1、opensls：一個開放源碼的激光(jgung)燒結實驗平臺發布狀態(zhungti)：實驗描述 這是一個原型的成型系統設計接口與激光切割機創造一個平臺(pngti)與SLS工藝實驗。 許可證 GPL 作者 安德烈亞斯 貢獻者 基于 SLS蠟打印機 類別 SLS，激光，粉 CAD模型 無 目錄1 說明 2 安全 2.1 激光安全 2.2 材料的危害 3 工藝概述 3.1 術語 3.2 機械 4 硬件 4.1 粉模塊 4.1.1 R1的硬件 4.1.2 R2的硬件 4.2 激光切割機 4.2.1 激光功率 4.3 BOM 5 打印材料 5.1 制造方法 5.1.1 粒狀結晶粉末 5.1.2 蠟基

2、粉 5.2 小燭樹蠟 5.3 尼龍 5.4 石英砂 5.5 蔗糖 6 電子產品 6.1 蘭博板 6.2 本地的激光切割機電子 6.3 粉管理Arduino 6.4 整合(zhn h) 7 軟件(run jin) 8 視頻(shpn) 9 源文件 10 未來的工作 11 參見 12 進一步的閱讀 說明 opensls打印從構建室新興。opensls是探索選擇性激光燒結工藝和功能樣機的SLS 3D打印機能夠在各種材料加工對象的平臺。它的開發是在先進制造研究所（AMRI）和喬丹米勒博士的實驗室進行微觀的生理系統和先進材料的資助。這個項目的一個綜述和研究，它將可以發現在這里。這個項目中，它占有現有的是

3、獨特的，負擔得起的激光硬件，即激光切割機，用于燒結工藝。這改變了挑戰的性質從一個采購（IE，在哪里可以找到一個足夠強大的激光和光學）的一個集成的，模塊化的硬件設計，以及材料的發展。opensls的硬件設計是一滴粉管理模塊，其唯一目的是同步布局層粉激光運動系統（激光切割機的機架和激光燒結或熔化）。通過調整商業和廣泛用于這一過程的激光切割機，這種技術可以降低市場進入壁壘。安全因為SLS是一種天生的高能過程涉及一個強大的看不見的激光、數控設備、有害物質的，它不應該被當作更熟悉擠出機。這是一個非常危險的過程。多會出錯。如果你決定去探索這種技術，請特別注意：潛在的持久的傷害是真實的，永遠存在的，應該認真

4、對待。激光安全該激光器用于激光切割機是非常強大的，從字面上成千上萬倍的袖珍激光指針，已經承擔了一眼安全警示標簽。這是另一個類激光安全。你的眼睛不再是唯一的事的風險。除了危險的激光輻射，煤氣管，發射的激光是由一個高壓電源電壓30kV以上。應該特別注意工作時對激光切割機電子作為高壓電源持有一些時間充電后的激光切割機斷電。山姆Goldwasser準備了激光安全的一個優秀的網頁，包括一個廣泛的DIY激光器部分和安全挑戰有。請閱讀它之前，任何試圖對這里所描述的工作。材料的危害細粉狀的材料往往是非常易燃或爆炸的除了是一種嚴重的呼吸系統的危害。應特別小心處理粉狀材料時。靜電沖擊是在某些情況下足夠的能量點燃塵

5、云，引起爆炸。此外，這一原型并不包含惰性氣體保護的粉末激光接口，其中，一些材料，是很危險的，尤其是如果任何粉末變成空中。工藝概述基于激光的添加劑制造技術比熟悉的熔融擠出技術有不同。主要興趣是flexibiity附帶使用粉狀原料。許多非熱解材料與成形工藝都可以用激光解決。術語(shy)長久以來的SLS技術經常被大致描述成一種激光成形過程。它有時是區別于選擇性激光熔化（SLM）的，因為兩種過程凝固方法之間有明顯的差異。激光熔化是將材料完全融化為液體，形成的產品質地密。激光燒結依賴熱梯度液化（雖然不是在所有情況下）的表面粉末顆粒彼此連接，其顆粒之間有空隙。在粘合機制而言，這個區別很重要，但從術語(s

6、hy)上講，激光燒結、激光熔化通常用可以互換。Kruth等人在2005年提出了家用的激光燒結/激光熔化過程中12種不同的約束模式。重要的一點是，模式之間的區別主要是材料的顆粒大小，幾何，依賴和包裝結構，導熱性以及床層溫度，激光功率，光斑大小，和大氣。然而這一模式不適用與激光燒結。機械激光燒結過程開始于一個非常簡單的系統：激光能量注入到一批有質量的粒子。然而，許多因素如何影響激光能量吸收：顆粒(kl)的形狀，大小，密度，結構，材料的吸收，反射，透射，大氣，能量密度，光束輪廓，和光斑直徑是主要的一些因素。顆粒形狀在宏觀尺度影響粉末的性能：球形粒子流很容易超過對方和集體產量粉末，就像液體流動。有棱角

7、的顆粒引起的瞬態，但更穩定的包裝結構和交錯流動，停止方式對宏觀尺度。片和更復雜的血小板可能有流體特性在某些情況下，一定程度的自我粘附或自我糾纏，取決于顆粒的形狀的復雜性。這些幾何因素結合粒徑影響顆粒的包裝方式，從而極大的作用如何發揮熱量傳遞通過粒子系統在現場的燒結。物體之間的傳熱是大小的溫度差和橫截面積的物體之間的比例。顆粒大小，形狀，和包裝模式確定的數量和大小的顆粒之間的接觸點（薩洛夫等人，2003）。接觸點之間有更好的熱粒子，通過他們。除了通過靜電粉末影響傳熱，顆粒大小和形狀（分布在）如何影響激光能量被轉移到粉末顆粒。粉末床的表面可以認為是多孔有顆粒，使顆粒的一層或兩層更深的床激光之間存在

8、許多空隙。這改變了吸收的拓撲結構：為固體材料，激光的能量會通過樣本的二維表面吸收。在這里，激光穿透更深的材料，既反映了和被吸收的顆粒在表面層（-，2006）。現在我們可以開始考慮時間對系統的影響。由于激光加熱的粒子在三維形貌，顆粒的表面開始融化，增加接觸面之間的單個顆粒和粘結和消除材料氣體材料連接，增加顆粒間的傳熱。這雖然可以作為一個改變的燒結速度則依賴率燒結（-，2006）。換句話說，燒結加速本身由于傳熱粒子開始相互結合，增加發生。在激光熔化的情況下，有一個從固體到液體的全相位變化，產生了一個最困難的挑戰在激光燒結/熔化過程：“球化效應，“它描述了粉料珠的趨勢為小球被激光束加熱后。這是由于表

9、面張力的變化和運動的成形力對材料是液化。的作用是分割的，一個單一的水流經過時張力分布在圓柱表面是凹凸不平的，從空間上來說非常相似：表面張力產生收縮力，由于自然變化的流的形狀，導致頸縮，導致液滴形成。滴假設他們的球形（或近球形）的形狀，因為它是物理系統的最低能量形狀：網張力是最低的。創建一個淋浴頭滴負責影響球化材料的小水滴一樣的力量。硬件在開源的激光燒結技術的進步已經阻礙了缺乏負擔得起的，高功率激光源和光學鏈。激光切割(qig)機越來越容易在空間和在成本迅速下降。利用現有的高精密龍門和相關的光學，激光光源，電源，進入該技術最顯著的障礙可以被刪除。opensls是一個相對簡單的粉末處理模塊，落入一

10、個激光刀來創建一個用于激光燒結的研究平臺。粉末模塊設計主要包括激光切割零件可以制作在激光切割機，這將增加其功能。3D打印的部件也廣泛用于幾乎所有其他硬件的來源可以從麥克和inventables。多個模塊可以安裝到一個激光切割機，允許在多個串聯的實驗材料。粉模塊(m kui) R1的硬件支持蠟燒結是一個有價值的來源，設計和工藝改進。R1的硬件R1粉模塊由兩活塞相同的尺寸，每一種不同的螺距絲杠驅動。進給活塞通過m12x3.0 Acme絲杠驅動，打印驅動活塞通過m8x1.25螺紋鋼棒。在球場上的差異是為了讓兩活塞來驅動，在一個方向相同的電機控制通道(tngdo)反向平行配置，移動不同的距離，同時在相

11、反的方向。然而，“轉化率”之間的活塞實際上是相當依賴于問題的材料，以及，在某種程度上，幾何對象的要打印。R1粉經銷商首先用電纜驅動的反向旋轉的電化鋁桿傳播打印粉末在層分布。張尼龍單絲纏繞靜滑輪連接到分發服務器執行反向旋轉桿在翻譯的目的，是通過皮帶傳動軸套在鋁桿兩端。這允許一一度的驅動效應兩個自由度的運動。后來的實驗表明，一個更簡單的粉經銷商順利比反向旋轉的一。一個實驗室的不銹鋼刮刀在蠟和尼龍提供了最好的結果。而粉末分配器使用兩步進電機（僅為一個適當大小的GT2皮帶的缺乏），這些也可以并行驅動電機渠道降低再次需要控制系統數。R2的硬件(yn jin) R2的硬件包括什么是從R1模塊的工作了。硬件

12、的二次修訂解決力學問題具有以下特點的激光(jgung)燒結過程及相關的可用性的考慮：鋁硅加熱墊兼容(jin rn)室建設惰性氣體通過多孔板屏蔽建立建設量水平可以建立板流化床部分提取模塊化和適應性強的經銷商系統集成電子和電源內部粉末捕獲和存儲線性運動硬件更好的隔離粉可調葉片粉末分配器適當約束分布系統的線性導軌執行層高度為確保粉模塊激光切割框架集成支架模塊化結構，易于清潔粉管道和打印活塞綜合經銷商刮清潔刷去除任何附著的塊狀或粉末模塊是獨立的，從簡單的維護/維修激光切割機激光切割機 之前的任何修改了其Z級或電子激光切割機。 在激光切割機的硬件安裝R2（粉管道被擱在左）。 激光切割機是通過采購seem

13、ecnc。這是一個無名的中國進口(jn ku)80W管系統，一個600mm900mm的信封，和驚人的能力附帶的軟件。任何采用步進電機激光切割機（這是大多數人）應與電子(dinz)堆棧使用兼容。激光功率一個80瓦和40瓦管進行了測試使用的opensls粉模塊(m kui)。兩管發射的閾值以上的電流水平，創造一個堅實的下界的功率水平，可以探討。最低能達到的功率是80瓦的燈管2.4瓦，約100毫瓦40瓦管上。可以看出，在激光功率與PWM控制信號值的地塊，線性度取決于功率范圍。兩管在較高的輸出功率具有較高的變異性，雖然80W管區別14和40瓦之間的電源浪涌，在它達到超過150瓦才回到一個更可預測的線性

14、政權的權力。下端的40W管的功率范圍允許的功率級優秀畢業研究相對較低的激光能量的碳水化合物和聚合物。 在低功率，激光是相對線性的，但在功率在四序貫試驗的逐漸增加，每次持續約15分鐘。 在一個更廣泛的功率范圍，激光偏離出現在低功率的線性度。 80W激光也相對線性在其權力范圍的下限，也表現在對四試驗40W激光做系列輸出功率逐漸增加。 在更高的功率水平，特別是那些14和40瓦之間，在它返回到一個新的線性區，輸出功率是非常高的和不可預知的。BOMBOM是被編譯并將很快。打印材料一個強大的激光燒結的方面是它制造出許多不同的材料的能力。該系統已通過測試，具有相對小數量的材料不同程度或嚴謹，從簡單的一維跟蹤

15、點熔化燒結，一直到整個三維燒結。制造方法粒狀結晶粉末球磨是一種廣泛用于降低脆性和晶體材料粒度的過程。激光燒結工藝要求即使是微量的形成和更高分辨率的細顆粒，但許多材料只有粗糧。通過球磨、篩分結果，均勻粒徑細粉可小批量生產。我用了一個小巖不倒翁開始制作粉末和畢業的一大容量滾筒用鋼筒制作大批量使用更大的研磨介質粉。可以在下面的兩個圖表看，有兩執政的趨勢在研磨介質的選擇。第一，較高的比例（重量比）研磨介質基板產量較高的組分的更細的顆粒。第二，較大的磨礦介質顆粒”產量較高的組分的更細的顆粒比小研磨介質或小的和大的研磨介質的混合物。這兩個趨勢意義，構成磨球磨工藝介質和顆粒之間的無數微小的影響背景：高質量的

16、研磨介質可以提供更高的能量的影響，更使磨礦介質意味著更多的影響。 蠟基粉小燭樹蠟可以從購買美國和PITSCH。對于低功率近紅外激光二極管印刷，要混合少量的碳粉蠟作為能量吸收色素。該混合物可以通過混合100部分與7部分的蠟碳重量然后工作的混合物通過80目篩，徹底打破并將碳制備蠟塊。這種混合物對濕度敏感，開始聚集在幾天剩余靜。小燭樹蠟小燭樹蠟已被證實為是一個潛在的低成本的SLS打印材料和調查作為陽性對照opensls硬件開發過程中。打印材料由小燭樹蠟與碳粉混合在一個100比7，其中炭粉作為能量吸收(xshu)在近紅外和激光波長色素也為阿德凝聚劑。激光燒結有2011由安德烈亞斯巴斯蒂安全激光熔化固結

17、，從而導致大量的卷曲和下邊緣的定義由于表面張力完全液固結區的影響。通過對功率/轉速參數遍歷了更傳統的液相燒結參數進行單顆粒。325的功率/速度組合嘗試，不產生液相燒結蠟粒子之間的。相反，二維成像表面表明燒結罰款球足以導致小顆粒的綜合區域之間的結合程度，導致大量銜接足夠印刷精致多孔物體。 在低倍鏡下的蠟和碳的混合物。 用壓縮空氣清潔后的齒輪。它太脆和多孔從建立平臺拆除(chich)生存。 其中的許多腳本遍歷(bin l)的功率/速度空間。在X Y和速度減小，功率增大 小齒輪對分辨率和大規模的機器可以生產。 高倍鏡下，個人碳和蠟顆粒清晰可見。 經進一步檢查，即使是最好的印刷參數，發現是細球而不是真

18、正的液相燒結顆粒之間。 尼龍到了taulman 618s和PA 650個樣本taulman3d和資產負債管理有限責任公司，分別。兩尼龍證明燒結比蠟或異麥芽酮糖醇更容易。像蠟，第一層必須粘結牢固，構建平臺（藍色帶，在這種情況下），否則會破壞粉體分布和層卷登記。即便如此，在印刷對象不支持的地區將卷曲和擾亂打印在打印序列后，如果有足夠的尺寸，抓住經銷商的葉片。將打印的第一層是一個工作在允許3D燒結的進一步探索，但不允許從幾何約束相同的自由商業SLS技術。這需要通過加熱粉末在惰性氣氛下實現。一個400MW的激光功率制備這些早期天體，58mm的打印速度，150微米層高度，和“噴嘴”徑0.075mm。看到

19、更詳細的工藝參數在opensls GitHub的聚酰胺650 Slic3r簡介。這個功率水平很低，明顯的CO2激光器可以發射大功率。最重要的是尼龍在10.6m高的吸收效率，CO2氣體激光器的波長。低成本，高功率二極管激光器在近紅外范圍內，808nm和840nm之間，這是不容易被吸收并轉化為熱的尼龍。在藍色的范圍內的激光器可能有更好的吸收。增加能量吸收色素，如在上面的小燭樹蠟混合碳，可以實現有效的激光二極管。 聚酰胺650粒子的尺寸和形狀分布。 通過60目篩通過后taulman 618s顆粒大小和形狀。 聚酰胺650燒結在150微米層。 taulman 618s 150微米層燒結。 該聚酰胺65

20、0環演示合理的細微特征(tzhng)解析。 的taulman 618s環略厚的特點，但這可能是由于(yuy)粗粒度的粉末。 第一PA 650打印參數(cnsh)優化的最后一層。 環（由神經系統設計）后的粉末被清除。 用壓縮空氣徹底除粉后環。 發動機缸體。 石英砂 二氧化硅顆粒燒結在一起非常順利，從上可以看出，在右上方的未燒結顆粒和熔融顆粒INT EH左下。石英砂是一種很有前景的廉價和豐富的印刷材料。證明Markus Kayser砂，可以熱融合到一些功能的對象。進一步探索超越這個簡單的測試性能是必要的。蔗糖 詳細的激光熔化結晶蔗糖。 高倍鏡下區域熔化。 蔗糖有一個趨勢，兩球和焦糖。 蔗糖差的燒結

21、特性，使用現成的蔗糖在正常大氣測試時。它冒煙，球狀，和焦糖下的激光，但在某些情況下是可以反復用激光燒結成連續掃描的痕跡。最成功的（雖然基本）燒結與激光功率2.4瓦，125mm / s的十個序列線性掃描實現的，在上面的放大圖像產生燒結柱。電子產品驅動系統電子混合了本激光刀模，3D打印機的電子，和第三方組件。主要模塊如下：蘭博板 激光切割機的步進驅動器 激光電源 Arduino Uno（任何Arduino工作雖然） 粉模塊步進驅動器 蘭博板 全板引腳可以發現在這里蘭博是非常詳細記錄板，可適應各種驅動數控設備和相應的固件，是硬件發展的一個很好的工具。在這里，x和y的一步，方向，和使能引腳被重新映射到

22、電機外部引腳（見右）和路由到步，方向，使在雷賽步進驅動器引腳（見下文）中使用的激光切割機。本地的激光切割機電子 為40W激光電源接線。激光切割機的電子堆棧是非常模塊化的，很容易被破解。一切都是通過莫仕連接器連接，與激光電源的例外，是清楚的標記。由于材料的熔點低，我針對研究在組織工程和再生醫學，我取代了80W管和電源附帶有一個低功率40W的日光和40W的電源在功率譜的下端提供更高的功率分辨率的激光切割機。此外，80W管不會偷懶低于2.5瓦，這是正確的在權力范圍的中間，被證明是最好的蔗糖和蠟材料。40W管和電源可以低至200MW提供電力，為蠟材料是有用的。激光切割機電源有一個體面的手冊然而，制造商

23、采用手動為20W，30W，40W，60W和80W的系統(xtng)，因此，無視最大電流規定我使用從40W的日光技術(jsh)不應該高于長期10-12ma。這樣做將大大縮短燈管的壽命。我也試圖用 40W的電源/products/laser-engraving/new-40w-co2-laser-power-supply從自動化技術，但被明確陰極缺乏警覺。約翰僅僅從seemecnc還看看布線在40W的激光切割機自動化技術購買和發現激光陰極接地的情況通過一個巨大的，未標記的功率電阻。不想冒任何風險與30kV線路，我選擇了一個電源，而不是來自輕的物體而是因為它有文件），B）有一個明確的陽極和陰極，和C

24、）的開源社區在激光切割機似乎有lightobject有良好經驗。PWM控制電路接線圖如左。而手動指定一個(y )最小為類似的低成本CO2激光電源規格20kHz的PWM頻率和脈寬1ms的數據表，電源可以與本地 490hz PWM頻率的蘭博驅動。請謹慎使用激光電源時。它擁有一個高電壓充電即使已關機。我已經驗證了這個哄大功率束出管后切斷電源的激光電源。粉管理Arduino這是完全沒有必要的，Arduino的僅是時間約束的反思和重構我的困難在馬林成更通用的五軸狀態。蘭博有5個功能齊全的汽車頻道，但是我發現很難解開兩通道用于擠出機控制從許多優化和安全性等特點在馬林魚。我鼓勵那些在固件開發更多的經驗來處理

25、移植一個穩定的RepRap固件運行SLS硬件。Arduino是相對簡單的代碼來增加Z軸的粉粉的新層的管理和分配，可以發現在這里。Arduino采用兩步進驅動器跑四步進電機用于粉末模塊。整合藍博的板的激光切割機電子整合最重要的是確保所有連接都有一個共同的地面。我選擇不臺激光切割機的本土電感晶體管endstops接口而安裝的機械endstops，與蘭博兼容。我也保持了其Z軸激光切割機的控制，這對自動聚焦在粉床是有用的。然而一旦集中，就不需要對激光切割機的本地控制器。軟件我在這里遇到的主要挑戰是適應固件開發的熔融擠出機與不同的幾何運行5軸機。切換到粉末模塊控制次級單片機之前，我試圖用擠出機渠道帶動飼

26、料和打印活塞單獨使用Z通道驅動分配器。我也嘗試運行Z軸上的兩個經銷商汽車Z-通道和線路平行跑一個擠出機的通道。在這兩種情況下，我遇到了很難跟蹤運動控制缺陷，如不同的速度，錯誤的旅行距離，并在擠出機通道定向運動。我殘疾的安全功能，調節馬林擠出機行為很多，但我沒有發現他們。在對激光燒結的大目標前進的興趣，我苦練的Arduino Uno跑粉模塊。再次，這是困難的，只因我遇到適應馬林這個硬件。一個更通用的五固件蘭博，坡道行駛，或任何其他五軸CNC控制器工作。我jmil叉魚叉可以發現在這里包括代碼運行苦練的Arduino。我建立了激光點火定時控制通過比較過去和現在的擠壓的距離，以同樣的方式收縮控制。硬件

27、可以運行標準的RepRap工具鏈和Python腳本顯示。我目前分層Slic3r和使用pronterface。切片參數需要調整(tiozhng)以反映最佳燒結工藝參數（打印速度，“噴嘴(pnzu)”/光斑直徑，層高度）在手，顯示材料移動(ydng)激光頭從經銷商的路徑和啟動分布序列需要被添加到“層”下顯示打印機設置/自定義G。這是可能的層改變代碼實例：G4 S2；幾秒鐘讓任何緩沖動作完成為暫停；一會兒 G1 X-200開關相對運動；移動激光頭的方式 M700；跑粉的硬件 G4 S13；需要13秒來做層的變化 G1 X200；移動激光頭返回到原來的位置 G90；回絕對定位 G4 S2；給激光頭幾秒

28、鐘到達的位置視頻 源文件源文件保存在GitHub。而這種設計是功能性的，它絕不是優化。有要做了許多改進，我鼓勵任何人誰是有興趣在提高迭代和隨后的設計。未來的工作下一個原型是活躍的發展和特點加熱鋁活塞和基本的正壓惰性氣體與尼龍，進一步的實驗，在屏蔽金屬，和吸濕性材料。進展可以追蹤安德烈亞斯Bastian的dev的博客。參見焦點SLS打印機是一個令人印象深刻的機器，可以組裝出的中密度纖維板和印刷配件。安德烈亞斯巴斯蒂安的SLS打印機在這個項目的基礎是。彼得延森早期的SLS印刷的探索包括一個低成本的往復激光切割機的發展。另一種方法來建立一個3D打印機用斜的SLS粉末和馬林魚簡單的建立！雖然沒有嚴格的燒結機，PWDR打印機是一個很好的粉末處理程序。DIY選擇性激光燒結的FAQ 進一步的閱讀-（2006），A.。金屬粉末直接激光燒結機理，動力學和微觀結構特征。材料科學與工程，428（1-2），148158。關鍵詞：10.1016/j.msea.2006.04.117Kr