消费级激光3D打印机系统设计及关键技术研究

发布时间：2023-05-19 05:43

　　选择性激光烧结技术(SLS)是国内外增材制造(AM)技术领域的重要研究方向之一,与其他增材制造技术相比SLS技术在复杂零件的加工上优势更加明显。但SLS技术的应用仍被局限于工业领域,缺少面向非工业应用的消费级产品。本文针对现有激光烧结设备成本高、体积大、操作不便等不足,从降低设备成本和提高操作便捷性的角度出发,设计一种以Arduino单片机为控制核心的消费级激光3D打印机,详细叙述结构设计和硬件设计,并对预热装置进行分析,对控制系统算法进行研究及程序设计。本文首先对消费级激光3D打印机的现状和发展趋势作出相应的概括,分析现有消费级激光3D打印机存在的问题,确定本文研究目的及研究内容。根据SLS的工艺要求并参考工业级设备确定消费级激光3D打印机的功能。本着低成本的设计思路对重要零部件的参数和原理进行对比分析,选取激光扫描方式为光路飞行,激光光源为40W功率CO2激光器。研究了铺粉质量对烧结精度的影响,在粉箱结构设计中引入可以提高操作便捷性的模块化粉箱设计。对消费级3D打印机的预热装置进行设计。分析预热对成型件质量的影响,研究粉床表面的温度场均匀性,得出了预热装置合理的安装布局,并通过实验...

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景及意义
        1.1.1 课题背景及激光烧结的特点
        1.1.2 课题意义
    1.2 消费级激光3D打印技术的发展现状
        1.2.1 国外现状
        1.2.2 国内现状
    1.3 研究目的和内容
2 消费级激光3D打印机结构设计
    2.1 消费级激光3D打印机系统总体设计
        2.1.1 消费级激光3D打印机系统的功能及组成
        2.1.2 消费级激光3D打印机工作过程
    2.2 激光器与激光扫描系统
        2.2.1 激光器的选择
        2.2.2 光学扫描方式
    2.3 模块化粉箱系统的研发
        2.3.1 铺粉对烧结质量的影响研究
        2.3.2 铺粉装置及粉箱设计
    2.4 预热装置设计
        2.4.1 预热装置的意义
        2.4.2 预热装置的设计
        2.4.3 粉床温度场的影响因素研究
        2.4.4 预热装置安装高度的选取
    2.5 本章小结
3 消费级激光3D打印机控制系统硬件设计
    3.1 硬件需求分析及总体方案设计
        3.1.1 基本功能需求
        3.1.2 控制系统总体方案设计
        3.1.3 控制系统硬件平台
    3.2 拓展板电路设计
        3.2.1 拓展板功能需求
        3.2.2 步进电机驱动电路
        3.2.3 电源电路
        3.2.4 限位开关电路
        3.2.5 EEPROM及I2C电路
        3.2.6 拓展板的制作
    3.3 人机交互模块
        3.3.1 人机交互模块硬件配置
        3.3.2 人机交互界面的任务
    3.4 本章小结
4 消费级激光3D打印机控制系统软件设计
    4.1 软件编译环境确定
    4.2 控制系统主程序设计
        4.2.1 主程序的任务
        4.2.2 主程序控制流程
    4.3 运动控制程序设计
        4.3.1 定时器实现中断控制和速度设置
        4.3.2 实现运动控制的Bresenham算法
        4.3.3 运动速度控制
    4.4 粉床温度控制程序设计
        4.4.1 粉床温度闭环控制原理
        4.4.2 粉床温度控制流程
    4.5 本章小结
5 消费级激光3D打印机打印工艺研究
    5.1 工艺实验的准备
        5.1.1 实验材料的选择
        5.1.2 实验目的和实验步骤
    5.2 工艺参数的选择及实验设计
        5.2.1 工艺参数的选取
        5.2.2 试样的设计
        5.2.3 实验设计
        5.2.4 实验结果分析
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3819769