解析SLS 3DP成型现状
黄子帆
关键词:3D打印;SLS 3D Printing; 激光烧结
一般很多小伙伴最开始玩3D打印的时候,都先接触的是FDM或者说FFF。接触久了就发现FFF存在很多问题。比如精度太低、需要加支撑,特别是打印镂空的零件,如果参数设置的不太好,那简直没法看。SLS当然是不错的选择,但是怎么搞呢。其中在long long ago wiki出现了opensls这个项目.http://reprap.org/wiki/OpenSLS
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SLS工艺流程
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SLS采用铺粉将一层粉末材料平铺在已成型零件的上表面,并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度,控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉层上扫描,使粉末的温度升到熔化点,进行烧结并与下面已成型的部分实现粘结。一层完成后,工作台下降一层厚度,辊筒在上面铺上一层均匀密实粉末,进行新一层截面的烧结,直至完成整个模型。
opensls项目
OpenSLS是探索选择性激光烧结工艺的平台由Jordan Miller博士负责。能够在各种材料中制造物体的原型SLS 3D打印机。
机械部分采用的是激光切割机与粉末模块相结合,粉末模块有两代。
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R1粉末模块由两个相同尺寸的活塞缸组成,每个由不同螺距的丝杆驱动。 4.png
R2粉末模块主要改进
1.对粉末缸成型缸都可以加热
2.添加了保护气体的装置
3.可以从激光雕刻机中取出。
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将粉末模块添加到激光雕刻机中
电路部分采用RAMBo板,因为RAMBo板有PWM接口就是可以对CO2激光器进行功率调节。
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RAMBo板
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激光电源接线图

打印材料

蜡基粉末
100:7的比例混合的蜡和碳粉组成,其中碳粉末作为近红外激光波长的能量吸收
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蜡基粉末打印的齿轮
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高倍率下可以看到单个的碳和蜡颗粒
尼龙
Taulman 618和PA 650第一层需要牢固地粘合到平台上。采用400mW的激光,58mm / s的打印速度,150微米的层高度和0.075mm的光斑直径尺寸制造。
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打印的戒指
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PA 650 最后一层打印
pwdr项目
特内特大学(荷兰)的一个团队已经为更广泛的社区提供了一种基于开源粉末的3D打印机。pwdr。系统是可以获得约1000欧元的第一代自组装3D打印机。其目标是促进粉末快速成型中的实验和创新。
pwdr的规格 包括96 dpi分辨率,50微米的层厚度,每层建立一分钟的速度,这取决于所建立的部分,最大构建尺寸为125 mm x 125 mm x 125 mm。
机器构建的组件都可以从现货出货,基于Arduino和Processing等开源工具的控制软件可以轻松下载。
软件
Pwdr Model 0.1附带的软件以可打印CAD模型。然后将该文件上传到Pwdr Model 0.1微控制器。该机器由于易使用的软件控制,可完全控制打印过程。
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硬件
Pwdr Model 0.1由机架,喷头和电子元件组成。打印机包括两个成型缸(#1用于存储粉末,靠近电子设备和#2构建零件),它们在打印过程中相互上下移动。使用辊筒扑粉。
沉积粘合剂的打印头是标准的Hewlett Packard C6602A墨盒。使用注射器可以使用定制的粘合剂来重新填充墨盒。20%酒精和80%水的定制粘合剂。打印机头通过定制的控制板连接到Arduino微控制器为喷嘴提脉冲信号。
建立Pwdr Model 0.1机器的成本约为1000欧元。
在thingiverse 有具体的资料http://www.thingiverse.com/thing:27794
材料
当使用3DP工艺:石膏,陶瓷,混凝土,糖等时,当SLS工艺得到充分的支持时,像ABS,PP,尼龙和金属这样的塑料材料成为材料.Hewlett Packard喷墨墨盒是用于粘结剂的沉积。使用注射器可以使用定制的粘合剂来重新填充墨盒。
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(详细资料http://pwdr.github.io/
FCOUS项目
Focus是一种开源实验粉末打印机,能够对打印很多材料。它也可以用于大多数其他3D打印应用程序和激光雕刻。焦点是开放源代码,基于代码,可以建立在€600以下。
Focus是围绕简单的木制和3D打印零件。任何零件装配都不需要复杂的工具。大多数框架由15mm 木板构成,具有简单的切割。使用简单的3D打印机将Focus的大部分零件用FDM3D打印机打印出来。所有的零件都是无支撑的,易于打印。其余部分可以从硬件商店或从互联网获取。所有使用的连接件件都是标准件。
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Focus的X轴Y轴是龙门。这具有轴相对较慢的缺点,但是由于Focus是实验性的,因此不需要很多速度。聚焦仍然可以舒适地达到30mm / s的速度。打印头很大,可以支撑较大的重量。

focus可以用于各种各样的技术。
• 它可以配备激光,激光雕刻/激光切割。
• 它可以安装喷墨喷嘴进行3dp工艺。
• 它可以安装标准的FDM喷嘴以常规方式打印。

规格:
由于Focus仍然是实验性的,因此Focus并不知道精确值。所有数字都是估计值和最小值
XY最大速度:30+ [mm / s](安装时固定为30mm / s或1800mm / min)
最大成型缸活塞移动速度:4+ [mm / s]
打印机体积:130x117x80 + [mm]
XY轴行程:150x280 [mm ]
控制板:RAMPS 1.4
固件:Beta 0.02
电机:5x NEMA17 (42电机)
专业:
• Focus是为爱好者提供的少数功能粉末打印机之一;
• Focus低于1000美元,低廉的3D打印机标准,非常便宜的粉末打印机标准;
• Focus是可以添加多种功能,它可以容纳几乎任何工具,可以打印很多技巧;
• Focus易于构建,简单的木制零件,易于3D打印的零件和3D印刷中使用的标准硬件;
缺点:
• Focus很打印速度慢,由于载重量大,机架速度相对较低;
• 没有可用的打印件,还没有做足够的实验来制作可用的部件。
• Focus不是非常准确,特别是在Z轴(相对于FDM);
Focus缺乏加热成型缸或惰性气体室;
详细资料(http://www.instructables.com/id/Focus-an-experimental-powder-printing-platform/

plan B
Yvo de Haas制造了一台Focus  3D打印机作为一个实验平台,但它的3D打印速度十分缓慢,打印质量也不可靠。大约一年前,在拥有了制造Focus 3D打印机的经验之后,他开始开发Plan B 粉末3D打印机。
目前,Plan B只能打印一种颜色。如果装上全彩的打印头还能进行全彩打印,但这只是他今后研究内容的一部分。而除此之外,这台3D打印机的机械性能是实实在在的:
它具有高达0.05毫米的步进精度,并有96DPI的打印精度(原因在于它使用了HP C6602喷墨墨盒)。墨盒可使用注射器反复填充定制的粘合剂。Plan B的喷墨技术是基于Inkshield(天工社注:这是一种开源的喷墨打印喷头)。Plan B的最大打印尺寸为150毫米x150毫米x100毫米,层厚为0.15毫米至0.2毫米。其打印速度为60毫米/秒。
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QQ图片20170423211849.png
这些都是早期的一些SLS的项目,最近两年内有很多SLS项目,主要就是克服了早期项目的一些问题。比如稳定性方面,控制系统方面等等。在instructables上介绍DIY sls项目的就是四个,最近两年都有三个。
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http://www.instructables.com/howto/SLS/

Sintratec(官网)准备2016年10月在indiegogo众筹的SLS 3D打印机只需5277美金(32453人民币)。目前研发中的版本可以打印尺寸130mm的正方体,作品如下图所示,外观类似于FDM最初版本的打印效果,有比较强的砂纸的粗糙感,还是需要做一次表面处理的。
http://sintratec.com/stories
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VulcaMan是一名17岁的创客,2016年5月公布了自己的DIY选择性激光烧结(SLS)3d打印机项目。如果你对此感兴趣,可以到Wevolver上寻找这个相当复杂的设计。
他谈论了他的项目:“自从听说以后,我一直想要一台SLS打印机,但是它们都非常昂贵,只适用于工业应用。因此,我决定制作自己的商业SLS打印机。”
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https://www.wevolver.com/wevolver.moderator/diy-sls-3d-printer/main/guide/
   Tecnica 2016年10月推出一款名为CASA的桌面SLS 3D打印机,其速度比竞争系统快250倍。更令人吃惊的是,它的售价将低于20000美元。
Tecnica是一家位于纽约Great Neck的初创公司,其宗旨是优化3D打印工艺。自2013年成立以来,他们申请到了一系列知识产权专利。2016年初,他们获得了一种红外3D打印床调平系统的专利。2016年9月,他们又获得了一种自定义激光打印头系统的的专利,正是该系统成就了CASA疯狂的打印速度
Tecnica解释说,他们开发这一新的SLS技术是为了让选择性激光烧结(SLS)3D打印技术更切实可行,在成本方面更加吸引工业级和专业级应用。“激光烧结未来发展的关键在于快速打印、材料的强度和便于获取性。专业级3D打印机的成本太高,小中型公司无法负担。”他们说。
  Tecnica还未详细透露这项新的3D打印技术能做什么以及它是如何工作的,但他们揭露说,通过一个强大的、带有一个内部冷却半导体系统和正压气流的5瓦激光,该技术允许在一个预先设定的温度范围内进行3D打印,并能以快于竞争系统250倍的速度建造模型。各种硬件和软件的调整也使得CASA能高频率地控制激光束及其在打印床上的位置,这弥补了设备偏差和环境变化所造成的不足。
最重要的是,这样惊人的打印速度并不影响打印质量和精度。CASA的分辨率高于0.07毫米,其构建体积为92x100x150毫米,这使得它成为一款对非金属零件制造非常有吸引力的专业级3D打印机。
http://tecnica.com/investors-relation/
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英国公司 Norge Systems在2012年开始打造“世界上第一台低成本高品质的基于SLS原理的3D打印机,价格方面即使是中小型设计工作室也能承受,而且使用方便、体积小。”
团队的成员:电子、激光专家Lica Venri、3D艺术家Alessandro Facchini和软件开发人员Stefano Rebecchi一直努力开发软件和优化供应链和组装过程。最终制造出了两款新的SLS 3D打印机:Ice9与Ice1。
Ice9最大打印尺寸为30x30x45cm,较小的Ice1也有20x20x25cm
  Ice9 SLS 3D打印机可以打印塑料模型(使用尼龙或聚酰胺(PA)材料)。还具备激光雕刻/切割机的功能。可以绘制或切割各种材料,比如木材、纸、泡沫,甚至毛毡。
该公司于2014年8月18日在众筹平台Kickstarter上为Ice1和Ice9发起众筹活动,可惜以失败告终。
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国内在淘宝网上也有一家卖SLS套件的,不建议买,设计太烂了。专业点的一看就发现四个腿在打印过程中绝对很晃,据购买了的小伙伴说,两个缸一样大根本无法保证铺粉能够铺完,就是转移比不对。激光控制也很拙。打印镂空的根本无法打印。更要命的有问题不协助解决。
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国内也有一款桌面的SLS 3d打印机
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DIY SLS常见问题
用什么激光来做一个DIY SLS机器?
任何具有足够功率以加热粉末颗粒的激光器将起作用。使用特定类型的激光器进行DIY SLS项目的实践主要受两个因素的影响:激光管的尺寸和激光的波长。
DIY SLS机器的半导体激光器的优点和缺点是什么?
优点:
• 半导体激光器体积小巧轻便,可以直接安装在移动的支架上。也不会过热,只需要简单的散热器。这样可以确保SLS机器的结构简单。
• 半导体激光器采用简单易用的电流/电压工作。
缺点:
• 对于可见光或近红外光(<1um),白色或透明的热塑性粉末高度反射,这意味着只能使用深色粉末才能达到明显的效果。CO 2激光器敲好相反。
• 大功率半导体激光器(几十瓦)往往比相同额定功率的CO 2激光器 更贵。
DIY SLS 使用CO2激光的优缺点
优点:
• CO 2激光器是深红外线。在这种波长下,所有塑料都是不透明和高吸收性的,所以CO 2激光器对白色或透明塑料不会有什么问题。
• CO 2激光器比半导体激光器更强大,这可能意味着更快的处理速度
缺点:
• CO 2激光器体积大而重。40W管长70厘米,重量2公斤,因此不可能将其直接安装在移动的托架上。光纤耦合CO 2激光器也是不可能的,所以唯一的选择是采用复杂的镜子系统来传送激光束。
• CO 2激光器需要数万伏驱动。
• CO 2激光器需要水冷。
什么材料适合DIY SLS工艺?
理论上任何一种热塑性粉末都可以使用SLS加工。
使用特定类型的热塑性粉末的实用性取决于几个因素:
1. 粉末在加热时是否释放出有毒的烟雾,由于烧结过程的特性,塑料粉末保持非常接近其熔点。
2. 粉末是否容易吸收特定波长的激光。
3. 是否充足供应。
金属粉末原则上是可能的,但在DIY环境中有一些实际的限制。
在SLS机器中使用热塑性塑料是否安全?
目前在DIY环境中SLS的安全性尚不存在可靠数据。使用ABS和尼龙进行3D打印是安全的。
另一方面,通常与ABS和尼龙中的3D印刷有明显的气味,这意味着从熔化的塑料中挥发的东西。因此,建议通过某种空气过滤器(例如活性炭)排放所有的烟雾,或者至少排出房间。
在DIY SLS机器中需要加热成型缸吗?
激光将塑料粉末从室温转移到正好高于熔点时,会引起相当大的膨胀。如果将构建体积中的粉末预热至刚好低于熔点的温度以避免任何额外的温度膨胀,则可以避免这种情况。
可以使用RepRap控制板和固件进行DIY SLS机器吗?
SLS工艺中涉及的机械运动与FDM工艺相似,除了挤出机指令被激光脉冲代替以外,还需要在沿着Z轴推进之后施加一层粉末。因此,可以对传统的RepRap控制板和固件进行修改。
自己DIY的SLS 3D打印机
在2014年4月份的时候趁着项目刚鉴定完,没事干做了一台SLS D打印机。仿制的FOCUS的机械部分。https://www.kechuang.org/t/64874 做好了测试了,想发帖结果没有时间整理了。现在想想转眼间三年已经过去了,时间真像东流之水一去不复返啊。
首先两缸体的丝杆进行了修改,由于focus设计时间早,对转移比概念认识不清,导致两缸体积大小相等,我对丝杆进行更换采用M8 12mm导程与M8 8mm导程的T型丝杆。其次对行程开关进行了更换。原装的focus是采用光电开关。我更换为轻触开关。主要是光电开关在focus上使用有大量问题。其次对激光器进行更换,原装采用200mw激光器我先更换为两个2000Mw,来不方便更换为5000mw。
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打印效果图
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打印完成是的照片
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打印行星轮照片(200mW)
http://player.youku.com/player.php/sid/XMjcyNDUwODg0OA==/v.swf

由于太过繁杂就不列参考文献了,部分资料来源于网络,如有侵权行为及时联系作者。

[修改于 4 年前 - 2017-04-27 18:55:57]

来自:仪器与装备 / 机械与工具
 
2
虎哥
4年0个月前
1楼
可惜楼主的SLS耽误了3年之久。早几年SLS在模具设计行业就比较成熟了,不过就是贵,基本上50万起步。
相对于复杂笨重的XY行走机械部分,显然振镜更有优势。激光打标机已经非常普及,按理说爱好者应该从这个路线来制作啊,不知为什么上述项目都没采用这种方式。
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大仙
4年0个月前
2楼
虎哥,是不是因为振镜过于精密,爱好者无法diy,想了想可以买现成的打标头自己做上位机这个可行性还高些。
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虎哥
4年0个月前 修改于 4年0个月前
3楼
引用 牛逼大仙:
虎哥,是不是因为振镜过于精密,爱好者无法diy,想了想可以买现成的打标头自己做上位机这个可行性还高些。
现成的打标头恐怕不行。打标机脉冲短,是靠脉冲的高瞬时功率气化少量表面层。用它来打塑料也会产生同类的汽化效果,而不是熔融。用振镜系统的特点是精度高,稳定性好,但需要改换适当的激光,并且速度不能像打标机那样快。
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RodTech
4年0个月前
4楼
引用 虎哥:
现成的打标头恐怕不行。打标机脉冲短,是靠脉冲的高瞬时功率气化少量表面层。用它来打塑料也会产生同类的汽化效果,而不是熔融。用振镜系统的特点是精度高,稳定性好,但需要改换适当的激光,并且速度不能像打标机那……
打标头 其实就是振镜加f-theta场镜。。。脉冲是在激光部分实现的

感觉可以拿个半导体打标机,把q开关常开,试试。
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虎哥
4年0个月前
5楼
引用 RodTech:
打标头 其实就是振镜加f-theta场镜。。。脉冲是在激光部分实现的
感觉可以拿个半导体打标机,把q开关常开,试试。
谢谢指正,我说的打标头包含了激光器部分,如果不包含的话,那可以配合适的激光器。
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zzlzhang
3年11个月前
6楼
我这边隔壁公司就在搞(就是做激光打标机的公司)
用一台激光打标机(紫外 1W好像是)改
做牙科里面那个陶瓷牙 据说利润很高
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孕期歇斯底里症
3年11个月前
7楼
之前在3D打印版发了一个设想没人什么理,本楼里大佬比较多,就再说一遍请大家探讨一下:目前SLS 打印金属的热源也是激光,另外一种类似SLS使用电子束作为热源的技术叫做EBM,两者的技术门槛都很高,除了真空以外,后者还要求磁偏转和磁聚焦技术以及低纹波高压电源。而常规的高温热源就是电弧了,以电弧作为热源的3D打印目前只见到有熔丝的,那么能否用约束的电弧作为热源呢?精度和速度上肯定是比不上用振镜和磁偏转的SLS和EBM,优势在于成本
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生命瞬间
3年8个月前
8楼
请教一下楼主哈,楼主使用的粉末耗材是?
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