深圳大学《塑料成型工艺及模具》课程实验指导书 实验三SLS快速原型实验(二)—金属粉末烧结 实验目的 通过实验使学生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,了解自制设备深圳大学快速成形机J10-SLS/SRWY180/DR35-B2525的基本 结构,掌握此种型号快速成型系统的简单操作,对快速原型制造和快速模具有一定深入 的了解。 二、实验内容 了解SLS快速原型制造的基本工艺及后续处理工艺,并学会用深圳大学快速成形机 J10- SLSISRW-Y180/DR3.5-B2525制作三维实体实物。 三、实验原理 快速成形技术是快速制造的核心,能在几小时或几十小时内直接从CAD三维实体 模型制作出原型,比图纸和计算机屏幕提供了一个信息更丰富、更直观的实体. 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 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。 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。 SLS成形工作原理如图1所示,主要由激光器、激光光路过程、振镜运动系统、工 作台、供粉缸、工作缸、推粉墙构成。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,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,工作缸推粉 板在伺服电动机的作用下,粉末面下降一个截面层的高度,供粉缸推粉板同样在伺服电 动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 使得供粉缸推粉板上升略大于一个截面的高度,并在推粉墙的推动下,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
深圳大学《塑料成型工艺及模具》课程实验指导书 11 实验三 SLS 快速原型实验（二）——金属粉末烧结 一、实验目的 通过实验使学生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，了解自制设备深圳大学快速成形机 J10-SLS/SRW-Y180/DR3.5-B2525 的基本 结构，掌握此种型号快速成型系统的简单操作，对快速原型制造和快速模具有一定深入 的了解。 二、实验内容 了解 SLS 快速原型制造的基本工艺及后续处理工艺，并学会用深圳大学快速成形机 J10-SLS/SRW-Y180/DR3.5-B2525 制作三维实体实物。 三、实验原理 快速成形技术是快速制造的核心，能在几小时或几十小时内直接从 CAD 三维实体 模型制作出原型，比图纸和计算机屏幕提供了一个信息更丰富、更直观的实体. 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。 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。 SLS 成形工作原理如图 1 所示，主要由激光器、激光光路过程、振镜运动系统、工 作台、供粉缸、工作缸、推粉墙构成。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，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，工作缸推粉 板在伺服电动机的作用下，粉末面下降一个截面层的高度，供粉缸推粉板同样在伺服电 动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 使得供粉缸推粉板上升略大于一个截面的高度，并在推粉墙的推动下，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
深圳大学《塑料成型工艺及模具》课程实验指导书 振镜系统 光路系统 激光器 成形零件 推粉墙 工作缸 工作台供粉缸 图1SLS工作原理图 四、实验设备 深圳大学快速成形机J10-SLS/SRWY180/DR35-B2525系统简介 『基本组成」 该设备由机械部分、激光部分、控制系统和软件系统组成,该设备开放性良好,能 够通过编程改变各个实验参数。激光采用YAG激光器,最大输出功率为180W,采用的 是空调恒温冷却。该设备的外部尺寸是1650×940×1350(长宽高,单位为mm),机械 平台加工材料使用的是铝合金和铝材。该系统如图2所示 1.机械部分 该主机由以下几个单元组成:可升降工作缸、可升降供粉桶、铺粉装置、聚焦扫描 单元、振镜单元、机架。它主要完成系统的加工传动功能。 2.激光部分 该部分使用的是180W的YAG激光器,系统由激光管、聚焦镜、光具座、反射部 分和激光冷却装置组成。激光冷却装置由可调恒温空调及外管路组成,用于冷却激光管, 提高激光能量稳定性,保护激光器 3.控制系统 控制系统则采用固高GE-400-SG-PCⅠ系列运动控制器作为基础编写控制程序来实 现工作缸,供粉缸和铺粉装置三者之间的协调工作。 4.软件系统 本套系统所采用的软件是伍晓宇老师根据实际需要所编写的控制软件,深圳大学 J10-SLS/SRW快速成形软件系统,其运行界面如图3所示 『系统性能参数」 (1)电源:220V,50Hz,25A (2)最大成形空间:250×250×400 (3)成形材料:铁粉、镍粉、铜粉 (4)YAG激光器:输出功率180W,光斑直径0.20.3mm (5)三扫描速度:800~1500mm/s
深圳大学《塑料成型工艺及模具》课程实验指导书 12 图 1 SLS 工作原理图 四、 实验设备 深圳大学快速成形机 J10-SLS/SRW-Y180/DR3.5-B2525 系统简介 『基本组成』 该设备由机械部分、激光部分、控制系统和软件系统组成，该设备开放性良好，能 够通过编程改变各个实验参数。激光采用 YAG 激光器，最大输出功率为 180W，采用的 是空调恒温冷却。该设备的外部尺寸是 1650×940×1350（长宽高，单位为 mm）,机械 平台加工材料使用的是铝合金和铝材。该系统如图 2 所示。 1. 机械部分 该主机由以下几个单元组成：可升降工作缸、可升降供粉桶、铺粉装置、聚焦扫描 单元、振镜单元、机架。它主要完成系统的加工传动功能。 2. 激光部分 该部分使用的是 180W 的 YAG 激光器，系统由激光管、聚焦镜、光具座、反射部 分和激光冷却装置组成。激光冷却装置由可调恒温空调及外管路组成，用于冷却激光管， 提高激光能量稳定性，保护激光器。 3. 控制系统 控制系统则采用固高 GE-400-SG-PCI 系列运动控制器作为基础编写控制程序来实 现工作缸，供粉缸和铺粉装置三者之间的协调工作。 4. 软件系统 本套系统所采用的软件是伍晓宇老师根据实际需要所编写的控制软件，深圳大学 J10-SLS/SRW 快速成形软件系统，其运行界面如图 3 所示。 『系统性能参数』 (1) 电源：220V，50Hz，25A (2) 最大成形空间：250×250×400 (3) 成形材料：铁粉、镍粉、铜粉 (4) YAG 激光器：输出功率 180W，光斑直径 0.2~0.3mm (5) 三扫描速度：800~1500mm/s