【正文】 SLS on the high molecular powder materials is preceded. The result of this research has been successfully applied into the system and has great effect on manufacturing qualified parts, also is a foundation of ameliorating this system.The Selective Laser Sinter(SLS) is also named Laser Selectivity Sinter. It can make the datum powder sinter or blend to threedimensional antitype by dint of exactitude introductory laser. This craftwork is created in 1989 by an American, , who lived in the Austin.Now, there are many pany studying the SLS in the world, for example , the DTM, , 3D Systems. And there are also many pany in our country, for instance, Beijing Longyuan Lst., the middle of China science and technology University. But the first pany who made the SLS mercial is the DTM.Author would like pare the design blue print of DTM and , and improve the design, also try to take a new idea into the SLS.KEYWORDS: Rapid Prototyping, Selective Laser Sintering, forming precision,Forming time 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。該工藝方法是由美國得克薩斯大學(xué)奧斯?。ˋustin）。目前世界上占主導(dǎo)地位的5種RP成型方法其基本原理業(yè)己完善，針對具體的RP系統(tǒng)如何在不增加昂貴的附加成本的同時，進(jìn)一步提高成型效率、提高成型件的精度、就高分子粉末材料的激光選區(qū)燒結(jié)(SLS)快速成型技術(shù)中的成型精度、成型時間、掃描路徑、成型件的后處理及成型件在制模中的應(yīng)用問題開展了深入的研究。將所研究結(jié)果應(yīng)用于設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)中，提高成型機(jī)工作合理性。目前研究SLS的有DTM公司，3D Systems公司，北京隆源公司，華中科技大學(xué)，華北工學(xué)院，南京航空航天大學(xué)等。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。它與科學(xué)計(jì)算可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)相結(jié)合，為設(shè)計(jì)者、制造者與用戶之間提供了一種可測量、可觸摸的新手段。RP是機(jī)械工程、CAD、數(shù)控技術(shù)及材料科學(xué)等學(xué)科的集成，它能將已具電子模型的設(shè)計(jì)迅速、自動地物化為具有一定結(jié)構(gòu)和功能的原型或零件。在RP的發(fā)展過程中，不少研究機(jī)構(gòu)和人員都按照自己的理解賦予其不同的稱謂，而這些不同稱謂即反映了RP不同方面的重要特征；直接CAD制造 (DCM, Direct CAD Manufacturing)“直 接 CA D制造”反映了RP是CAD模型直接驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)與制造一體化，計(jì)算機(jī)中的CAD模型通過接口軟件直接驅(qū)動RP設(shè)備，接口軟件完成CAD數(shù)據(jù)向設(shè)備數(shù)控指令的轉(zhuǎn)化和成型過程的工藝規(guī)劃，成型設(shè)備則象打印機(jī)一樣“打印”零件，完成三維輸出。到目前為止，RP的成型方法已逾百種，但是其中的大多數(shù)都還是處于實(shí)驗(yàn)室階段，并沒有實(shí)現(xiàn)真正的商品化。由于快速成型技術(shù)方法以及成型材料的迅猛發(fā)展，針對特定的零件如何選擇最適合的快速成型系統(tǒng)是近年來快速成型研究的一個重點(diǎn)方面，下面在橫向?qū)追N主要的RP技術(shù)進(jìn)行比較。對于中等的空心尺寸，F(xiàn)DM和SLS獲得的尺寸精度相對較高些。對于建造大而平的水平面，SLA和SLS都易于產(chǎn)生翹曲變形，因此當(dāng)用這兩種工藝進(jìn)行加工時，必須采取措施以盡量減輕翹曲變形的產(chǎn)生。RP 中 零 件表面(包括水平面和垂直側(cè)面)的完成質(zhì)量受到以下幾方面因素的影響:成型方法的選擇、成型方向、單層厚度、特征類型、激光掃描器或噴頭系統(tǒng)的精度、所使用的材料等。 制件的復(fù)雜程度SL A較高，F(xiàn)DM和SLS次之，LOM較低。SLS材料還應(yīng)有較窄的“軟化一固化”溫度范圍，若該溫度范圍較大，制件的精度會受影響，此外，還應(yīng)有良好的廢料清除功能。成型件的表面粗糙度可達(dá)到25pm，進(jìn)行很好的拋光后，粗糙度最低可達(dá)12181。近年來，國內(nèi)的北京隆源公司、華中科技大學(xué)都開發(fā)出了低熔點(diǎn)高分子粉末材料，可用于原型件的制作和替代蠟?zāi)＿M(jìn)行熔模鑄造。RP的第二類用途是制造用于RapidSteel快速成型材料，為一種在微顆粒外表面裹覆一層很薄聚脂包衣的鋼粉。Dynamics Tooling公司的PolySteel(復(fù)合鋼)技術(shù)，可以生產(chǎn)出具有很高表面光潔度和尺寸精度的金屬模具。例如Stratasys公司開發(fā)的Med Modelers系統(tǒng)，主要用于一些醫(yī)院和醫(yī)學(xué)單位。西安交通大學(xué)采用改進(jìn)的二次曝光技術(shù)進(jìn)行SLA原型件的制作，不僅可以減小原型的翹曲變形，而且還消除了傳統(tǒng)二次曝光法的層間錯位缺陷，從而提高了原型的制作精度。幾家美國公司正在推出能力較低但是價格低廉的RP系統(tǒng)，其目標(biāo)是開發(fā)象復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、傳真機(jī)一樣操作簡便、快捷、安全、無噪聲的快速成型系統(tǒng)。值得一提的是美國卡內(nèi)基梅倫大學(xué)(Carnegie Mellon)(Stanford)(Shape Deposition Manufacturing of Heterogeneous Structures)。器件中的零件由不同材料組成，分層后的材料信息將在每個層面中體現(xiàn)出來。此外，開發(fā)高性能的RP軟件也是RP技術(shù)的一個重點(diǎn)研究方向，這個領(lǐng)域的研究主要集中在開發(fā):(1) CAD文件轉(zhuǎn)換處理軟件，包括STL文件格式轉(zhuǎn)換、切割軟件和自適應(yīng)性分層軟件。目前三維CAD軟件較多且功能強(qiáng)大，但是仍然存在局限性，除了價格太昂貴外，對于復(fù)雜的型體如變半徑倒角、倒角交接部分等的型體信息有時不能精確的加以描述，所以更高精度、更廉價CAD造型軟件的開發(fā)也是RP軟件系統(tǒng)研究的一個方向。RP技術(shù)以其不可比擬的優(yōu)勢必將成為在21世紀(jì)占重要地位的先進(jìn)制造技術(shù)。例如，華中科技大學(xué)開發(fā)出的用于鑄造中沙型的HRPS1型成型機(jī)，用于高分子成型的HRPS3型成型機(jī)?；诖四康模髡呖偨Y(jié)吸取了已有的成熟成型機(jī)設(shè)計(jì)，有所比較，有所創(chuàng)新的提出了本設(shè)計(jì)方案。SLS工作過程主要有兩個過程組成：——離散處理由計(jì)算機(jī)上建模的CAD三維立體造型零件，或者通過逆向工程得到三維實(shí)體圖形文件。然后，將上述的離散（切片）數(shù)據(jù)傳遞到成型機(jī)中去。一種是DTM為代表。成型過程開始前，用于紅外線板將粉末材料加熱之恰好低于燒結(jié)點(diǎn)的某一溫度。激光束掃過之處粉末被燒結(jié)，固化為給定厚度的片層，未燒結(jié)的粉末被用來作為支撐。如此反復(fù)至完成。粉末的鋪撒是有一個槽型噴嘴實(shí)現(xiàn)的，其導(dǎo)向跟蹤板的輪廓被設(shè)計(jì)成當(dāng)噴頭從一邊偏向另一邊是保持噴力的方向始終垂直于工件表面。但從精度，以及可操縱簡易性考慮，前者更容易實(shí)現(xiàn)。而后比較得出優(yōu)化方案。圖3圖44 SLS的工藝過程及特點(diǎn) 激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）的工藝特點(diǎn)：（1） 可采用多種材料從原理上說，此方法可采用加熱使黏度降低的任何粉末材料，通過材料或各類含粘結(jié)劑的涂層顆粒制造出任何造型，適應(yīng)不同的需要。（圖5） 圖5 粉末原料的燒結(jié)激光選區(qū)燒結(jié)工藝的原料一般為粉末，可選用的粉末主要有金屬粉，陶瓷粉和塑料粉，分別制造出相應(yīng)的原型或零件。4） 覆膜砂粉末材料：覆膜砂粉末，常用的粘結(jié)劑多為低分子量酚醛樹脂。m 粉粒直徑小于1nm 超微粉末（納米粉末）100181。（4） 熔點(diǎn)：熔點(diǎn)低易于燒結(jié)成型。（7） 熱分解溫度：一般要求有較高分解溫度。（11） 粉體粒徑：粒徑大，成型精度于表面粗糙度差，不易與激光吸收，易變形；粒徑小，易與激光吸收，表面質(zhì)量好，成型效率低，強(qiáng)度低，成型效率低，強(qiáng)度低，易污染，易燒蝕。根據(jù)上述調(diào)查研究，作者決定本設(shè)計(jì)方案使用的粉末材料為蠟粉。三． 脫摸性好，制的的蠟?zāi)Ｒ芊奖?，快速的脫除，且殘留灰分要少?） 蠟?zāi)?qiáng)度低，難以滿足具有精細(xì)，復(fù)雜結(jié)構(gòu)鑄件的要求。華北化工學(xué)院采用化學(xué)合成法，開發(fā)了以氧化聚乙烯蠟為主要成分的復(fù)合精鑄蠟粉——PCP1。2） 成型性能優(yōu)良，成型件變形小。在缸中完成零件的加工，工作缸每次下降的距離即為層厚。具體結(jié)構(gòu)如下圖。通過對已知條件的比較，初步選定絲杠導(dǎo)程為4mm。對于活塞，牽引力可由下式計(jì)算：Fm=KFx+f?(Fz+G)式中 Fx Fz重力 N K顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù) f? 運(yùn)動件上摩檫系數(shù) G移動部件重量 N由于此設(shè)計(jì)采用的運(yùn)動件摩擦較小，所以f?=~，取f?=，（2）滾珠絲杠的剛度計(jì)算1 軸向總剛度滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的剛度受到所有與其相連的部件(如：軸承、支承、螺母座等)的影響。設(shè)計(jì)采用一端固定支承（如圖10） 圖10Rs1 絲杠剛度（N/μm）d0 公稱直徑（mm）Ls1 軸承與螺母的距離（mm）Dw 滾珠直徑（mm） 使用閉環(huán)控制的方式定位。F fw—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 查表取 fw=（輕微沖擊） fH—硬度系數(shù) 查表取 fH= （滾道實(shí)際硬度HRC大于58） Q= =2420 N根據(jù)最大動負(fù)載的值，選取滾珠絲杠的公稱直徑d0=16mm, 選用的滾珠絲杠螺母副的型號為SFU16054型，其額定動載荷為3390N，符合設(shè)計(jì)要求。故不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。支撐端如下：（圖13，14）圖13 圖14a 圖14b圖14b的編號件如下：1—軸承座 2—軸承 3—C型扣環(huán)支撐座內(nèi)徑為12mm,。 絕緣強(qiáng)度：500V （外形如圖15）： 圖15a 圖15b矩頻特性：電機(jī)相數(shù)4；；；電阻2?；；；長度33mm；寬度40mm；出軸長8mm；軸徑8mm。查表得，取由公式可知：計(jì)算端面重合度，則查