基于SLS选择性激光烧结成型法的3D打印机设计.docx

第一章绪论1.1 3D打印技术的发展历史与研究现状3D打印技术被称之为改变现代人类生产制造的新技术，它的出现，引爆了现代制造行业，引起了市场的高度关注。基于分层制造的原理，目前在技术和材料上，3D打印都已经逐步开始走向了商业化的道路。它特殊的生产方式，能够完全解决人们直接加工生产模型的复杂程度，在一定程度上，更像是在替代我们自己生产制造川。虽然3D打印技术始于三十年之前,但真正成熟化应用却是在21世纪。目前,越来越多的行业解决方案开始接纳和采用3D打印技术来完成。尤其在制造行业和创客行业，3D打印技术的出现，无疑是带来了新的机会。它丢弃了传统制造的复杂过程，大大的简化了我们获得产品所需的时间和成本，帮助人们快速制造出传统加工工艺难以制造的高难度零部件，让更多的产品以最短的时间内能够呈现在大家的面前，而且它极大的开发了人们的思维方式，是创客朋友们的福音。1.1.1 3D打印技术的发展历史3D打印的历史起源于美国，从第一篇相关论文的发表至今，已经经过了三十年的发展，从最初开始的RP技术，也就是快速成型技术，一直到2009年被ASTM更名为增材制造技术，从这个时候开始，3D打印技术才算是得到了真正意义上的发展。相关类的企业团队才认识到了这项技术的实际价值。于此同时，从事3D打印的企业蜂拥进入到这个行业中，先后研发生产自己的3D打印设备。以目前市场上五大工艺的重要时间节点来呈现3D打印的发展历史。1984年，分层制造的概念在美国的一篇研究论文中被提出，也被称为3D打印技术。该技术所采用的是SLA立体光固化原理，很快在2年之后该技术就被申请专利，并在同时，第一家巨头公司3DSystem成立，同年该公司就推出了第一台商用机。1987年，DTM公司又研发了SLS选择性激光烧结技术并很快在市场上推广开来。1988年，FDM熔融沉积技术在美国问世，该技术基于分层制造的原理，采用熔融的方法制造生产，并且在该技术研究出的第二年，又一家3D打印巨头公司Stratasys成立。1991年，3D打印的又一技术，LOM分层实体制造系统技术被研究出来。19931995年期间，英国麻省理工学院基于二维喷墨技术研发了3DP打印技术，相关类的3D打印设备被很快开发了出来。至此，3D打印的几种工艺基本已经成型，在随后的几十年时间里，相关的研究人员基于这些技术，开展了在各个行业的应用研究，其中国防科技类和医疗类方面的研究更为深入o当然在之后的时间里，为了更快是适应实际生产的需要，也出现了相关类的衍生技术。比如2015年,美国的Carbon3D公司发布了一种新的光固化技术一一连续液态界面制造(CLIP):以面成型的打印方式快速的制造模型,该技术最大规模的节省了制造时间，甚至可以缩短到之前的l100o1.1.23D打印技术的国外研究现状在19世纪的美国，最早诞生出了3D打印的核心技术和制造思想，之后一直到了1990年之后，这项技术才真正得到了发展，也同时被广泛的应用了起来。从此，3D打印公司如雨后春笋般的涌进了人们的视野当中。在21世纪之前，整个的3D打印行业一直处于研究型状态，实际商业转化率并不高，除了在1986年和1989年基于SLA和FDM两大3D打印技术成立的巨头公司3Dsystems和StrataSyS之外，由于掌握了核心技术，两家公司在成立之初，就已经推广出了商用的3D打印机，在这之后，一些团队和公司才相继加入。就当人们在思考质疑这技术的可靠性的同时，SLS选择性激光烧结成型技术在美国问世，这种技术的特点是选材范围非常的广泛，例如金属、尼龙等都可以作为原材料，弥补了其它3D打印工艺技术在特殊材料上选择不足的问题，满足了现代工业的又一大需求到2005年,英国巴斯大学博士AdrianBowyer开始创建了RepRap项目，2007年，基于FDM的第一代机器研发成功，他开始在博客上更新发表他制作的过程，把自己的过程文件以开源的方式在各种渠道分享出来，并且他还给这台打印机命名为“达尔文”，这之后的时间里，他相继开源了三种结构的3D打印机。直到近几年，3D打印技术的研发暂时被停滞了下来，更多的公司开始瞄准了市场，他们开始以市场需求和应用为导向。3D打印公司CarbOn与著名的运动品牌阿迪达斯合作，推出了3D打印定制运动鞋，并在2017年开始实现了商业化。3D打印公司ErPrO和时尚品牌香奈儿也开始宣布了合作，推出了3D打印睫毛膏刷子，在医疗方面，也有类似的合作方案，一种新的3D打印模型开始兴起。1.1.33D打印技术的国内研究现状我国大约在1991年开始了相关技术的研究，由于当时的3D打印技术还处于萌芽的阶段，被称之为快速成型技术，所成型的产品模型与实际加工生产出的模型存在很大的差异，所以当时在国内还并没有得到认可，在技术研究上，抄袭现象严重。2000年，由中科院院士引领的一批科研工作者开始了3D打印技术的深入研究。颜永年教授极其团队在我国的金属、生物3D打印研究领域做出了杰出贡献，被称为“3D打印第一人”，也曾经多次获得国家表彰；卢秉恒院士以西安交大为基地，致力于工业SLA领域的应用研发，也是中国第一个3D打印行业院士；王华明院士及其团队则在我国的大型复杂金属结构建上作出了突出贡献之后他们把部分研究成果转化到了企业上，相继成立北京太尔时代、昆山永年激光等公司。2005年之后，得益于开源组织项目RePRaP技术方案的公开，国内企业开始迅速相应，之后相继成立了数百家与3D打印相关的公司，但是其规模都不大，掌握其核心技术的公司只有寥寥数几。同时一些海归的专家也看到了我国3D打印技术的发展潜力，开始回国创业，如华曙高科等企业。2010年之后的几年时间里，是我国3D打印行业发展最快的几年。以FDM技术为代表的企业相继崛起，例如宏瑞，市场份额从之前的不足10亿到如今的破百亿，我国也相继出台了相关的政策，如2015年发布的中国制作2025技术中对3D打印技术产业的扶持，2016年“十三五规划”中对增材制造材料的研发,2017年科技部“重点专项指南”对激光制造技术的研发，以及第一个3D打印本科院校在新乡成立招生，我国对于3D打印技术的重视程度越来越高。1.2 3D打印技术的应用不可否认的是，到目前为止3D打印机的应用领域也是越来越广泛，从寻常百姓家的日常用品，到各大高校、公司的生产研发试验，再到航空航天甚至是国家安全的国防军事事业，几乎各种领域都可以有3D打印技术的身影。因为3D打印能够快速的制造模，型，能够很大程度的减少人们生产成本，控制产品的周期，所以可以应用在各个行业中。使用者只需要提供相应的数据模型，根据模型，就能够生产出相对应的产品，获取物品的方式发生了改变，人们更加的方便快捷。现如今，虽然3D打印技术尚且不是很成熟，但是3D打印技术以深入行业发展为方向，在各行业当中也占据了一席之地。下面是一些行业目前应用的具体方向。在工业制造领域，3D打印技术主要被应用于产品的批量前的原型开发和功能性方面的检测，以及制造磨具等；在文化和数码娱乐方面，3D打印技术主要被用来表达人们新奇的艺术思想和创作的灵感，它能够更好的用来承载人们独特的思想寄托等；在航空航天和国防军工领域，主要是被用于制造一些传统加工难以做到的复杂结构零件或者是一些加工工序比较繁琐的高端部件；在生物医疗方面，主要被用于制造植入人体的假肢或者手术用的导板、骨骼模型等；在消费品方面，用于制造出符合个人需求的产品；在建筑方面，主要被用于实验建筑模型验证以及墙体方面的制造；在教育方面，主要应用于创客教育和科研实验，极大的激发了学生的创造思维网；在个性化定制方面，主要提供针对私人的个性化打印服务等。现阶段还只是开发了部分的价值,还存在很大的行业应用有待开发。下面是以3D打印在模具制造应用中为例，它有效的降低了传统模具制造加工的周期和成本，避免了因为设计失误而导致的开模损失，利用快速原形技术快速的将零部件从设计转向实际模拟图形而不必必须经过生产。可以用UG等三维制图软件设计出零件的三维图，也可以用三维扫描仪由实物直接扫描出实物的数据然后进行修改。图LI是某汽车的一个零部件的三维扫描图片。图1.1扫描出的汽车模型外壳1.3 3D打印技术的分类及特点1.3.1 FDM熔融沉积成型技术FDM熔融沉积成型技术，也是目前最简单，最普遍的技术，相比较于其它的3D打印技术原理来说，FDM熔融沉积技术相对简单，它所使用的材料一般为聚乳酸PLA、工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等线材热塑材料。相对应的打印机的结构也比较的简单，打印机工作的时候，可以分为两个部分，送料加热挤出和喷头定位,两个部分同时进行，材料丝从挤出机进入导管，在喷嘴处加热块把丝状的材料加热成熔融状态，后续材料持续挤出，材料不断的从喷嘴处出来粘到平台上，于此同时，定位结构在系统的控制下，需要带着打印头移动，在XT平面刻画出打印模型的截面曲线图，待该层打印完毕后，需要平台抬起一定高度，在新的平台上继续堆叠刻画出下一个轮廓，就这样反复过程,直到打印出整个三维立体的模型。如图1.2所示。材料丝图1.2FDM技术原理这种工艺的特点就是操作上方便，不使用激光,所以维护和造价上相对简单,该技术被StrataSyS公司注册专利，但现已过专利保护期。基于这种结构所开发的材料种类也越来越多，适配效果也较为理想，所以该类型的机器目前市场份额占据非常大，用于产品前期的验证方面效果非常实用IK)L1.3.2 SLA立体光固化成型技术SLA立体光固化成型技术。与前面介绍的FDM熔融沉积技术有几分类似之处,所不同的是该技术运用的是激光处理技术，该技术同样采用的是分层制造的方式，以特定波长的点激光刻画出物体当前的截面轮廓，由点到线，再到面，当完成一个面之后，模型下沉一定的距离，再继续激光固化下一个截面，直到模型打印完成。它的工艺流程是先通过计算机辅助软件构建物体的三维模型图，经由切片软件处理之后，系统设计生成激光的路径，扫描系统当中的振镜扫描器会根据系统设计的路径,精确的把激光照射到需要固化的树脂上面，当刻画完一个截面之后,平台会下降，新的树脂会补充到模型上面，继续进行下一个面的固化过程。模型第一次固化之后，由于材料的不同，有部分需要将模型取出，进行二次的整体固化才能得到想要的模型效果。如图1.3所示。激光器拐播系统可移动手台.打物板 在的 刮 正印体光敏树脂图1.3SLA技术原理SLA技术的优点就在于该技术运用的光学处理，再成型物体模型的表面不会存在过大的层纹，模型相对光滑，可以满足大部分对外观要求较高的人群需求,但是由于树脂材料的限制，目前，在其强度方面，树脂材料还不能提供满足需求的材料，因此行业正在大力开发强度高的树脂材料。1.3.3 SLS选区激光烧结技术SLS选区激光烧结技术，SLS技术选择的原料是粉末材料，通过高能量红外激光束产生瞬间的高温，融化其周围的粉末材料，让它们粘结在一起。与其它的打印原理相似，都是通过把三维模型分成若干层，之后通过一层一层的打印，最终完成整个三维模型的建立。在SLS技术中，同样需要经过振镜结构的激光束来烧结出截面的轮廓，当一个截面烧结完成之后，在工作台上成型缸会下降，储粉缸会上升,滚轴会把储粉缸升起部分的粉末材料平铺在成型缸的上面,完毕之后,激光继续烧结材料，如此的往复，逐层烧结，最终形成三维模型。如图1.4所示。图1.4SLS技术原理该项技术最初是在1989年期间美国DTM公司研发的，在之后的几十年时间里，经由企业的不断研究和发展，在现如今的市场需求上也起到了一定的作用，但是由于该技术的复杂程度、售价非常高，目前的普及程度还远远不够，该技术一般采用金属或者尼龙材料打印居多。1.3.4 LOM分层实体制造技术LOM分层实体制造技术，与之前不同的是，该技术是以片状材料作为原料，它的成型原理如图1.5所示，激光切割器会按照系统规划好的路径切割片体的截面轮廓曲线，片体材料的背面是涂有热熔胶的平面，经过加热装置加热之后，材料会与底面的材料粘接在一起,然后新的材料重新覆盖在表面，如此反复的过程,直到打印出三维模型。图1.5LOM技术原理LOM分层实体制造技术所采用的材料有限，一般以纸张、金属箔纸和板材为常见材料，此方法的特点是效率相对较高，可以节约大量的时间成本，缺点就是不能制造中空结构的物体，在模型上有限制要求，目前主要应用于木模方面。1.3.5 3DP粉末粘合成型技术3DP技术，该技术所采用的原理和喷墨打印原理相似，该技术的原理是将粘合剂喷在粉末状材料上,使得粉末材料粘接在一起的成型方式，与其它打印相同,通过逐层添加的方式，构建模型的截面轮廓形状，最终形成所需要的三维模型，如图1.6所示。图1.63DP技术原理该技术基于三维印刷技术，最大特点就是能够打印出全彩物体模型，而且原材料丰富，该工艺作为目前实现全彩打印最好的工艺技术，使用陶瓷粉末，塑料粉末为原料，也是目前最为成熟的彩色3D打印技术。1.4 四种常见3D打印工艺对比基于目前五种3D打印工艺衍生出的不同种的3D打印技术高达十几种之多,下面我们就四种最为常见3D打印工艺技术对比，如表1-1所示。表1-1四种常见3D打印工艺对比工艺SULOMSLSFDM零件精度较高中等中等较低表面质量优良较差中等较差复杂程度复杂匍单复杂中等零件大小中小中大中小中小材料价格较贵较便宜中等较贵材料种类光敬树脂纸、塑料、金属薄膜石婚、塑料、金属、陶瓷粉末石蜡、塑料丝材料利用率100%较差100%TOOM生产率高高中等较低第二章技术方案分析2.1 现有激光粉末烧结技术分析SLS选择性激光烧结工艺最早是由美国人在1989年提出来的，之后他开始创立了一家DTM的公司并且开发了工业级的机器设备。在之后的几年时间里，我国的诸多公司基于这一原理，也逐步开始了SLS激光烧结的相关研究工作，我国的一批高校、研究所也开始了相关课题的研究。之后，我国的部分重点高校研究所与企业合作，相继开发出了商业化的设备，但由于SLS烧结技术门槛的限制，该技术一直没有受到相关人群的追捧，随后该技术一直定位于高端制造领域、航空航天和军工产品当中，因为其成型的原理复杂加上成本的限制，一般只作为展示用途，实际用作工业生产方面并不常见。2.1.1 激光粉末烧结成型原理SLS的工作过程与3DP相似，这两项技术都是基于粉末原理打印的，他们之间的区别就在于3DP技术是通过喷涂粘合剂的方式打印模型的，而SLS技术是通过红外激光产生高温，把周围粉末材料熔融在一起的方式打印模型的。与其它的打印原理相似，都是通过把三维模型分成若干层，之后通过一层一层的打印，最终完成整个三维模型的建立。在SLS技术中，同样需要经过振镜结构的激光束来烧结出截面的轮廓，当一个截面烧结完成之后，在工作台上成型缸会下降，储粉缸会上升,滚轴会把储粉缸升起部分的粉末材料平铺在成型缸的上面,完毕之后,激光继续烧结材料，如此的往复的重复这一过程，最终形成三维模型，成型原理如图2-1所示。图2-1粉末烧结成型原理2.1.2 技术问题分析基于目前的SLS激光烧结技术，使用的激光大部分是由二氧化碳激光发射器提供，激光发射固定，发射出相应功率的激光束，通过由X、Y振镜和透镜加上复杂算法组成的动态聚焦激光振镜扫描系统，是光束准确的照射在粉末原理上，之后通过和根轴、平台组成系统协调工作，从而打印出想要的三维模型。正是由于这种的成型方式，振镜系统的昂贵加上控制系统的复杂，从而导致了SLS激光烧结打印机的价格极其昂贵，个人极其一般公司难以接受WL为解决这一问题,本设计基于SLS激光烧结原理，提供一种更为简单的结构设计方案，使得SLS技术更为大家做接受。2. 2课题研究背景及意义SLS选择性激光烧结技术作为影响最为深远的3D打印技术，一般用于高端制造领域，例如我国的航空航天以及国防军工类行业【皿。因为其技术成本和技术难度的限制，所以该项技术在目前市场上并未得到推广和普及。在目前的SLS激光烧结技术解决方案中，所有的都采用的是振镜扫描的方式解决激光的定位烧结问题，该方案的振镜算法极其复杂，从而导致了激光烧结成型设备的成本极高，普及率远低于其它的3D打印技术1。然后，结合理论分析的情况，任何材料的物体加热之后若可以形成粘结，该材料粉末就可以作为激光烧结的原材料。所以，该技术的使用材料广泛。目前，金属打印的唯一解决方案为激光粉末烧结。除此之外，该技术还可以使用尼龙、PS粉等。相对于其它的3D打印工艺来说，SLS技术还有一个显著的优势就是在打印成型的过程中，无需设计和构造支撑结构，真正做到了原料利用率100%o第三章结构方案选择和分析3.1整体方案分析基于，目前SLS激光烧结成型的3D打印机的设计问题，本课题设计采用上下模块化的设计来实现激光烧结的目的，采用光纤激光发射器作为唯一电源，二维平台的运动方式，从而达到激光定位的目的，加上自动铺粉装置的配合协同工作，从而达到激光烧结成型的目的，实现3D打印模型。3. 2激光发射器的选择分析在SLS成型技术的现阶段，目前采用的大部分还是二氧化碳激光发射器作为激光来源单位，作为气体激光器中的代表性产品，二氧化碳激光器所产生的波长为10640纳米，为红外区，肉眼不能察觉，内部物质主要是二氧化碳分子和一些稀有气体，体积一般较大，为一体结构，工作时需要特定的水冷装置提供扇热，这样就导致了选择二氧化碳作为激光发射器的时候，需要固定发射源，然后加上特殊的振镜系统，来完成定位。本课题设计结构要求简化了复杂算法难度带来的技术难度问题，进而选择一款更合适的激光电源。光纤激光发射器也是目前在激光行业里使用最多的激光发射器类型，主要是利用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器。与二氧化碳激光发射器相比较，现有的光纤激光发射器是需要靠整条光纤来传导激光束，而二氧化碳激光发射器是以二氧化碳、氮气等稀有气体为传导介质发射出激光束的，不仅如此，二氧化碳激光发射器在使用之前还需要进行光路的调整，在使用之前程序较为繁琐，而光纤激光发射器不需要调整。在使用的过程中，二氧化碳激光发射器的外光路极易受到外部环境的干扰，所以，在使用的过程当中，光纤激光发射器的稳定性较高。再结合本课题设计的主要目的，由于最终烧结的材料为金属、陶瓷等粉末材料，在波长方面，光纤激光发射器所产生的波长为1.060微米，其中金属粉末材料对于此波长的激光的吸收率远高于二氧化碳激光器所产生的10640纳米波长的激光。在散热方面，光纤激光器一般扇热较好，一般只采用风冷，二氧化碳激光器则需要水冷扇热。再加上其体积结构，光纤激光器可以是电源和激光头分离的机构，更加适合本课题设计的要求需要，所以，选择光纤激光发射器作为激光的发射源。3. 3激光定位结构分析选择激光器的定位结构可以说是整个课题设计的重要环节之一，激光器的定位精确度在一定程度上影响了最终模型打印出来的精度，所以结构的选择设计尤为重要。结合本课题设计的思路分析，需要设计一个能在二维平台准确定位的结构，在现有的二维平台研究结构中，以皮带加上直线导轨和皮带加直线轴承构建的二维平台机构为主，加上两个控制方向的步进电机，从而构成了平台的定位。参考实际运行的效果，这些结构虽然能够达到短期的正常使用，但是由于结构的接触面太多，而且皮带弯曲长度过多，从而导致了在长时间的使用中会使摩擦力变大,皮带极易变形伸长，产生的摩擦噪音也会越来越大。所以本课题设计的机构需要既能减少接触面又能减少皮带的弯曲长度，从而减少现有结构带来的问题。本课题设计欲采用的是轴轮加上皮带的组合，通过T字形结构构件的二维平台，带动激光头实现平台的定位。3.4自动铺粉装置的结构分析从激光粉末烧结的原理出发，把模型从上到下细分成很多的平面，激光粉末烧结完一个平面之后，自动铺粉装置需要从原料粉末缸中，取出一部分粉末原料,平铺在成型缸的表面，让激光继续烧结成型。铺粉的结构有2种，一种是滚轴式,一种式挡板式，两种结构的目的一致，都是平铺粉末。两种结构对应的动力方式相同，都是使用步进电机加上齿轮齿条配合直线导轨的移动，从而带动向某个方向移动。使用滚轴式的结构，滚轴与粉末原料接触，由于粉末原料的特殊性，当滚轴推动粉末前进的过程中，会导致曲面把粉末直接压实在成型缸的上面，导致原料供应不足，平铺不均匀的情况产生，在烧结过程中，可能会导致失败。采用挡板式结构，在其与原料的接触面上，增加接触面的弧度，既可以达到少量压实粉末的目的，又可以避免粉末平铺不均匀的情况产生，故在最终的方案设计上，为使效果达到最好的状态，采用的依然是挡板式的结构方案。3. 5粉末缸的结构分析为了使得材料得到充分的利用，在本课题设计中，粉末缸的设计为两个原料缸和一个成型缸，两个原料缸分别在成型缸的两边，这种结构的设计主要是为了自动铺粉装置更好的平铺材料。在工作状态时，若铺粉装置的挡板正好从左向右运动，当经过右侧原料缸的时候，右侧的原料缸的伸降平台向下，使得在成型缸上剩下的粉末材料进入到右侧的空间内，不至于多余的粉末材料一直向右跟随着挡板运动，造成材料的利用不充分；当挡板运行到最右侧极限的时候，右侧的原料缸平台会升起，材料又被送到挡板的工作面上，铺粉的挡板向左移动，经过原料缸，接着把材料推出，成型缸平台下降一段距离，材料平铺，左边的原料缸重复相同的工作，这样往返运动，一直到最终模型烧结完毕，平台停止工作，等待模型的取出。以左右两个缸的配合工作，使得材料不至于被浪费。整个系统也较为简单，易于控制。第四章整体结构设计4.1整体结构方案论述本课题设计的整体结构在设计之初就分为了上下两个主要的模块设计，所以在论述其结构上也分为上下两个部分论述，主要为扫描模块和成型模块。扫描模块包括了激光头的固定和利用二维平台的激光头定位结构的设计。而成型模块包括了自动铺粉装置的设计和粉末缸的设计，再加上外壳的设计。本课题的整体结构设计就基本已经完成。在后面的章节，将配合三维模型图，详细的介绍各部分的机构原理和工作过程。本课题设计的三维模型的建立采用UG软件建立，此软件是由西门子公司推出的，相对与其它的建模软件，此款软件的建模操作过程较为简单，功能也比较强大，所以采用这款软件作为该课题设计的三维建模软件，更为详细的操作过程在后面就不一一赘述。4. 2扫描模块结构的设计扫描模块当中包含有激光头的固定和利用二维平台的激光头定位结构。其中激光的选择上，拟采用武汉锐科的RFL-P系列脉冲光纤激光器，在该项目的模型设计阶段，用相似模型体代替的方式，先做出结构图，最终根据实验结果，修改大小尺寸即可，激光器的示意图如图4.1所示图4.1光纤激光器示意图二维平台机构的主体采用的是带有特殊凹槽的槽铝型材，主要是为了配合滚轮的轨道使用，三维模型的截面图如图4.2所示。图4.2槽铝型材截面图槽铝的凹槽正好作为滚轮的轨道，边缘与滚轮贴合，正好又可以作为滚轮的侧面受力点，上下各有这样的轨道和滚轮配合，这样滚轮就可以完全固定在这个轨道上滑动，从而不会掉落，再配合皮带和激光头的夹具体，就能实现激光头的平面移动，三维结构图如图4.3所示。图4.3滚轮移动的三维模型图上图所示的为二维平台X轴方向的模型图,Y轴方向的原理与此模型图相同，也是采用的滚轮固定的模式，与之不同的是Y轴运动的是需要整个的X轴向Y方向运动，再加上两个步进电机，从而构成了整个扫描模块的结构整体，具体的模型图如图4.4所示。图4.4扫描结构的整体模型图4. 2.1材料的选择(1)步进电机参照目前现有二维平台定位的结构硬件选择分析，本设计宜采用两项四线42BYGH47-401A步进电机，在实现精准定位的同时，最大程度的减少成本的浪费,参数图如图4.5所示。4ttBlectricalCUrcteristics1. 4flft Muaber of Phtse22.步距角 Step Angle.s3. K定电压 Utod VolUgo13 DC4, 定电沈 Rated Curreat1.5A5.保榜力矩 Holding Torque400q5. Mio(2 Pluses)6.相电风 Phato Retistanco2.2OtlM(20* O7.相电塔 Pbato JtMluctaQceISaBtZMdkHz IV ras)8.，于jt Motor Iaortla57a ce”9.电机*j(Motor Voight27” Ref.10.绝缘电IB. IQsulatioa Rosisttace100M Min. (DC SOOY)11.电像写假 Insulation ClassB(B0 O电气原理图VirinDiaraa序vs.版转方向Bxcitias Sguoace vt. Diroctioa of Rotation图4.542HS步进电机参数图（2）非标铝型材套件根据设计要求，该移动平台需要的铝型材和滚轮需要定制，其中滚轮中间为轴承624轴承，具体参数如表4T所示。图4.6滚轮轴套外壳视图非标2020铝型材截面视图如图4.7所示。20图4.72020非标铝型材截面视图（3）激光头夹具体基于目前激光头具体尺寸不详，初始方案大体形状外形如图4.4所示，后期实验产品需要根据激光头的具体尺寸图修改。（4）同步轮和同步带同步轮分别在铝型材的两端，起到带动皮带同步运动的作用。选取精度较高的同步轮用作传递力，参数如表4-2所示。表4-2同步轮的具体参数（单位：mm）齿距槽宽齿数Dl节圆直径D内径Dl凸台外径D档边外径总长2.03112012.95181820齿型齿数外形尺寸市量S槽宽Edl节圈直径d内径D挡圆外径Dl凸台外径L总长MXL齿距2.03mm20111612.95,6或6.351818200.013019.46或6.352525200.024025.95.6,6.35或83220200.04XL齿距5.08mm15111524.36.23217250.06202432.36,6.35.7,8或1038260.068.223L齿距9.53mm20212775.81066483802530911098680.640121.310130801图4.8三种同步轮规格同步带配合同步轮一起使用，所以选择MXL同步带，二维图如图4.9所示。同步带相关参数如表4-3所示。表4-3同步带的具体参数（单位：mm）齿距齿高齿厚2.030.511.144. 3成型模块结构设计成型模块包括了自动铺粉装置的设计和粉末缸的设计，根据第三章结构方案分析的结果来看，本课题的自动铺粉装置宜采用的是挡板式的结构，之后配合相对应的轨道和传动的结构，实现挡板的左右移动，从而实现成型缸中粉末材料的添加和平铺。本设计当中为保证左右的一致性，所以采用了一个对称的设计，旨在使得两边运动的同步，步进电机通过一个固定座固定在直线导轨的滑块上，与滑块一起运动，输出的齿轮通过与固定在粉末容器平台的边缘齿条的啮合，带动挡板、电机一起左右运动，相对应的结构设计如图4.10所示。图4.10挡板运动的模型示意图粉末缸部分的设计是采用的三个缸设计，两个原料缸和一个成型缸，该设计的主要目的是为了适应挡板的铺粉结构，其中原料缸除了在打印之前预装满需要打印的粉末材料之外，在打印的过程中，还起到了收集挡板部分过来的剩余粉末的作用，使剩余粉末不至于被挡板挤压到两边角落而导致的浪费，所以这也就是为什么需要设置两个原料缸的原因。三个缸体容器的每个下面都有一个升降的平台，平台主要是为了送料和填料作用，每个平台下面都是有四根光轴和一个丝杆步进电机，光轴配合滚珠轴承起到导向作用，丝杆电机提供升降的动力，平台才能稳定的上下移动，相对应的设计结构图如图4.11所示。图4.11粉末缸体的设计模型图4. 3.1材料的选择(1)挡板运动套件尺寸参数如图4.12所示。BJLLOJOOII)0204713x0.5 deep 324±12Lmax26±0.235,2MAX25OnInAWG26S2Z9OOOI6Na考虑到实际功能和尺寸大小的问题，在挡板运动的过程中，采用35两相四线步进电机，安装方法与42两相四线步进电机相类似,图4.12步进电机安装尺寸图齿轮与齿条式配合关系，齿轮采用的式模数为1,齿数30,压力角20的直尺圆柱齿轮，如图4.13所示。型号组合尺寸（mm）滑座尺寸（mm）滑轨尺寸（mm）HWWjELBXJMQXlLi油孔Ti(N)WlHiFd×D×hHSRISCR28349.64.6.6626X26M4×640038.351514834.5X7.5X5.3HSR2OCR304412577.832X32M5X848.8M6X1715.62018S36X9.5X8.5HSR25CR404812.!)78335X3SM6X1057M6X111.815.6232261D7X11X9HSR30CR456016910940X40M8X1372M6X11015.62826809X14X12HSR35CR5570189.5，109SOXSOM8X1380M6X11515.634298139X14X12HSR45CR708620.!)14138.260X60M10X16.5105M8X118.S16453810514X20X17型号考资料（mm）基本荷（kgf）容许静力矩（kgfm）LmaxG动额定负荷（C）龄额定负荷（Co）MXMyMz滑快（kg）滑轨(kg/m)HSR15CR4020850165010880.191.4HSR20CR400020145025602218180.312.6HSR25CR400020214040003631310.453.6HSR3OCR400020298054906049490.915.2HSR35CR400020396070109673731.57.2HSR45CR400022.56740121002161681682.312.3图4.14直线导轨参数图（1）平台运动套件平台上升的动力依靠步进42丝杆步进电机驱动，光轴和直线轴承座起方向固定作用。电机尺寸安装图如图4.15所示。Q8X3120.l!0.510.1图4.1542丝杆电机安装尺寸图光轴采用的是直径IOmnb配合内径孔IOmm的LMHIOLUU椭圆直线法兰轴承使用，具体的尺寸安装如图4.16所示型号TyPe基本负教率内径I球列数席许用直径公差(Um)圆法兰加长型方法兰加长型椭圆法兰加长型动态C(N)静态Co(N)dr(mm)公差(Um)LMFfiLUULMK6LUULMH6LUU431-53205206LMF8LUULMK8LUULMHLUU453-54307808LMFIOLUULMK10LUULMH10LUU4105-5580110010.1gLMF12LUULMK12LUULMH12LUU4100-5650120012LMF13LUULMK13LUULMH13LUU4130810157013LMF16LUULMK16LUULMH16LUU5187-71230235016LMF20LUULMK20LUULMH20LUUS260-91400275020LMF25LULMK25LUULMM25LUU651591560314025-1§LMF30LUULMK30LUULMH3OLUU66SS-92490549030LMF35LUULMK35LUU6970132650647035LMF40LUULMK40LUU61560-133430804040-15LMF50LUULMK50LUU63500-1360801590050LMF60LUULMK60LUU64500-1876502000060-2s图4.16法兰直线轴承型号尺寸图4.4模型设计总图以上的三节基本为本课题设计的设计内容，内部的各个模块分开来描述，加上合适的外壳设计，整个课题模型设计基本完成。在外壳的设计方面，配合其机构特点，设计了翻盖式的外壳，中间部分为向上翻转打开的方式，左右两边的设计上，左边显示的内容为操作界面，包括状态的显示，右边部分为激光电源的调节，本课题设计的SLS激光烧结打印机是为了适应各种材料的打印，每种材料对应的最佳打印温度需要调节相对应的电流来实现，所以需要单独的调节电流的大小来适应自己的需求，设计的整体模型图如图4.17所示。图4.17模型设计总图第五章总结与展望毕业设计是我们最后的学习过程，体现的是我们作为整个大学学习状态的一个检测方式，在这一过程当中，让我们学会如何去独立思考问题、解决问题，是毕业前的重要一环，在此之后，我们对于自己也有了一定深刻的理解。本毕业设计课题基于SLS激光烧结的成型的3D打印机设计，与现有的SLS激光烧