3D打印机实验指导书二

3D打印机实验指导书（二）实验二SLS快速原型实验-砂芯制作一、实验目的该实验使设备操作人员能够了解激光选区烧结快速成型（SLS）技术的基本原理、基本方法和应用，了解华科三维S320基本结构，掌握此型号快速成型系统的简单操作，对快速原型砂芯制造方法有一定的了解。二、实验内容了解SLS快速制造砂芯的基本工艺及后续处理工艺。三、实验原理快速原型制造是一种离散/堆积的加工技术，其基本过程是首先将零件的三维实体沿某一坐标轴进行分层处理，得到每层截面的一系列二维截面数据，按特定的成形方法（LOM、SLS、FDM、SLA等）每次只加工一个截面，然后自动叠加一层成形材料，这一过程反复进行直到所有的截面加工完毕生成三维实体原型。图1为产品的快速制造流程图。SLS方法采用二氧化碳激光器对粉末材料（塑料粉、陶瓷与粘结剂的混合粉、）进行选择性烧结，是一种由离散点一层层对集成三维实体的工艺方法。与其它快速成形方法相比，SLS最突出的优点在于它所使用的成形材料十分广泛。从理论上说，任何加热后能够形成原子间粘结的粉末材料都可以作为SLS的成形材料。目前，可成功进行SLS成形加工的材料有石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末和它们的复合粉末材料。由于SLS成形材料品种多、用料节省、成形件性能分布广泛、适合多种用途以及SLS无需设计和制造复杂的支撑系统，因此SLS的应用越来越广泛。SLS是采用激光有选择地分层烧结固体粉末，并使烧结成形的固化层层层叠加生成所需形状的零件。其整个工艺过程包括CAD模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。产品试制实物反求工程（RE）评价、修改概念设计CAD3D模型快速成型（RP）快速制模（RT）模具CAD/CAE/CAM模具制造产品批量生产图一产品的快速制造流程图SLS成形工作原理如图2所示，主要由激光器、振镜系统、工作台、加热罩，供粉缸、工作缸、铺粉棍构成。成形时，先在工作缸中铺一定厚度的粉末材料成为第一层的烧结原材料和起到支撑到作用，首先加热粉末材料到一定的温度，然后激光束经过调焦等校正后在计算机的控制下，按照截面轮廓信息，对制件的实心部分进行扫描烧结，使得粉末的温度升至熔化点，粉末颗粒交界处熔化，粉末相互黏结，逐步得到各层轮廓，非烧结的粉末仍呈松散状，作为工件和下一成形面的支撑，并起到一定的散热作用，一层成形完成后，工作缸粉在电机的作用下，粉末面下降一个截面层的高度，供粉缸粉同样在电机的作用下上升一个截面层的高度。为了使工作缸的粉末有较好效果的铺粉，也可以使得供粉缸上升略大于一个截面的高度，并在铺粉滚的推动下，进行下一层面的铺粉和铺平，然后激光束再次进行扫描烧结，如此循环，最终形成我们所设计的三维工件，三维工件完成后，未熔化的粉末可以被刷除，作为下次烧结的原料。图2SLS成形工作原理四、实验设备和实验方法实验设备：HKS320激光快速成型机。主要由激光扫描系统、振镜系统、预热装置、自动控制系统（铺粉和升降供料缸和工作缸）、前台操作系统（加工程序、参数设置等）、其他辅助系统（冷却系统、密封、集粉、照明等）。【实验方法】：1.准备工作吸尘器清除工作台面及加热辊上粉尘。将平移钢带槽里的粉尘清洁干净。将接料桶放置在接料口正下方。将加热罩上面的粉尘清理干净。用脱脂棉沾无水酒精将机床的红外保护镜擦拭干净（每次烧结前）。用脱脂棉沾无水酒精将机床的激光窗口镜擦洗干净（每次烧结前）。制冷器中的水箱是否水充足，若不够则补充水进去。2.配粉根据所需加工零件的材质准备好粉末材料。新的未开封覆膜砂无需放到筛分机过筛，烧结过的需要放到筛分机过筛（80目筛网）。3.开机操作启动计算机按开机按钮，其指示灯亮，运行HUST3DP软件系统，点击工作缸上升按钮将工作台面升至最上面位置，将制件托盘放在工作台面上，点击工作缸按钮，使托盘上表面低于缸口5mm以下位置，点击左右粉缸下降按钮将左右粉缸降到粉缸最下面位置。用勺子将配好的粉末盛入供粉缸，用棒槌或其他工具将粉末刮平并压实（此操作过程请配带防尘面具）。手动铺粉用控制台面板中送粉桶送粉和铺粉辊的左右移动，配合使用来将工作台面的粉末材料铺均匀，左右粉桶每次送粉高度不能超过1mm，以免粉末溢出。将加热罩移动至合适位置。磁盘或网络将准备加工的STL文件调入计算机。4.图形预处理HUST3DP软件系统可通过网络或软盘接收STL文件。开机完成后，通过菜单的【文件】(详细操作见第三部分)下拉菜单，读取STL文件，并显示在屏幕实体视图框中，如果零件模型显示有错误，请退出HUST3DP软件系统，用修正软件自动修正，然后再读入，直到系统不提示有错误为止。通过“实体转换”菜单，将实体模型进行适当的旋转，以选取理想的加工方位。加工方位确定后，利用【文件】下拉菜单的【保存】或【另存为】项存取该零件，以作为即将用于加工的数据模型。如果是【文件】下拉菜单中的文件列表中有的文件，用鼠标直接点击该文件即可。5.零件制作选择软件界面右下角参数设置区域，设置系统的零件制作参数：设置分层厚度，填充间距，填充速度，填充功率，轮廓速度，轮廓功率，填充偏置，轮廓次数，扫描方式，设置完后点击【更新扫描参数及扫描策略】保存设置。根据材料的不同，一般情况参数固定不动，无需更改。成型材料推荐的参数设置PS粉末覆膜砂扫描速度4000mm/s4000mm/s激光功率20w45w扫描间距0.2mm0.15mm单层厚度0.2mm0.25mm工作温度90℃±2℃55℃±5℃选择加热强度设置区域，设置前辐射强度，后辐射强度，侧辐射强度以及中辐射强度系数。点击【更新强度系数】保存设置，一般为固定不动。选择加工准备区域，点击【加工预估】项，即可进行该零件的预估制造以及加工时间预估。点击【加温层识别】项，即可进行该零件的关键层自动识别，选择【删除关键层】项对关键层列表清理，去掉不必要的关键层，然后对加温层列表里各层进行切片观察设置【高度】【强加热温度】【激光功率】等参数，参数设置完毕后点击【刷新】。选择加工区域，设置【工作温度】，设置好【加工范围】（一般不改变它的初始值），勾上【自动停机】，点击【修改加工参数】保存参数，点击【加工】按钮开始自动制造，关上门，零件做完，系统自动停止工作。6.取出零件成形结束后，先切断电源，再关闭程序，三维实体件完全冷却后取出，用刷子和除尘系统将残余粉末清除干净7.覆膜砂材料后处理14.1、制件在工作腔内取出后放置于清件平台上，遵循从上到下的原则使用毛刷将表面多余的材料清除，空腔结构内的使用洗尘设备小心清除干净。14.2、将制件连同拖板一起平稳放置在烘烤盒内，并在悬出位置及空腔结构内填充适量的玻璃微珠以防制件在烘烤时变软而产生变形。14.3、将制件放于烘箱内的平稳支架上后关上烘箱门，设置烘烤温度为200℃，烘烤时间设置4小时。14.4、待烘烤完成后冷却至室温后取出制件，去掉多余的支撑并做适当的打磨即可。五、实验结果及思考思考制作砂芯件的工艺过程及后处理工艺，制作合格的实验报告。