頂面，特別是對于細(xì)小凸起，如圖2所示的箭頭標(biāo)志，更要放置寸較大的邊橫放，削減掃描的層數(shù)，縮短加工時間。2添加支撐切片參數(shù)設(shè)置超過0.4mm。這里的刀具指的是激光束，依據(jù)激光束品質(zhì)的不同，在燒結(jié)零件外輪廓時，刀具補(bǔ)償為0.15mm，支撐的刀具補(bǔ)償為-2mm。零件和支撐要分別進(jìn)展切片處理，由于它們的掃描參數(shù)是不一樣的。對于零件來說，一般選擇掃描線寬為0.15mm，即激光束掃描軌跡之間的間隔。支撐一般是0.8mm。掃描線寬太大，不簡潔燒結(jié)成型，掃描線寬太小，簡潔導(dǎo)致燒結(jié)區(qū)溫度過高，導(dǎo)致支撐強(qiáng)度大，不簡潔取出。輸出切片文件將經(jīng)過Magic軟件處理過的成型件的CAD模型導(dǎo)出〔零件與支撐分別導(dǎo)出〕，導(dǎo)出格式為*.cil。然后用特地進(jìn)展切片處理的系統(tǒng)ArpsCAD模型每一層的信息。導(dǎo)出格式為*.cil。在作切片處理時要先設(shè)置處理參數(shù)，如圖3所示，掃描參數(shù)有：3切片參數(shù)設(shè)置掃描輪廓參數(shù)設(shè)置包括：1〕AFI文件中，先進(jìn)性輪廓掃描，再進(jìn)展填充掃描；2〕后掃描輪廓：在輸出的AFI文件中，先進(jìn)展填充掃描，再進(jìn)展輪廓掃描。掃描方向參數(shù)設(shè)置包括：1〕X方向，即掃描線平行于X軸；2〕X、Y方向交替，即掃描線方向在平行于X坐標(biāo)軸和平行于Y坐標(biāo)軸兩個方向上交替使用。優(yōu)化原則參數(shù)設(shè)置：從切片上的掃描區(qū)域的拓?fù)錁?gòu)造來看，整個掃描區(qū)域是由假設(shè)干個界分解成假設(shè)干個子掃描區(qū)域，這樣，逐個掃描子掃描區(qū)域，在一個子掃描填充掃描完畢后，才跳到下一個掃描區(qū)域。如圖4所示，整個掃描區(qū)域分為里面的小正方形區(qū)域和外面的ABCD；廣度優(yōu)先原則；深度優(yōu)先原則；深度廣度混合原則；如圖4所示，外面的連通區(qū)域劃分成更小的A、B、C、D四個子連通區(qū)域。在一個子連通區(qū)域掃描完畢時，依據(jù)優(yōu)化原則的不同，跳向的另一個子連通區(qū)域也有所不同。選擇廣度優(yōu)先原則方向〕時，掃描挨次是A-B-C-D；選擇深度優(yōu)先原則時，掃描挨次是A-B-D-C。依據(jù)子掃描區(qū)域的劃分狀況可以選擇不同的優(yōu)化原則。4掃描路徑優(yōu)化成型加工及參數(shù)設(shè)置ARPSAFIAFSwin。AFSwin讀入AFI切片文件。依據(jù)成型零件的尺寸大小，成型缸內(nèi)一次可以成型多個零件，也就是說AFSwin一次可以讀入多個成型零件的AFI理的排列。下一步工作就是進(jìn)展參數(shù)設(shè)置，需要設(shè)置的參數(shù)主要有：鋪粉參數(shù)，即加工參數(shù)，它包括成型缸下降距離、料缸上升距離、鋪粉電機(jī)和滾輪電機(jī)的速度4個參數(shù)。該4個參數(shù)打算了鋪粉的平坦及速度。而這些又對成型質(zhì)量和效率有距離。加熱溫度參數(shù)。成型缸上部裝有加熱器，并由溫控表掌握粉末外表溫度，加熱的作用是減小成型過程中的變形、節(jié)約激光能量。加熱溫度的設(shè)定和調(diào)整是依據(jù)材料的不同而異。對于PSB粉末，其加工時的粉末外表溫度為98-102攝氏度。為了防止零件變形，一般成型20120攝氏度左右。具體方法是當(dāng)紅外測溫儀測得成型缸外表的粉末溫度到達(dá)12025層燒結(jié)成型過溫度恒定在98-120攝氏度成型所需的溫度范圍內(nèi)。由于剛開頭激光器燒結(jié)粉末，在成具備了肯定的熱積存，因此加熱器功率減小，這樣可以保證成型件上下成型時的溫度恒定，有利于防止底部熱變形，提高成型質(zhì)量。成型過程中與加熱溫度相關(guān)的問題有：1〕邊角部使燒結(jié)區(qū)翹曲變形。2〕粉末板結(jié)嚴(yán)峻，增加后處理中清粉的難度：這是燒結(jié)過程中，粉末在一起，難于從零件中去除。3〕在燒結(jié)過程中觀看不到變形，但取出零件后底部變形：這燒結(jié)區(qū)消滅增大現(xiàn)象。4〕應(yīng)垂直的邊界消滅傾斜：這是由于各層的收縮程度不一樣，收縮程度也和加熱溫度直接相關(guān)。適當(dāng)提高粉末的加熱溫度可以解決這個問題。掃描速度和激光功率參數(shù)。掃描速度和激光功率對燒結(jié)零件的強(qiáng)度和變形量精度有較大的影響。掃描速度大，則加工速度快，但成型零件的精度、強(qiáng)度會降低。激光功率的大小形。一般設(shè)置為10-20W。激光功率包括掃描零件的激光功率和掃描支撐的激光功率。掃描支撐的激光功率一般比掃描零件的激光功率大10W左右。由于支撐的掃描線寬很大，激光功率過小不易燒結(jié)成型。成型過程中與加熱溫度相關(guān)的問題有：1〕成型零件在后處理過程中2〕構(gòu)造不同的粉末加熱溫度有關(guān)。3〕底部變形等。掃描參數(shù)。是指激光器的掃描參數(shù)，用來設(shè)置掃描器的掃描速度及空跳速度。掃描速時還可以為零件內(nèi)部掃描和