选择性激光烧结成型设备铺粉装置的设计.doc

2 - PAGE 1 1 绪论 1.1 激光选区烧结快速成型原理及应用 选择性激光烧结(SelectiveL asers intering，简称SLS)技术是九十年代初RP技术中发展起来的又一种全新的原型制作方法，它以各种粉末材料(如石蜡、聚碳酸脂、石英砂、陶瓷以及金属等粉材)为加工对象。SLS烧结设备，主要由扫描器、铺粉机构、激光源、预热装置和计算机控制系统等部分组成。它采用具有动态聚焦功能的振镜扫描结构，因此，其扫描速度较其它种类的快速成形系统有相当程度的提高，最高扫描速度由具体的动态扫描系统确定，一般烧结速度可达2m/s，故成形效率更高。SLS系统基本上采用开环的Z轴位置控制结构，即不必实时测量零件的实际高度；与LOM（分层物体制造—Laminated Object Manufacturing）中的送纸、收纸结构功能类似，SLS系统采用了自动铺粉机构完成材料准备。另外，由于加工材料的要求，系统应具有对材料的预热功能，非接触式测量环境温度，通过温度传感器或者专门的测温仪检测温度。 激光烧结成形过程为：首先在工作台面上均匀地铺上一层很薄（0.08mm~0.3mm)的热敏粉末，辅助加热装置将其预热到粉末材料熔点(粘结剂的软化温度)以下的温度，在这个均匀的粉末层面上，计算机在经过数据处理得到零件的CAD实体模型的二维剖面后，再控制激光按照设计零件的当前层截面信息进行选择性烧结，被烧结粉末固化在一起形成零件的实体部分。然后，在计算机的控制下，工作平台降低一定的高度，铺粉机构铺设一层很薄的粉末，激光束开始新一层的扫描烧结，层厚一般控制在0.08~0.30mm范围内。系统不断重复这一过程，直到层加堆积成三维实体零件。烧结过程结束后，去除未被烧结的松散粉末，就得到了坯件，将此坯件进行二次烧结或浸渍等后处理，便可得到最终所需零件。原理如图1-1： 图1-1 SLS技术快速成型系统的工作原理 选择性激光烧结技术具有以下特点: (1) 材料选择广泛。其工艺材料选择广泛，如尼龙、塑料、金属、陶瓷的包衣粉末或粉末的混合物均可作为加工材料。SLS可根据不同的用途选择不同的材料，如用覆膜砂烧结精密铸造用砂型(或芯)，用石蜡粉或塑料粉烧结熔模铸造用的母模，用陶瓷粉烧结陶瓷模壳，或用金属粉直接成形金属模具或零件。 (2) SLS技术不需特殊支撑、多余材料易于清理、适合原型及功能零件的制造等优点，而且材料可以重复使用，材料利用率高，粉末材料的利用率几乎可以达到100%。 (3) 工艺过程简单。与其它原型制作工艺(如SLA,LOM等)不同，SLS成形无须研究专门的废料清除工艺。 (4) 具有广阔的应用前景。SLS可以直接成形金属或陶瓷制件，而快速原型与快速制模技术相结合是快速成形技术应用的一个主要方面。从目前国内外SLS技术的研究情况来看，覆膜砂、石蜡粉以及塑料粉这三种材料的激光烧结技术的研究比较成熟，已经有商品化的设备推向市场。金属粉末的激光烧结技术也逐渐成熟，而陶瓷粉末的激光烧结技术尚处在研究阶段，陶瓷粉末的激光烧结技术属当今激光烧结技术的研究前沿和技术难点。 1.2 SLS技术及设备铺粉装置的现状及其现有设备的缺陷 1.2.1 国际上SLS技术及设备的发展情况 自从70年代末80年代初，美国3M公司、日本名古屋研究所和美国UVP公司分别提出了基于有选择地逐层固化光敏聚合物的原理制造三维实体的快速成形概念以来，涌现出许多新的方法。目前的快速成形的方法不再仅仅是立体平版印刷（SLA) 、分层物体制造(LOM) 、选择性激光烧结( SLS) 、熔融沉积制造( FDM) 等四种，还出现了如立体打印、金属沉积、喷墨等等方法。同时，新的快速成形机构也不断涌现。到1998年，全世界共有331家快速成形服务机构，27家咨询机构，51家教育与科研机构。其中研究SLS工艺的有DTM公司和EOS公司。公司与公司之间的竞争日趋激烈，促使快速成形技术不断得到提高，不断得到应用，原型制造速度不断提高，各种新的加工材料不断出现，快速成形设备的品种规格不断齐全，制件精度越来越高，成形尺寸越来越稳定，快速成形软件功能越来越强大、完善，操作更加简便，性能更加稳定。随着快速成形技术的发展，就SLS成形设备的发展来说，主要表现在以下几个方面: (1) 操作更简单，功能更完善。例如，与烧结站2000相比，DTM公司的烧结站2500plus的人机界面更友好、功能更强大。 (2) 加工速度越来越快，实现了真正意义上的“快速成形”。 (3) 出现了概念机，并成为快速成形系统的一个发展方向，如1998年3D公司推出的Actua的一种改进机型(热喷实体打印