低コストのSLS粉末焼結3D印刷技術ソリューションの包括的な分析

この投稿は Xiaoxiaoxiong によって 2017-4-25 15:40 に最後に編集されました

Antarctic Bear 序文: この記事では、低コストの SLS 粉末焼結 3D 印刷技術ソリューションを包括的に分析し、読者に多くの貴重な情報とアイデアを提供します。

寄稿者: 黄子凡編集者: 南極熊

一般的に、多くの友人が初めて 3D プリントを始めるとき、最初に FDM または FFF に触れます。長い間使用してみて、FFF には多くの問題があることがわかりました。たとえば、中空のパーツを印刷する場合、精度が低すぎてサポートが必要になります。パラメータが適切に設定されていないと、見た目が耐えられないものになります。そのため、LCD、SLA、DLPを問わず、光硬化を使い始めたばかりの方も、いくつか問題を抱えています（拘束型は離型フィルムを交換する必要があり、自由型は離型フィルムがなく、樹脂に浸すと部品が変形してしまう）。とにかく、いろいろな問題があります。 SLS は確かに良い選択ですが、どのように行うのでしょうか?その中で、opensls プロジェクトはずっと以前に wiki に登場しました (http://reprap.org/wiki/OpenSLS)

SLSプロセス

SLS は、粉末拡散法を使用して、成形部品の上面に粉末材料の層を広げ、粉末の焼結点よりわずかに低い温度まで加熱します。制御システムは、レーザービームを制御して、層の断面輪郭に従って粉末層をスキャンし、粉末の温度が融点まで上昇して焼結し、下の成形部品と結合するようにします。 1層が完成すると、作業台を1層下げ、その上にローラーで均一で緻密な粉末の層を広げ、モデル全体が完成するまで断面の新しい層の焼結を行います。

OpenSLS プロジェクト
OpenSLS は、選択的レーザー焼結プロセスを調査するためのプラットフォームであり、Jordan Miller 博士が主導しています。さまざまな材料でオブジェクトを製造できる、機能するプロトタイプの SLS 3D プリンター。
機械部分はレーザー切断機と粉末モジュールを組み合わせて使用しており、粉末モジュールには2世代あります。

R1 粉末モジュールは、同じサイズの 2 つのピストンシリンダーで構成され、それぞれが異なるピッチのリードスクリューロッドによって駆動されます。

R2 パウダーモジュール
1. 粉末シリンダーと成形シリンダーの両方を加熱することができます
2. 保護ガス装置の追加
3.レーザー彫刻機から取り出すことができます。

レーザー彫刻機に粉末モジュールが追加されました。回路部分にはRAMBoボードが使用されています。RAMBoボードにはCO2レーザーのパワーを調整できるPWMインターフェースがあるためです。

ランボーボード

レーザー電源配線図

印刷材料<br /> ワックスベースの粉末
ワックスとカーボン粉末は100:7の比率で混合され、カーボン粉末は近赤外線レーザー波長のエネルギーを吸収します。

ワックスベースの粉末印刷ギア個々の炭素とワックスの粒子を高倍率で見ることができます

ナイロン
Taulman 618 と PA 650 の最初の層は、プラットフォームにしっかりと接着する必要があります。これは、400mW レーザー、58mm/s の印刷速度、150 ミクロンの層高、0.075mm のスポット直径サイズを使用して製造されました。

プリントリング

PA 650 最終層印刷

pwdr プロジェクト
テネット大学（オランダ）のチームが、オープンソースの粉末ベースの 3D プリンターをより広いコミュニティに公開しました。パワー。このシステムは、約 1,000 ユーロで入手できる、自己組み立て式 3D プリンターの第一世代です。その目標は、粉末ラピッドプロトタイピングにおける実験と革新を促進することです。
PWDR の仕様には、96 dpi の解像度、50 ミクロンの層厚、構築する部品に応じて 1 層あたり 1 分のビルド速度、最大ビルドサイズ 125 mm x 125 mm x 125 mm が含まれます。
マシンの構築に使用されるコンポーネントはすべて市販されており、Arduino や Processing などのオープンソースツールに基づく制御ソフトウェアは簡単にダウンロードできます。
ソフトウェア
Pwdr Model 0.1 には、CAD モデルを印刷できるソフトウェアが付属しています。このファイルは、Pwdr Model 0.1 マイクロコントローラにアップロードされます。このマシンは、使いやすいソフトウェア制御により、印刷プロセスを完全に制御できます。

ハードウェア
Pwdr モデル 0.1 は、フレーム、プリントヘッド、電子部品で構成されています。プリンターは、印刷プロセス中に互いに対して上下に移動する 2 つのビルドシリンダー (電子機器の近くにある粉末を保管するためのシリンダー #1、および部品をビルドするためのシリンダー #2) で構成されています。ローラーを使って粉をつけます。
接着剤を塗布するプリントヘッドは、標準の Hewlett Packard C6602A カートリッジです。カートリッジは、カスタム接着剤付きの注射器を使用して補充できます。アルコール 20%、水 80% のカスタム接着剤。プリンターヘッドは、ノズルにパルスを送るためのカスタム制御ボードを介して Arduino マイクロコントローラーに接続されます。
Pwdr Model 0.1 マシンのセットアップにかかるコストは約 1000 ユーロです。
詳しい情報は thingiverse にあります: http://www.thingiverse.com/thing:27794

材料3DP プロセスを使用すると、ABS、PP、ナイロンなどのプラスチック材料や、石膏、セラミック、コンクリート、砂糖などの金属が材料になります。SLS プロセスが完全にサポートされている場合、ABS、PP、ナイロンなどのプラスチック材料や、金属が材料になります。バインダーの堆積には、Hewlett Packard のインクジェットカートリッジが使用されます。カートリッジは、カスタム接着剤付きの注射器を使用して補充できます。

(詳細は http://pwdr.github.io/)

FCOUSプロジェクト
Focus は、さまざまな材料を印刷できるオープンソースの実験的な粉末プリンターです。他のほとんどの 3D 印刷アプリケーションやレーザー彫刻にも使用できます。重点はオープンソースで、コードに基づいており、600 ユーロ以下で構築できます。
Focus は、シンプルな木製パーツと 3D プリントされたパーツを中心に構築されています。部品の組み立てには複雑な工具は必要ありません。ほとんどのフレームは、単純なカットを施した 15 mm の木の板から作られています。 Focus の部品のほとんどは、FDM 3D プリンターを使用したシンプルな 3D プリンターで印刷されました。すべてのパーツはサポート不要で、簡単に印刷できます。残りは金物店またはインターネットから入手できます。使用されるコネクタはすべて標準です。

フォーカスの X 軸と Y 軸はガントリーです。これには軸が比較的遅いという欠点がありますが、Focus は実験的なものなので、それほど速度は必要ありません。 30mm/s までの速度でもフォーカスは快適です。プリントヘッドは大きく、大きな重量を支えることができます。
フォーカスはさまざまなテクニックで使用できます。
・レーザー、レーザー彫刻/レーザー切断を搭載可能です。
3dpプロセス用のインクジェットノズルを取り付けることができます。
従来の方法で印刷するために、標準の FDM ノズルを取り付けることができます。

仕様：
Focus はまだ実験段階であるため、Focus の正確な値は不明です。すべての数値は推定値および最小値です。XY 最大速度: 30+ [mm/s] (取り付け時は 30mm/s または 1800mm/分に固定)
成形シリンダーピストンの最大移動速度: 4+ [mm/s]
プリンタサイズ: 130x117x80 + [mm]
XY軸移動量: 150x280 [mm]
コントロールパネル: RAMPS 1.4
ファームウェア: ベータ 0.02
モーター: 5x NEMA17 (42 モーター)

選考科目：
Focus は、愛好家が利用できる数少ない機能的な粉末プリンターの 1 つです。
Focusは1,000ドル以下で、3Dプリンターの基準からすると安く、粉末プリンターの基準からすると非常に安い。
;· Focus は複数の機能を追加することができ、ほぼすべてのツールに対応し、多くのトリックを印刷できます。
Focus は、シンプルな木製パーツ、簡単に 3D プリントできるパーツ、3D プリントで使用される標準的なハードウェアを使用して簡単に構築できます。

欠点:
· フォーカスの印刷速度が非常に遅く、負荷が大きいためフレーム速度が比較的低くなります。
印刷物は入手できず、使用可能な部品を作成するための実験も十分に行われていません。
フォーカスは、特に Z 軸では (FDM に対して) あまり正確ではありません。
Focus には加熱ビルドシリンダーや不活性ガスチャンバーがありません。詳細情報 (http://www.instructables.com/id/Focus-an-experimental-powder-printing-platform/)
これらは初期の SLS プロジェクトの一部です。過去 2 年間に、主に初期プロジェクトのいくつかの問題を克服するために、多くの SLS プロジェクトが実施されました。例えば、安定性、制御システムなど。 Instructables では 4 つの DIY SLS プロジェクトが紹介されており、そのうち 3 つは過去 2 年間に公開されました。

http://www.instructables.com/howto/SLS/

Sintratec（公式サイト）は、2016年10月にIndiegogoでSLS 3Dプリンターをわずか5,277ドル（32,453人民元）でクラウドファンディングする予定です。現在開発中のバージョンでは、130mmサイズの立方体を印刷できます。作業は下図のとおりです。外観はFDMの初期バージョンの印刷効果に似ていますが、サンドペーパーのような粗さが強く、表面処理が必要です。 http://sintratec.com/stories

VulcaMan は、2016 年 5 月に DIY 選択的レーザー焼結法 (SLS) 3D プリンタープロジェクトを発表した 17 歳のメーカーです。興味があれば、このかなり複雑なデザインを Wevolver で探してみてください。
彼は自身のプロジェクトについてこう語っています。「SLS プリンターについて聞いて以来、ずっと欲しかったのですが、どれも非常に高価で、工業用途にしか適していませんでした。そこで、自分で商用 SLS プリンターを作ることにしました。」

https://www.wevolver.com/wevolver.moderator/diy-sls-3d-printer/main/guide/ 2016 年 10 月、Tecnica は競合システムよりも 250 倍高速な CASA と呼ばれるデスクトップ SLS 3D プリンターを発売しました。さらに驚くべきは、価格が 20,000 ドル以下になることです。 Tecnica はニューヨーク州グレートネックに拠点を置くスタートアップ企業で、3D プリントプロセスの最適化を使命としています。 2013年の設立以来、一連の知的財産特許を申請してきました。 2016 年の初めに、彼らは赤外線 3D プリントベッドレベリングシステムの特許を取得しました。 2016 年 9 月、同社はカスタムレーザープリントヘッドシステムの特許を取得しました。これが CASA の驚異的な印刷速度を可能にしています。 Tecnica は、この新しい SLS 技術は、選択的レーザー焼結 (SLS) 3D 印刷技術を産業および専門用途向けにさらに実現可能でコスト効率の高いものにするために開発されたと説明しています。「レーザー焼結の今後の発展の鍵は、高速印刷、材料の強度、容易なアクセス性にあります。プロ仕様の3Dプリンターは中小企業には高価すぎます」と彼らは述べた。テクニカ社は、この新しい3D印刷技術が実現できることや仕組みについてはまだ詳細を明らかにしていないが、内部冷却半導体システムと正の気流を備えた強力な5ワットレーザーにより、事前に設定された温度範囲内での3D印刷が可能になり、競合システムよりも250倍速くモデルを構築できることを明らかにした。さまざまなハードウェアとソフトウェアの調整により、CASA はレーザービームとプリントベッド上の位置を高頻度で制御できるため、機器の偏差や環境の変化によって生じる欠陥を補正できます。最も重要なことは、この驚異的な印刷速度が印刷品質と精度に影響を与えないことです。 CASA は 0.07 mm を超える解像度と 92 x 100 x 150 mm の造形体積を備えており、非金属部品の製造に最適なプロ仕様の 3D プリンターです。
http://tecnica.com/investors-relation/

英国企業 Norge Systems は 2012 年に、「中小規模のデザインスタジオでも購入できる、使いやすくコンパクトな、世界初の低コストで高品質の SLS ベースの 3D プリンター」の開発に着手しました。チームは、電子工学とレーザーの専門家 Lica Venri、3D アーティスト Alessandro Facchini、ソフトウェア開発者 Stefano Rebecchi で構成され、ソフトウェアの開発とサプライチェーンおよび組み立てプロセスの最適化に懸命に取り組んできました。その結果、2 つの新しい SLS 3D プリンター、Ice9 と Ice1 が誕生しました。
Ice9の最大印刷サイズは30x30x45cmで、小さいIce1も20x20x25cmです。
Ice9 SLS 3D プリンターは、プラスチックモデル (ナイロンまたはポリアミド (PA) 材料を使用) を印刷できます。レーザー彫刻機/カッターとしても機能します。木材、紙、フォーム、フェルトなど、さまざまな素材を描いたり切ったりすることができます。同社は2014年8月18日にクラウドファンディングプラットフォームKickstarterでIce1とIce9のクラウドファンディングキャンペーンを開始したが、残念ながら失敗に終わった。

https://www.kickstarter.com/projects/1812935123/ice1-and-ice9-the-first-low-budget-sls-3d-printers?ref=discovery

中国のTaobaoでもSLSキットを販売しているお店がありますが、デザインがひどいので購入はお勧めしません。専門家は、印刷プロセス中に4本の脚が確実に揺れていることに一目で気付くでしょう。購入した友人によると、2つのタンクが同じサイズの場合、粉末が完全に広がる保証はなく、転送比率が間違っているとのことです。レーザーコントロールも扱いにくいです。中が空洞になっている部分は印刷できません。さらに悪いことに、それらは問題解決に役立ちません。

武漢智磊にはデスクトップSLS 3Dプリンターもある

写真なしの印刷効果

DIY SLS に関するよくある質問<br /> DIY SLS マシンを作るのにどのレーザーを使用すればよいですか?
粉末粒子を加熱するのに十分な出力を持つレーザーであればどれでも機能します。 DIY SLS プロジェクトに特定の種類のレーザーを使用する実用性は、主にレーザーチューブのサイズとレーザーの波長という 2 つの要因によって左右されます。
DIY SLS マシンにおける半導体レーザーの利点と欠点は何ですか?
アドバンテージ：
半導体レーザーは小型で軽量なので、移動ブラケットに直接取り付けることができます。また、過熱することもないので、単純なヒートシンクのみが必要です。これにより、SLS マシンの構造がシンプルになります。
半導体レーザーは、シンプルで使いやすい電流/電圧動作を採用しています。
欠点:
· 可視光または近赤外光 (<1um) の場合、白色または透明の熱可塑性粉末は反射率が高いため、目立つ効果を得るには暗い色の粉末のみを使用できます。 CO2レーザーはその逆の効果をもたらします。
高出力半導体レーザー（数十ワット）は、同じ定格出力の CO2 レーザーよりも高価になる傾向があります。
CO2レーザーを使用したDIY SLSの利点と欠点
アドバンテージ：
CO2レーザーは深赤外線です。この波長では、すべてのプラスチックは不透明で吸収性が高いため、CO2 レーザーは白または透明のプラスチックに対しては問題ありません。
CO2レーザーは半導体レーザーよりも強力で、処理速度が速くなる可能性がある。
欠点:
CO2レーザーは大きくて重いです。 40W チューブは長さ 70 cm、重量 2 kg なので、移動ブラケットに直接取り付けることはできません。 CO2 レーザーのファイバー結合も不可能であるため、唯一の選択肢は、複雑なミラーシステムを使用してレーザービームを送信することです。
CO2レーザーを駆動するには数万ボルトが必要です。
CO2レーザーには水冷が必要です。
DIY SLS プロセスに適した材料は何ですか?
理論的には、あらゆる熱可塑性粉末を SLS を使用して処理できます。特定の種類の熱可塑性粉末を使用する実用性は、いくつかの要因によって決まります。
1. 粉末は加熱すると有毒ガスを放出しますか? 焼結プロセスの性質上、プラスチック粉末は融点に非常に近い状態のままになります。
2. 粉末が特定の波長のレーザー光を容易に吸収するかどうか。
3. 十分な供給があるかどうか。
金属粉末は原理的には可能ですが、DIY 環境では実際上の制限がいくつかあります。
SLS マシンで熱可塑性プラスチックを使用するのは安全ですか?
現在、DIY 環境における SLS の安全性に関する信頼できるデータはありません。 ABS とナイロンは 3D プリントに安全です。一方、ABS やナイロンの 3D プリントでは、一般的に目立つ臭いが発生します。これは、溶けたプラスチックから何かが蒸発していることを意味します。したがって、何らかの空気フィルター（活性炭など）を通してすべての煙を排出するか、少なくとも部屋の外に排出することが推奨されます。
DIY SLS マシンのビルドシリンダーを加熱する必要はありますか?
レーザーによってプラスチック粉末が室温から融点よりわずかに高い温度まで移動すると、かなりの膨張が起こります。追加の温度膨張を避けるために、造形ボリューム内の粉末を融点よりわずかに低い温度に予熱すれば、これを回避できます。
RepRap 制御ボードとファームウェアを使用して DIY SLS マシンを作成できますか?
SLS プロセスで行われる機械的な動きは、押し出し機のコマンドがレーザーパルスに置き換えられ、Z 軸に沿って前進した後に粉末の層が塗布されることを除いて、FDM プロセスの動きと似ています。したがって、従来の RepRap 制御ボードとファームウェアを変更することができます。

自分専用のSLS 3Dプリンター
2014 年 4 月、プロジェクトの評価が終わったばかりの頃、私には何もすることがなかったので、SLS 3D プリンターを組み立てました。模造FOCUSの機械部分。 https://bbs.kechuang.org/t/64874 テストが終わったので投稿したかったのですが、整理する時間がありません。考えてみれば、3年があっという間に過ぎました。時間は流れる水のように、二度と戻ることはありません。
まず、2 つのシリンダーのスクリューロッドを改造しました。フォーカスは初期の設計で、伝達比の概念が明確に理解されていなかったため、2 つのシリンダーのサイズは同じでした。スクリューロッドを、M8 12mm リードと M8 8mm リードの T 型スクリューロッドに交換しました。次に、トラベルスイッチを交換しました。オリジナルのフォーカスは光電スイッチを使用しています。タクトスイッチに交換しました。主な問題は、フォーカス時に光電スイッチを使用すると多くの問題が発生することです。次に、レーザーを交換しました。最初に元の 200mw レーザーを 2 つの 2000Mw レーザーに交換し、不便であれば 5000mw に変更しました。

印刷効果図完成した写真を印刷する遊星歯車の写真の印刷 (200mW)オープンソースのレーザー焼結 3D 印刷技術に興味がありますか?連絡については著者の黄子凡までご連絡ください。

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