基于振镜扫描的激光烧结打印机 - 图文(2)

2019-04-16 21:12

设备,价格与全球最大的3D打印设备制造商——美国3D Systems公司的产品,也几乎处于同一个水平线上。

华曙高科的成功,引起了全球3D打印领先制造商的高度关注,多次前来考察,并抛出合作橄榄枝。2012年,德国EOS公司高层曾先后7次造访华曙高科。 在国内,华曙高科的成功,也引起了社会各界的广泛关注。中科院多次派出专家前来调研考察。2013年1月,3D打印被首次写进湖南省政府工作报告,聚焦的目光更是从业内迅速扩展到普通大众。

越来越多的人意识到3D技术可能带给生活和经济的改变,纷纷瞄准这个市场。2012年10月以来,华曙高科有6台3D打印机交付国内用户。目前,华曙高科订单量不断增加,但受厂房规模限制,生产规模远跟不上市场需求。 2013年6月,华曙高科3D打印产业基地在长沙高新区开工建设,中国科学院湖南技术转移中心3D打印研发中心也同时挂牌。这个占地48亩、建设面积近3万平方米的产业基地,将于明年投入运行,届时可形成年产设备100台、材料100吨的产能,此后将逐年翻番。这意味着湖南3D打印技术研究与产品产业化,即将迈入跨越式发展的新阶段。

3、拜耳材料科技和德国固体复合材料公司正合作开发选择性激光烧结TPU粉末。这种创新的制造三维结构的方法是基于使用激光束烧结粉末材料的基础上的。新公司位于莱茵河下游费尔德市,且将被授予新的品牌,并以Desmosint的名称来推广这个新的高科技材料。这项技术为产品扩展了很多的下游应用领域,比如汽车、运动器材、机器人技术、航空航天工程。固体复合材料是弗劳恩霍夫环境、安全和能源技术研究所的一个子公司。

无需模具:选择性激光烧结正日益成为塑料叠加式生产中稳固的数字生产方式。通过对塑料件的结构设计数据可以用TPU粉末生产产品。通过CAD导向,激光能在选定的位置融化粉末层。换句话说,塑料件是一层一层堆起来的。这种方法免去了使用模具的必要,也相应地降低了成本。而且和喷射注模相比,即使是拥有多腔复杂几何尺寸和切口的塑料件也能被加工。

消除不同材料间差距:目前而言,基本上是软的、有弹性的材料和硬质热塑性塑料,比如尼龙可以用作选择性激光烧结。但是拜耳的TPU产品韧性、弹性和强度都好,消除了不同等级材料之间的差距。这就为应用创造了好的条件。首先具有代表性的TPU产品是Desmosint X 92 A-1,它的优点之一是生产TPU时的温度只须保持在80摄氏度左右。而尼龙则需要保持在稍低于溶解温度。因为为反应室加热占了能源成本的大部分,所以这个方法很大程度上节约了能源。而且拜耳的TPU不易弯曲,也就是说烧结过程能十分顺利地进行。最后一点,反

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应室中未烧结的粉末不会老化,因此还可以继续使用,这和传统的激光烧结材料PA12相比,是巨大的优点。

可用于大量生产:选择性激光烧结给了设计很大的自由度,特别适合小批量的叠加式生产,比如生产波纹管、软管和奢华房车。这个方法还适用于生产矫正鞋内嵌物、运动鞋、头盔、假肢等等。除此之外,这项技术还可以用于大量生产,比如有的部件的几何体十分复杂,注模成本很高,这些情况下,使用烧结机的能效比将更好。而且产品使用完以后,塑料是完全可以在循环使用的。

4.奔驰卡车Benz拟采用最新的选择性激光烧结(SLS)打印工艺(一种3D打印方法)生产塑料零件,并作为客户服务及零部件部门标准化生产方法。预计2016年9月底,原装配件将通过3D打印机快速、经济及不定量地预定及供应。 可提供的塑料配件包括盖、垫片、弹簧帽、空气和电缆导管、夹子、支架和一些控制元件。所有配件将进行专业编码,并可在奔驰卡车备件列表中查询。 备件行业的挑战在于固体供应,包括只有低需求的小批量备件,这种备件可能已经不再产生。

SLS工艺解决了这些挑战,因为所有的配件都可以在短时间内通过3D打印机提供。

尽管SLS在过去几年中飞速发展,获得了良好的应用效果,但毕竟是一个较新的发展领域,还存在一下缺点:

1、 系统的速度、精度、可靠性还不能完全满足要求。 2、 零件表面光滑度还有待提高。 3、 冷却时间长,对加热温度、激光参数比较敏感,工艺参数需要较长时间摸索。 4、 成本较高市面上最便宜的也要上万元。

因此,SLS工艺未来的发展方向应该主要注意以下方面:

1、 开发更适合SLS工艺使用的新材料,以制造表面光洁、精度更高更好的零件。 2、 提高生产效率、减少成本。

3、 与工业4.0接轨,开发远程制造等新技术。

研究预期:

研发一台比市面FMD、SLA精度高;稳定安全(防止出现粉尘爆炸);易用(打印和清理粉末方便)的消费级打印机。

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二、项目的研究内容、预计突破或解决哪些技术难题、研究的创新点。 研究内容: 1、打印机结构设计研究 2、打印机控制系统设计研究 3、打印机硬件平台设计研究 4、打印机控制算法设计 预计突破: 1、送粉缸与铺粉车的铺粉与收粉模式的配合与控制。 2、控制系统各模块的协调控制。 3、针对粉末烧结时激光功率与烧结速度的平衡 创新点: 1、以层层余料为支撑、无需考虑制件复杂程度,实现自由打印。 2、采用送粉缸与铺粉车配合铺粉的模式实现更精密的铺粉和烧结完成后收粉。 3、将Co2激光源引入激光烧结设备大量降低其成本,增加行业竞争力。 第 8 页 共 14 页

三、项目的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 项目研究方法及技术路线: 研究方法: 1、考察并分析评估已有的技术方案 2、设计构造新型的结构与外观 3、建模、仿真、搭建实物完成控制算法 4、稳定性测试 5、完善结构和控制系统 6、进行实验 技术路线: 信息过程―离散处理。在计算机上建模的 CAD三维立体造型零件,或通过逆向工程得到的三维实体图形文件。将其转换成 STL文件格式。再用一离散(切片)软件从 STL文件离散出一系列给定厚度的有序片层。或者直接从 CAD文件进行切片。这些离散的片层按次序累积起来仍是所设计的零件实体形状。然后,将上述的离散(切片)数据传递到成型机中去,成型机中的扫描器在计算机信息的控制下逐层进行扫描烧结。 物理过程―叠加成型。成型系统的主体结构是在一个封闭的成型室中安装两个缸体活塞机构,一个用于供粉,另一个用于成型。成型过程开始前,用红外线板将粉末材料加热至恰好低于烧结点的某一温度。成型开始时,供粉缸内活塞上移一给定量,铺粉滚筒将粉料均匀地铺在成型缸加工表面上,激光束在计算机的控制下以给定的速度和能量对第一层信息进行扫描。激光束扫过之处粉末被烧结固化为给定厚度的片层,未烧结的粉末被用来作为支撑,这样零件的第一层便制作出来。这时,成型缸活塞下移一给定量,供料虹活塞上移,铺粉滚简再次铺粉,激光束再按第二层信息进行扫描,所形成的第二片层同时也被烧结固化在第一层上,如此逐层叠加,一个三维实体零件就制作出来了。 第 9 页 共 14 页

实验方案: 使用3D MAX 等制图软件进行建模并生成STL文件后利用SLI3C等软件将模型切片产生GCODE文件导入控制器。控制器控制激光扫描系统、光路水冷系统、粉缸控制系统,粉末预热系统进行烧结。 建模并导出 STL文件 配置切片软 件导出Gcode 文件 上位机配置 打印机设置 中央处理器计算 Gcode文件并控 制打印机打印 打印机控制系统设计研究: 第 10 页 共 14 页


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