1 緒論1
1.1選擇性雷射燒結概述1
1.1.1選擇性雷射燒結技術的發展1
1.1.2選擇性雷射燒結的工藝原理2
1.1.3選擇性雷射燒結的工藝特點2
1.2 sls快速成型技術的特點及應用3
1.2.1選擇性雷射燒結技術具的特點3
1.2.2選擇性雷射燒結的主要應用3
1.3 國內外現狀快速成型技術的現狀3
1.3.1國內的發展現狀3
1.3.2 國外rp 技術的最新發展4
1.4 快速成型技術的發展趨勢5
2方案選擇6
2.1 設計的目的和要求6
2.1.1 設計的目的6
2.1.2 本畢業設計課題任務的內容和要求7
2.1.3 對本畢業設計課題成果的要求7
2.2 機械部分設計8
2.2.1機械結構傳動裝置設計8
2.2.2整體布局示意圖9
2.3 電氣部分設計9
3設計計算11
3.1鋪粉機構的設計11
3.1.1 小車速度的確定11
3.1.2 小車鋪粉過程的受力分析12
3.1.3 同步帶輪的設計14
3.2 缸體部分設計15
3.2.1 缸體的設計15
3.2.2 滾珠絲槓副的計算18
3.2.3 蝸輪蝸桿的計算20
4 電氣部分設計22
4.1 控制系統整體設計22
4.2 步進電機簡介23
4.2.1 感應子式步進電機24
4.2.2 步進電機的靜態指標術語24
4.2.3 步進電機動態指標及術語24
4.2.4 步進電機驅動控制系統組成理論簡介25
4.3 控制系統設計27
4.3.1 工控機的簡介27
4.3.2 工控機的設計29
4.3.3 工控機的選擇30
4.4 固態繼電器31
4.5 溫度控制卡32
4.6 檢測原件的選擇32
4.6.1 感測器的選擇32
4.6.2 光電感測器的選擇34
4.6.3 行程開關34
結束語36
致謝37
參考文獻38
1 緒論
1.1 選擇性雷射燒結概述
1.1.1 選擇性雷射燒結技術的發展
2023年美國texas大學的研究生deckard提出了選擇性雷射燒結成型（selective laser sintering，sls）的思想，並於1989獲得了第乙個sls技術專利。這是一種用紅外雷射作為熱源來燒結粉末材料成型的快速成型技術（rapid prototyping，rp）。同其它快速成型技術一樣，sls技術採用離散/堆積成形的原理，借助於計算機輔助設計與製造，將固體粉末材料直接成型為三維實體零件，不受成型零件形狀複雜程度的限制，不需任何工裝模具[2，3]。
2023年美國dtm公司推出sinterstation2000系列商品化sls成型機，隨後分別於2023年、2023年推出了經過改進的sls成機sinterstation 2500和sinterstation2500plus，同時開發出多種燒結材料，可直接製造蠟模及塑料、陶瓷和金屬零件。dtm公司擁有多項sls技術專利，無論是在成型裝置還是在成型材料方面均處於領先地位，該公司於2023年被3d公司收購，因此3d公司擁有了最先進的sls技術。sls技術在新產品的研製開發、模具製造、小批量產品的生產等方面均顯示出廣闊的應用前景，現已成為技術最成熟、應用最廣泛的快速成型技術之一。
世界上另乙個在sls技術方面占有重要地位的是德國的eos公司。eos公司成立於2023年，2023年eos公司先後推出了三個系列的sls成型機，其中eosintp用於燒結熱塑性塑料粉末，製造塑料功能件及熔模鑄造和真空鑄造的原型；eosintm用於金屬粉末的直接燒結，製造金屬模具和金屬零件；eosints用於直接燒結樹脂砂，製造複雜的鑄造砂型和砂芯。eos公司對這些成型裝置的硬體和軟體進行了不斷的改進和公升級，使得裝置的成型速度更快、成型精度更高、操作更方便，並能製造尺寸更大的燒結件。
國內從2023年開始研究sls技術，引進了多台國外sls成型機。北京隆源公司於2023年初研製成功第一台afs雷射快速成型機，隨後華中科技大學也研製出了hrps系列的sls成型機，這兩家單位的sls成型裝置均已產業化。國內研究sls技術的還有南京航空航天大學、西北工業大學和中北大學等單位，其中中北大學研製成功變長線掃瞄sls裝置。
此外,目前國內還有多家企業和高等院校在進行sls技術的研究及應用工作。文獻[11]列出了國內外生產雷射選區燒結裝置的主要製造商及其燒結裝置型號與主要效能引數。可以看出，按燒結用材料的特性，sls技術的發展可分為兩個階段：
1）用sls技術燒結低熔點的粉料來製造原型。目前的燒結裝置和工藝大多處於這一階段，所用的材料是塑料、尼龍、覆膜金屬粉、覆膜陶瓷粉及覆膜樹脂砂。
2）用sls技術直接燒結金屬等高熔點的粉料來製造零件。此方面，國內外裝置、工藝、材料均不成熟，仍處於研究的初級階段。
1.1.2 選擇性雷射燒結的工藝原理
sls工藝原理可參考文獻[20,21]，首先由cad產生製件的三維模型，用分層切片軟體對其進行切片處理，獲得各截面形狀的資訊引數，作為雷射束進行二維掃瞄的軌跡。其次，將sls成型機粉床上的粉末材料預熱至材料熔融溫度以下2℃～3℃，然後根據製件幾何形體各層截面的座標資料，在計算機的控制下，雷射以一定的掃瞄速度和能量密度有選擇地對材料粉末分層掃瞄，使粉末材料粘結化。一層燒結完成後，電機驅動工作台，使粉末固化層下降乙個層厚高度，用鋪粉輥將新粉末材料均勻地鋪放在前一固化層上，再進行下一層掃瞄燒結，新的一層和前一層自然地燒結在一起，如此層層疊加，最終生成所需要的三維實體製件。
1.1.3 選擇性雷射燒結的工藝特點
sls成型技術開闢了不用刀具、模具等迅速製作零件的途徑，並為用傳統方法不能或難於製造的零件或模型提供了一種嶄新的製造手段，sls技術的特點如下。
（1）成型過程與零件複雜程度無關，是真正的自由製造，傳統方法無法比擬。
（2）技術的高度整合，它是計算機技術、數控技術、雷射技術與材料技術的綜合整合。可實現快速鑄造、快速模具製造。
（3）生產周期短，產品的單價幾乎與批量無關，從零件cad到cam完成只
需幾小時到幾十小時，特別適合於新產品的開發和小批量零件的快速生產。
（4）材料適應面廣，不僅能製造塑料零件，還能製造陶瓷、蠟等材料的零件。特別是可以製造金屬零件，這使sls工藝頗具吸引力。
（5）應用面廣，由於成型材料的多樣化，使得sls適合於多種應用領域，如原型設計驗證、模具母模、精鑄熔模、鑄造型殼和型芯等。
（6）高精度，依賴於使用的材料種類和粒徑、產品的幾何形狀和複雜程度，該工藝一般能夠達到工件整體範圍內±（0.05～2.5）mm的公差。
當粉末粒徑為0.1mm以下時，成型後的原型精度可達±1%[2]。
1.2 sls快速成型技術的特點及應用
1.2.1選擇性雷射燒結技術具有以下特點：
（1)其工藝材料選擇廣泛，如尼龍、塑料、金屬、陶瓷的包衣粉末或粉末的混合物均可作為加工材料。sls可根據不同的用途選擇不同的材料，如用覆膜砂燒結精密鑄造用砂型(或芯)，用石蠟粉或塑料粉燒結熔模鑄造用的母模，用陶瓷粉燒結陶瓷模殼，或用金屬粉直接成形金屬模具或零件。所以它的選材範圍廣。
(2)它不需特殊支撐、多餘材料易於清理、適合原型及功能零件的製造等優點，而且材料可以重複使用，材料利用率高，粉末材料的利用率幾乎可以達到100%。（3）與其它原型製作工藝(如sla,lom等)不同，sls成形無須研究專門的廢料清除工藝。所以工藝過程簡單。
(4)sls可以直接成形金屬或陶瓷製件，而快速原型與快速製模技術相結合是快速成形技術應用的乙個主要方面。從目前國內外sls技術的研究情況來看，覆膜砂、石蠟粉以及塑料粉這三種材料的雷射燒結技術的研究比較成熟，已經有商品化的裝置推向市場。金屬粉末的雷射燒結技術也逐漸成熟，而陶瓷粉末的雷射燒結技術尚處在研究階段，陶瓷粉末的雷射燒結技術屬當今雷射燒結技術的研究前沿和技術難點，所以具有廣闊的應用前景。
1.2.2 選擇性雷射燒結的主要應用
（1）原型製作 sls 系統能快速製造出任意難度的原型，設計人員可以直觀地評估所設計產品的造型效果、結構的合理性以及生產工藝的可行性；同時，原型有一定的強韌性，可以進行裝配實驗、功能測試。這樣快速成型技術的應用對改善產品設計、加快研發進度、降低開發成本起到非常有效的作用。另外，sls 除了做精度較高的薄壁件外，更適合做厚壁件、中大件。
原型件變形小，強度高。
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