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1、目 录1 绪论11.1 选择性激光烧结概述11.1.1 选择性激光烧结技术的发展11.1.2 选择性激光烧结的工艺原理21.1.3 选择性激光烧结的工艺特点21.2 SLS 快速成型技术的特点及应用31.2.1 选择性激光烧结技术具的特点31.2.2 选择性激光烧结的主要应用31.3 国内外现状快速成型技术的现状31.3.1 国内的发展现状31.3.2 国外 RP 技术的最新发展41.4 快速成型技术的发展趋势52 方案选择62.1 设计的目的和要求62.1.1 设计的目的62.1.2 本毕业设计课题任务的内容和要求 7 2.1.3 对本毕业设计课题成果的要求 72.2 机械部分设计82.2.
2、1 机械结构传动装置设计82.2.2 整体布局示意图92.3 电气部分设计93 设计计算113.1 铺粉机构的设计113.1.1 小车速度的确定11 3.1.2 小车铺粉过程的受力分析123.1.3 同步带轮的设计143.2 缸体部分设计153.2.1 缸体的设计153.2.2 滚珠丝杠副的计算183.2.3 蜗轮蜗杆的计算204 电气部分设计224.1 控制系统整体设计224.2 步进电机简介234.2.1 感应子式步进电机244.2.2 步进电机的静态指标术语244.2.3 步进电机动态指标及术语244.2.4 步进电机驱动控制系统组成理论简介254.3 控制系统设计274.3.1 工控机
3、的简介274.3.2 工控机的设计294.3.3 工控机的选择304.4 固态继电器314.5 温度控制卡324.6 检测原件的选择324.6.1 传感器的选择324.6.2 光电传感器的选择344.6.3 行程开关34结束语36致谢37参考文献381 1 绪论绪论1.11.1 选择性激光烧结概述选择性激光烧结概述1.1.1 选择性激光烧结技术的发展1986年美国Texas大学的研究生Deckard提出了选择性激光烧结成型（Selective Laser Sintering，SLS）的思想，并于1989获得了第一个SLS技术专利。这是一种用红外激光作为热源来烧结粉末材料成型的快速成型技术（Ra
4、pid Prototyping，RP） 。同其它快速成型技术一样，SLS技术采用离散/堆积成形的原理，借助于计算机辅助设计与制造，将固体粉末材料直接成型为三维实体零件，不受成型零件形状复杂程度的限制，不需任何工装模具2，3。1992年美国DTM公司推出Sinterstation2000系列商品化SLS成型机，随后分别于1996年、1998年推出了经过改进的SLS成机Sinterstation 2500和Sinterstation2500plus，同时开发出多种烧结材料，可直接制造蜡模及塑料、陶瓷和金属零件。DTM公司拥有多项SLS技术专利，无论是在成型设备还是在成型材料方面均处于领先地位，该公
5、司于2001年被3D公司收购，因此3D公司拥有了最先进的SLS技术。SLS技术在新产品的研制开发、模具制造、小批量产品的生产等方面均显示出广阔的应用前景，现已成为技术最成熟、应用最广泛的快速成型技术之一。世界上另一个在SLS技术方面占有重要地位的是德国的EOS公司。EOS公司成立于1989年，1994年EOS公司先后推出了三个系列的SLS成型机，其中EOSINTP用于烧结热塑性塑料粉末，制造塑料功能件及熔模铸造和真空铸造的原型；EOSINTM用于金属粉末的直接烧结，制造金属模具和金属零件；EOSINTS用于直接烧结树脂砂，制造复杂的铸造砂型和砂芯。EOS公司对这些成型设备的硬件和软件进行了不断
6、的改进和升级，使得设备的成型速度更快、成型精度更高、操作更方便，并能制造尺寸更大的烧结件。国内从1994年开始研究SLS技术，引进了多台国外SLS成型机。北京隆源公司于1995年初研制成功第一台AFS激光快速成型机，随后华中科技大学也研制出了HRPS系列的SLS成型机，这两家单位的SLS成型设备均已产业化。国内研究SLS技术的还有南京航空航天大学、西北工业大学和中北大学等单位，其中中北大学研制成功变长线扫描SLS设备。此外,目前国内还有多家企业和高等院校在进行SLS技术的研究及应用工作。文献11列出了国内外生产激光选区烧结设备的主要制造商及其烧结设备型号与主要性能参数。可以看出，按烧结用材料的
7、特性，SLS技术的发展可分为两个阶段：1）用SLS技术烧结低熔点的粉料来制造原型。目前的烧结设备和工艺大多处于这一阶段，所用的材料是塑料、尼龙、覆膜金属粉、覆膜陶瓷粉及覆膜树脂砂。2）用SLS技术直接烧结金属等高熔点的粉料来制造零件。此方面，国内外设备、工艺、材料均不成熟，仍处于研究的初级阶段。1.1.2 选择性激光烧结的工艺原理SLS工艺原理可参考文献20,21，首先由CAD产生制件的三维模型，用分层切片软件对其进行切片处理，获得各截面形状的信息参数，作为激光束进行二维扫描的轨迹。其次，将SLS成型机粉床上的粉末材料预热至材料熔融温度以下23，然后根据制件几何形体各层截面的坐标数据，在计算机
8、的控制下，激光以一定的扫描速度和能量密度有选择地对材料粉末分层扫描，使粉末材料粘结化。一层烧结完成后，电机驱动工作台，使粉末固化层下降一个层厚高度，用铺粉辊将新粉末材料均匀地铺放在前一固化层上，再进行下一层扫描烧结，新的一层和前一层自然地烧结在一起，如此层层叠加，最终生成所需要的三维实体制件。1.1.3 选择性激光烧结的工艺特点SLS成型技术开辟了不用刀具、模具等迅速制作零件的途径，并为用传统方法不能或难于制造的零件或模型提供了一种崭新的制造手段，SLS技术的特点如下。（1）成型过程与零件复杂程度无关，是真正的自由制造，传统方法无法比拟。（2）技术的高度集成，它是计算机技术、数控技术、激光技术
9、与材料技术的综合集成。可实现快速铸造、快速模具制造。（3）生产周期短，产品的单价几乎与批量无关，从零件CAD到CAM完成只需几小时到几十小时，特别适合于新产品的开发和小批量零件的快速生产。（4）材料适应面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、蜡等材料的零件。特别是可以制造金属零件，这使SLS工艺颇具吸引力。（5）应用面广，由于成型材料的多样化，使得SLS适合于多种应用领域，如原型设计验证、模具母模、精铸熔模、铸造型壳和型芯等。（6）高精度，依赖于使用的材料种类和粒径、产品的几何形状和复杂程度，该工艺一般能够达到工件整体范围内（0.052.5）mm的公差。当粉末粒径为0.1mm以下时，成型后的原
10、型精度可达1%2。1.21.2 SLSSLS 快速成型技术的特点及应用快速成型技术的特点及应用1.2.1 选择性激光烧结技术具有以下特点：（1)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。所以它的选材范围广。(2)它不需特殊支撑、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）与其它原型制作工艺(如
11、SLA,LOM 等)不同，SLS 成形无须研究专门的废料清除工艺。所以工艺过程简单。(4)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，所以具有广阔的应用前景。1.2.2 选择性激光烧结的主要应用（1）原型制作 SLS 系统能快速制造出任意难度的原型，设计人员可以直观地评估所
12、设计产品的造型效果、结构的合理性以及生产工艺的可行性；同时，原型有一定的强韧性，可以进行装配实验、功能测试。这样快速成型技术的应用对改善产品设计、加快研发进度、降低开发成本起到非常有效的作用。另外，SLS 除了做精度较高的薄壁件外，更适合做厚壁件、中大件。原型件变形小，强度高。（2）快速铸造 选区粉末烧结（SLS）技术有效地将快速成型技术和传统的铸造工艺相结合。它包含快速熔模铸造与沙型铸造1.31.3 国内外现状快速成型技术的现状国内外现状快速成型技术的现状1.3.1 国内的发展现状与快速成型设备的研究相比,我国快速成型材料及工艺的研究相对滞后,目前还处在起步阶段,与国外相比存在较大差距。虽国内有多家研究开发单位对SLS 材料和工艺进行了研究开发工作,但还没有专门的成型材料生产和销售单位。清华大学主要研究RP 方面的现代成型学理论和FDM工艺, 并开展了基于SLA 工艺的金属模具的研究; 华中科技大学主要研究LOM 工艺, 推出了HRP 和RPS 系列成型机和成型材料; 西安交通大学开发出LPS 和CPS 系列的光固化成型系统及相应树脂; 中国科学院沈阳自动化研
