3D打印設備操作與維護 261P

3D打印設備操作與維護目錄/CONTENTS模塊一FDM工藝3D打印設備操作與維護模塊二SL工藝3D打印設備操作與維護模塊三SLS工藝3D打印設備操作與維護模塊四SLM工藝3D打印設備操作與維護FDM工藝3D打印設備操作與維護PART01模塊一FDM工藝3D打印設備操作與維護任務一繪制FDM工藝3D打印設備結構原理圖任務二組裝FDM工藝3D打印設備任務三操作FDM工藝3D打印設備任務四測試FDM工藝3D打印設備的性能任務五測試FDM工藝3D打印設備的加工精度任務六診斷與排除FDM工藝3D打印設備的故障任務一繪制FDM工藝3D打印設備結構原理圖任務一任務一繪制FDM工藝3D打印設備結構原理圖一、FDM工藝3D打印設備的基本工作原理FDM（fuseddepositionmodeling），即熔融沉積成形，是目前發(fā)展最成熟、應用最為廣泛的快速成形技術。FDM工藝3D打印設備采用的是熔融沉積成形原理，其基本工作原理如圖1-1-1所示。任務一繪制FDM工藝3D打印設備結構原理圖二、FDM工藝3D打印設備的結構類型1．箱體式結構FDM工藝3D打印設備箱體式結構FDM工藝3D打印設備又稱為X-Y-Z式FDM工藝3D打印設備，其結構如圖1-1-2所示。任務一繪制FDM工藝3D打印設備結構原理圖2．龍門式結構FDM工藝3D打印設備龍門式結構FDM工藝3D打印設備結構如圖1-1-3所示，框架相對簡單，采用龍門架結構，噴頭運動方向定義為X方向，工作臺運動方向定義為Y方向，Z方向配置雙電動機或單電動機雙軸聯(lián)動，通過絲杠帶動噴頭模組實現(xiàn)上下移動。任務一繪制FDM工藝3D打印設備結構原理圖3．三角洲結構FDM工藝3D打印設備三角洲結構FDM工藝3D打印設備又稱為并聯(lián)臂結構FDM工藝3D打印設備，其結構如圖1-1-4所示，通過一系列互相連接的平行四邊形機構控制噴頭模組在X、Y、Z軸上的運動。在相同成本下，三軸聯(lián)動結構的傳動效率更高，速度更快。任務一繪制FDM工藝3D打印設備結構原理圖三、FDM工藝3D打印設備的控制系統(tǒng)1．電路系統(tǒng)電路系統(tǒng)包括電源、主控板、操作面板、步進電動機、限位開關、散熱風扇、加熱棒、熱電偶、熱床等，其組成與說明見表1-1-1。任務一繪制FDM工藝3D打印設備結構原理圖2．機械系統(tǒng)機械系統(tǒng)一般包括直線導軌、螺紋緊固件、框架、外殼、同步帶、絲杠螺母、工作臺、噴頭模組等，其組成與說明見表1-1-2。任務一繪制FDM工藝3D打印設備結構原理圖3．軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)主要包括固件和PC端的數(shù)據(jù)處理軟件、分層切片軟件，其組成與作用見表1-1-3。思考與練習1．簡述FDM工藝3D打印設備的基本原理。2．簡述FDM工藝3D打印設備的結構類型。3．簡要說明FDM工藝3D打印設備控制系統(tǒng)的組成與作用。任務一組裝FDM工藝3D打印設備任務二任務二組裝FDM工藝3D打印設備任務引入箱體式結構FDM工藝3D打印設備最常見且結構簡單，本任務以3DP-240型3D打印設備為例，完成箱體式結構FDM工藝3D打印設備機械結構和電路系統(tǒng)的組裝，如圖1-2-1所示。任務二組裝FDM工藝3D打印設備一、任務準備1．根據(jù)任務要求，準備相應的工具、材料及防護用品等，見表1-2-1。任務二組裝FDM工藝3D打印設備2．根據(jù)表1-2-2列出的箱體式結構FDM工藝3D打印設備的零件清單，檢查零件及其數(shù)量、規(guī)格等是否符合要求。任務二組裝FDM工藝3D打印設備任務二組裝FDM工藝3D打印設備二、箱體式結構FDM工藝3D打印設備機械結構組裝箱體式結構FDM工藝3D打印設備的機械結構可分為機架模塊、Z軸系統(tǒng)模塊、XY軸系統(tǒng)模塊、噴頭模組和外殼模塊等。零部件之間均由緊固件進行安裝固定，設備所用緊固件均使用內六角扳手和十字旋具緊固，如圖1-2-2所示。任務二組裝FDM工藝3D打印設備1．機架模塊的組裝（1）將底板放置在穩(wěn)固的工作臺上，注意底板的方向；如圖1-2-3所示，使用螺釘1將電源安裝到左側對應的孔位上，使用螺釘2穿過底板對應孔位固定8個雙通六角隔離柱，然后再用螺釘2分別將主控板、驅動板固定到相應的雙通六角隔離柱上。任務二組裝FDM工藝3D打印設備（2）如圖1-2-4所示，使用螺釘3將四根鋁型材支架（即立柱）分別安裝到底板的四個角。底部應安裝橡膠底腳，對整個設備起到減震的作用，使用螺釘4穿過平墊圈1、四個橡膠底腳和底板、鋁型材支架上的光孔，再依次使用平墊圈1、彈簧墊圈1、六角螺母1將橡膠底腳固定到底板上。安裝橡膠底腳時應注意不能擰得太緊，以免橡膠底腳開裂。機架模塊組裝完成。任務二組裝FDM工藝3D打印設備2．Z軸系統(tǒng)模塊的組裝（1）如圖1-2-5所示，將兩個光軸固定塊安裝到Z軸固定架上，光軸固定塊是支撐Z軸光軸的主要部件，使用螺釘2、彈簧墊圈2、平墊圈2配合擰緊。任務二組裝FDM工藝3D打印設備（2）如圖1-2-6所示，將Z軸絲杠步進電動機安裝到Z軸固定架中間的孔中，使用4個螺釘2固定；再將Z軸固定架安裝到底板上，配合平墊圈1、彈簧墊圈1，使用4個螺釘5和六角螺母1擰緊；最后將兩根Z軸8mm光軸插入Z軸固定架的光軸固定塊。（3）如圖1-2-7所示，將電路保護蓋板安裝到底板上。注意：為方便后期連接線路，可以先不上緊螺釘，待線路連接完成后再上緊。任務二組裝FDM工藝3D打印設備（4）如圖1-2-8所示，將梯形螺母旋入絲杠中，等工作臺組件套入Z軸系統(tǒng)光軸和絲杠后，再將兩個直線運動球軸承分別套入Z軸8mm光軸中，直線運動球軸承安裝時動作應輕緩，以免把軸承內的滾珠頂出。任務二組裝FDM工藝3D打印設備（5）如圖1-2-9所示，將螺釘6穿過工作臺的四個孔，依次使用平墊圈3、彈簧墊圈3和六角螺母2擰緊，再分別套入壓縮彈簧并穿過工作臺支架，使彈簧有一定的壓縮量（彈簧壓縮量約4mm），最后將滾花高螺母旋到螺釘6上。任務二組裝FDM工藝3D打印設備（6）如圖1-2-10所示，將工作臺組件套入Z軸系統(tǒng)中，使用螺釘2穿過直線運動球軸承兩側的沉孔，將工作臺支架兩側固定到直線運動球軸承上，再使用螺釘2、彈簧墊圈2、平墊圈2將梯形螺母固定到工作臺支架中間的孔中。（7）如圖1-2-11所示，將兩個光軸固定塊分別套入兩根Z軸8mm光軸的頂端。Z軸系統(tǒng)模塊組裝完成。任務二組裝FDM工藝3D打印設備3．XY軸系統(tǒng)模塊的組裝（1）如圖1-2-12所示，將電動機固定塊安裝到Y軸步進電動機上，并將同步帶輪套入Y軸步進電動機軸上，使用螺釘7擰緊；再將整個Y軸步進電動機插入鋁型材支架中，使用螺釘1穿過鋁型材支架上的對應孔位將其固定。（2）如圖1-2-13所示，將同步帶輪套入X軸步進電動機軸上，使用螺釘7擰緊，并將X軸步進電動機安裝到X軸電動機滑塊上；將一根8mm光軸插入X軸電動機滑塊上部的孔中，在8mm光軸兩端套入光軸固定塊。任務二組裝FDM工藝3D打印設備（3）如圖1-2-14所示，將兩根8mm光軸插入X軸電動機滑塊下部的兩個孔中，將四個直線運動球軸承裝入噴頭滑塊后一并套入8mm光軸。注意：安裝時動作要輕緩，以免把噴頭滑塊中直線運動球軸承的滾珠頂出。最后用孔用彈性擋圈固定直線運動球軸承。任務二組裝FDM工藝3D打印設備（4）如圖1-2-15所示，將限位開關支架放入鋁型材支架導槽中，到達導槽預留孔位后，使用螺釘2將其固定。將X軸滑塊插入8mm光軸另一端，并用螺釘7擰緊；將另外一根8mm光軸插入X軸滑塊上端的孔中，并在8mm光軸兩端套入光軸固定塊；再把光軸固定塊裝入鋁型材支架中，并用螺釘6將光軸固定塊固定到鋁型材支架上。任務二組裝FDM工藝3D打印設備（5）如圖1-2-16所示，將四個同步帶輪套入兩根6mm光軸，使用螺釘7將同步帶輪和光軸預壓緊（后期還需調整）；在6mm光軸的兩端依次套入軸套、滾動軸承，并將Y軸固定片套在滾動軸承上；再將Y軸固定片裝入鋁型材支架上，并用螺釘2緊固。注意：緊固前，同步帶輪與Y軸步進電動機之間的同步帶應提前裝入。任務二組裝FDM工藝3D打印設備（6）如圖1-2-17所示，將Z軸限位板安裝到鋁型材支架上，并用螺釘2將其與光軸固定塊連接固定。安裝同步帶，并使用扭轉彈簧使同步帶保持張緊狀態(tài)；手動移動各運動部件，調整各部件的配合使其可以順暢運動。XY軸系統(tǒng)模塊組裝完成。任務二組裝FDM工藝3D打印設備4．噴頭模組的組裝3DP-240型3D打印設備噴頭模組的結構組成如圖1-2-18所示。任務二組裝FDM工藝3D打印設備（1）如圖1-2-19所示，將送絲輪套入送絲步進電動機軸中，使用螺釘2將壓絲輪連接桿固定到送絲步進電動機一角，再將壓絲輪安裝到壓絲輪連接桿上，使用螺釘7緊固，安裝完成后檢查壓絲輪轉動是否流暢。任務二組裝FDM工藝3D打印設備（2）如圖1-2-20所示，使用螺釘8依次穿過散熱風扇、散熱片、噴頭模組安裝塊左側圓孔，與送絲步進電動機左下角螺紋孔連接；抬起壓絲輪連接桿裝入壓縮彈簧，再使用螺釘8依次穿過上述零件，與送絲步進電動機右下角螺紋孔連接；然后擰緊兩個螺釘，完成固定。任務二組裝FDM工藝3D打印設備（3）如圖1-2-21所示，將由加熱塊、加熱棒、熱敏電阻、噴頭、喉管等組成的噴頭組件安裝到噴頭模組安裝塊底部，并用螺釘9緊固；然后將整個噴頭模組安裝到噴頭滑塊上，并用螺釘2固定。任務二組裝FDM工藝3D打印設備（4）如圖1-2-22所示，整個噴頭模組安裝到噴頭滑塊后，使用同步帶連接到噴頭滑塊底部，檢查噴頭模組能否順暢滑動。噴頭模組組裝完成。任務二組裝FDM工藝3D打印設備5．外殼模塊的組裝（1）如圖1-2-23所示，將上蓋安裝到設備的頂部，使用螺釘10緊固。由于上蓋在整個設備的上端起固定作用，此時XY軸系統(tǒng)模塊的同步帶可能松緊程度有所變化，因此還要再次檢查、調整同步帶，使其保持一定的張緊程度。任務二組裝FDM工藝3D打印設備（2）如圖1-2-24所示，將Z軸限位開關安裝到背板上，使用螺釘11配合六角螺母3擰緊；使用螺釘10將電源插座固定到背板對應的安裝孔位；使用螺釘2將雙通六角隔離柱和快速拆卸接頭接插座固定到背板對應的安裝孔位；再將背板安裝到鋁型材支架上。任務二組裝FDM工藝3D打印設備（3）如圖1-2-25所示，將X軸限位開關安裝到X軸電動機滑塊上方的孔中，使用螺釘12擰緊，將Y軸限位開關安裝到鋁型材支架上，然后整理線路，連接顯示屏。任務二組裝FDM工藝3D打印設備（4）如圖1-2-26所示，將前面板安裝到鋁型材支架上，將顯示屏固定到前面板上，裝入按鈕，使用螺釘13擰緊顯示屏。（5）如圖1-2-27所示，再次檢查設備各運動部件運動是否流暢并進行調整，然后安裝左端蓋和右端蓋。至此箱體式結構FDM工藝3D打印設備的機械結構組裝完成。任務二組裝FDM工藝3D打印設備三、箱體式結構FDM工藝3D打印設備電路系統(tǒng)組裝1．認識3DP-240型3D打印設備的電路系統(tǒng)3DP-240型3D打印設備底板上組裝完成的電路系統(tǒng)如圖1-2-28所示。其中主控板、驅動板上各接口位置如圖1-2-29所示。任務二組裝FDM工藝3D打印設備2．3DP-240型3D打印設備電路部件連接（1）限位開關接線：X軸限位開關接“X+”接口，Y軸限位開關接“Y+”接口，Z軸限位開關接“Z+”接口。限位開關及其接頭如圖1-2-30所示。（2）熱敏電阻接線：噴頭上的熱敏電阻通過快速拆卸接頭接主控板熱敏電阻接口。熱敏電阻及其安裝位置如圖1-2-31所示。任務二組裝FDM工藝3D打印設備（3）電動機接線：X、Y、Z軸步進電動機分別接驅動板相應步進電動機接口，送絲步進電動機通過快速拆卸接頭接驅動板送絲步進電動機接口，如圖1-2-32所示。任務二組裝FDM工藝3D打印設備（4）加熱棒接線：噴頭上的加熱棒引線接驅動板加熱棒接口，不分正負。加熱棒及其安裝位置如圖1-2-33所示。（5）散熱風扇接線：噴頭上的散熱風扇通過快速拆卸接頭接電源24V輸出接口，紅正黑負，如圖1-2-34所示。任務二組裝FDM工藝3D打印設備（6）顯示屏接線：顯示屏安裝在前面板上，其數(shù)據(jù)線接主控板上對應接口，如圖1-2-35所示。（7）220V交流電源接入：為便于電源線插拔和搬運，交流電源通過帶熔斷器的開關插座接入，如圖1-2-36所示，其中火線通過插座上的開關再接入底板上的電源輸入端，零線和地線直接接入電源輸入端。任務二組裝FDM工藝3D打印設備3．3DP-240型3D打印設備內部線路整理電路連接完成，且檢查無誤后，對線纜進行分類和整理，220V交流強電、加熱線路可以整理在一起，步進驅動、熱電偶等控制弱電線路整理在一起，使用粘塊和扎帶將線纜固定在底板上，要求美觀、實用。任務二組裝FDM工藝3D打印設備四、調試驗證組裝完成后，對3D打印設備進行通電測試，根據(jù)指示燈是否常亮判斷設備電路是否接通，若出現(xiàn)問題，記錄下來，再次檢查，直至電路接通。思考與練習闡述在實施裝配前列出零件清單的意義。任務一操作FDM工藝3D打印設備任務三任務三操作FDM工藝3D打印設備一、FDM工藝3D打印的工藝流程FDM工藝3D打印的工藝流程一般分為三維模型創(chuàng)建、三維模型數(shù)據(jù)導出、數(shù)據(jù)文件處理、熔融沉積成形和產(chǎn)品后處理5個步驟，如圖1-3-2所示。任務三操作FDM工藝3D打印設備1．三維模型創(chuàng)建三維模型的創(chuàng)建通常有正向和逆向兩種途徑。正向設計是利用計算機輔助設計軟件設計三維模型，常用的正向設計軟件有UG、CERO和SolidWorks等；逆向設計是根據(jù)已有實物的三維掃描數(shù)據(jù)進行重構來獲取三維模型，常用的逆向設計軟件有GeomagicWrap、DesignX等。2．三維模型數(shù)據(jù)導出創(chuàng)建好的模型一般是不能直接輸入到3D打印設備中打印的，需要通過一種特定的文件轉換才能實現(xiàn)。因此，在創(chuàng)建完模型后都要進行模型數(shù)據(jù)的轉換，導出數(shù)據(jù)處理所需要的文件格式，這種格式的文件后綴為stl。任務三操作FDM工藝3D打印設備3．數(shù)據(jù)文件處理由于FDM工藝是將模型按照一層層截面堆積成形，因此，需要將導出的模型“切成薄片”，類似紙張堆疊在一起的效果。經(jīng)過分層切片軟件對“薄片”的處理，轉換為FDM工藝3D打印設備能夠識別的G代碼文件。G代碼文件就是控制噴頭移動的一系列坐標點的集合。根據(jù)打印精度、打印速度的需求，分層厚度一般控制在0.1～0.3mm范圍內。任務三操作FDM工藝3D打印設備4．熔融沉積成形將G代碼文件通過U盤、存儲卡、數(shù)據(jù)線等導入FDM工藝3D打印設備，設備根據(jù)導入的G代碼文件控制噴頭運動進行熔融沉積成形。5．產(chǎn)品后處理主要是去除實體的支撐，對打印產(chǎn)品進行表面處理，如拼接、補土、打磨、上色等，使成形精度、表面粗糙度和外觀顏色等達到要求。任務三操作FDM工藝3D打印設備二、FDM工藝3D打印設備的操作步驟1．預熱進料FDM工藝3D打印設備使用的打印材料具有熱塑性，當材料達到一定溫度后，材料呈熔融狀態(tài)，發(fā)生塑性變形，這樣材料才能以熔融狀態(tài)進入噴頭。因此，在進料前應先對噴頭進行預加熱，達到預定的溫度后再進行進料操作。任務三操作FDM工藝3D打印設備2．工作臺回零FDM工藝3D打印設備每次斷電或調試后，重新開啟設備，都需要對設備進行工作臺“回零”操作，其主要作用是使X、Y、Z三個方向坐標軸的“零點”回到設備出廠時設定的位置，建立打印的“起點”。設備的“零點”由限位開關在導軌上的位置決定，各軸在回零過程中，導軌上的擋塊觸碰到限位開關，相應軸配對的步進電動機停止轉動，該軸的零點就確定了。當三個軸都到達限位開關所限定的位置時，“回零”操作結束。使坐標軸回零的方法通常有兩種：一是使用設備操作面板使坐標軸回零；二是使用計算機發(fā)送指令“G28X0Y0Z0”，使坐標軸回零。任務三操作FDM工藝3D打印設備3．工作臺調平在FDM工藝3D打印設備的打印操作中，第一層材料能否均勻穩(wěn)固地附著在工作臺上，決定了整體打印的成敗。噴頭與工作臺的間隙通常為0.2mm。若噴頭與工作臺的間隙太小，會導致材料擠出困難或第一層凹凸不平，甚至會導致噴頭剮蹭工作臺；若噴頭與工作臺的間隙太大，會導致產(chǎn)品與工作臺黏結不牢，出現(xiàn)翹邊甚至脫落。因此，F(xiàn)DM工藝3D打印設備初次使用或搬運移動后再次使用時，由于放置的位置發(fā)生變化，需要對工作臺進行調平，其目的是保證打印過程中噴頭與工作臺始終保持相同的距離。任務三操作FDM工藝3D打印設備對工作臺進行調平的方法主要有以下兩種：（1）使用工作臺調平螺釘進行調平，如圖1-3-3所示。任務三操作FDM工藝3D打印設備（2）使用設備自帶的自動調平功能進行調平。實現(xiàn)的方式大致分為以下兩種：1）采用限位開關接觸式探測的方法，如圖1-3-4所示，調平時舵機帶動限位開關旋轉，將微動開關觸頭朝下，通過噴頭模組向下移動，限位開關觸頭接觸到工作臺來觸發(fā)限位開關，以此獲取工作臺上該點高度數(shù)值。2）采用光電開關非接觸式探測的方法，如圖1-3-5所示，其原理是利用光的反射原理測量距離。任務三操作FDM工藝3D打印設備4．產(chǎn)品打印將處理好的模型數(shù)據(jù)文件存儲到存儲卡等存儲介質，然后將存儲卡等存儲介質插入FDM工藝3D打印設備的讀卡器；在操作面板上選擇“由存儲卡”選項，再選擇需要打印的模型，F(xiàn)DM工藝3D打印設備開始加熱噴頭，當溫度達到預定值后，設備自動開始打印。任務三操作FDM工藝3D打印設備三、FDM工藝3D打印設備的日常維護1．噴頭模組的日常維護噴頭模組是FDM工藝3D打印設備維護的重點，其結構和原理如圖1-3-6所示。任務三操作FDM工藝3D打印設備由噴頭模組的結構和原理可知，操作中常見的噴頭堵料問題，具體分為四種情況，其原因和處理方法見表1-3-1。任務三操作FDM工藝3D打印設備2．傳動系統(tǒng)的日常維護（1）嚴格檢測傳動軸的平穩(wěn)程度和同步帶輪中心線的平行度。（2）及時了解設備的潤滑狀況，適時添加潤滑油。（3）檢查同步帶的易磨損部分，適時更換新的同步帶。（4）檢查設備所有緊固螺釘，防止松動。任務三操作FDM工藝3D打印設備1．根據(jù)任務要求，準備相應的設備、工具、材料及防護用品等，見表1-3-2。2．將已經(jīng)處理好的塔樓樣品G代碼文件提前拷入SD卡中。任務實施一、任務準備任務三操作FDM工藝3D打印設備二、樣品制作1．安裝絲材打開絲材包裝盒，將真空包裝的絲材取出，然后將真空保護膜剪開，取出絲材。將絲材按照左側順時針、右側逆時針的方向，掛在3D打印設備背部的絲材掛軸上。將絲材端部拉出，從設備上方的長圓形進絲孔穿入設備內部，然后一只手按下噴頭中部的壓絲輪連接桿，另一只手將絲材送入噴頭進絲孔中，直至不能送入為止。2．開機將電源線接口插入3D打印設備后方的電源插座上，電源線插頭插入供電電源插座，確認連接可靠后，打開設備電源插座旁邊的開關，設備通電后自動開啟。任務三操作FDM工藝3D打印設備3．預熱進料如圖1-3-7所示，3D打印設備顯示屏右側有三個按鈕，從上到下分別是：向上、菜單/確定、向下。任務三操作FDM工藝3D打印設備按下“菜單/確定”按鈕，然后選擇顯示屏上的“準備”選項，再按“菜單/確定”按鈕進入準備選項，然后選擇“預熱PLA”選項，再按“菜單/確定”按鈕進行預熱，如圖1-3-8所示。噴頭開始升溫，達到預定溫度后進行下一步操作。按下“菜單/確定”按鈕，然后選擇“準備”選項，再按“菜單/確定”按鈕，然后選擇“移動軸”選項，再按“菜單/確定”按鈕，然后選擇“Move1mm”選項，按“向下”按鈕進絲，按“向上”按鈕退絲，如圖1-3-9所示。任務三操作FDM工藝3D打印設備4．工作臺回零按下“菜單/確定”按鈕，然后選擇“準備”選項，再按“菜單/確定”按鈕，然后選擇“自動回原點”選項，再按“菜單/確定”按鈕，如圖1-3-10所示，3D打印設備的各個軸開始自動回零。任務三操作FDM工藝3D打印設備5．工作臺調平調平前應先檢查噴頭噴嘴上是否有殘余絲材并清理干凈。使用A4紙作為間隙測量工具，在工作臺回零后，依次在工作臺四個角向內3厘米處，移動噴頭，將A4紙放到噴頭和工作臺之間，然后調節(jié)調平螺釘，使得A4紙稍微用力能從噴頭和工作臺之間抽出為止。6．產(chǎn)品打印將存有處理好的G代碼文件的SD卡插入FDM工藝3D打印設備的讀卡器接口。任務三操作FDM工藝3D打印設備7．取出產(chǎn)品產(chǎn)品打印完畢，設備自動歸位。此時可以用平鏟從邊角處鏟起產(chǎn)品并取出。取出產(chǎn)品后，戴上防護手套和眼鏡，利用斜口鉗去除支撐，還可根據(jù)表面質量要求，利用砂紙或銼刀對產(chǎn)品表面進行打磨處理，處理前、后的效果如圖1-3-11和圖1-3-12所示。思考與練習1．簡述FDM工藝3D打印的工藝流程。2．簡述FDM工藝3D打印設備的操作步驟。3．PLA材料的打印溫度是多少？任務一測試FDM工藝3D打印設備的性能任務四任務四測試FDM工藝3D打印設備的性能一、最小特征最小特征測試項目用于測試設備能打印的最小壁厚及最小尺寸參數(shù)，常以小圓柱體、長方體作為測試對象。噴頭噴嘴直徑?jīng)Q定了FDM工藝3D打印設備可以加工的最小特征。在設計模型時，最小尺寸應大于噴頭噴嘴直徑。測試模型參考圖1-4-1所示。任務四測試FDM工藝3D打印設備的性能二、擺放角度模型的擺放影響打印效率與打印質量，最佳擺放角度是指模型與工作臺之間的最小無支撐傾斜角度。通常選擇90°、70°、60°、45°、30°等進行測試，測試模型參考圖1-4-2所示。任務四測試FDM工藝3D打印設備的性能三、跨距懸空距離對模型變形程度存在一定影響，最大跨距是指模型的最大無支撐懸空距離。通常選擇20mm、16mm、10mm、8m、6mm等進行測試，測試模型參考圖1-4-3所示，以模型凹陷平面無下沉變形時的最大懸空距離為最大跨距。任務四測試FDM工藝3D打印設備的性能四、分層厚度分層厚度對打印時間、模型表面質量存在一定影響。分層厚度越大，打印時間越短，產(chǎn)品表面越粗糙；分層厚度越小，打印時間越長，產(chǎn)品表面越光滑。通常選擇0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm等進行測試，測試模型參考圖1-4-4所示單層圓環(huán)和壁厚2mm圓環(huán)。任務四測試FDM工藝3D打印設備的性能五、懸臂長度懸臂伸長對模型變形程度存在一定影響。最大懸臂長度是指模型的最大無支撐邊緣懸空長度。通常選擇1mm、2mm、3mm、4mm、5mm等進行測試，測試模型參考圖1-4-5所示。任務四測試FDM工藝3D打印設備的性能運用控制變量法（即將測試模型中的一個參數(shù)作為變量，而其他參數(shù)作為常量），通過分別調整最小特征、擺放角度、跨距、分層厚度和懸臂長度等參數(shù)，測試打印參數(shù)對FDM工藝3D打印設備打印質量的影響。性能測試實施過程中，先創(chuàng)建測試模型，然后打印并記錄測試結果（見表1-4-1至表1-4-5），最后進行對比分析，總結找出最佳打印參數(shù)。任務實施任務四測試FDM工藝3D打印設備的性能思考與練習模型與工作臺之間的擺放角度是否越大越好？為什么？任務一測試FDM工藝3D打印設備的加工精度任務五任務五測試FDM工藝3D打印設備的加工精度一、試件的結構和尺寸試件精度測試參照采用國際上通用的USER-PART精度測試件的評估方法，其結構和尺寸如圖1-5-1和表1-5-1所示。使用三維建模軟件創(chuàng)建試件的三維模型。任務五測試FDM工藝3D打印設備的加工精度任務五測試FDM工藝3D打印設備的加工精度二、試件制作FDM工藝3D打印設備經(jīng)過調試檢查后，將處理好的試件模型數(shù)據(jù)文件導入設備，在工作臺中心位置和四個角中任意一個角的位置各打印一個如圖1-5-1所示的試件。任務五測試FDM工藝3D打印設備的加工精度三、試件精度測量打印后的試件經(jīng)簡單去毛刺，用測量工具按照圖1-5-1所示位置對試件進行測量，并將測量數(shù)據(jù)填入表1-5-1中。注意：圓的測量需要測量互相垂直的兩個方向的數(shù)據(jù)。任務五測試FDM工藝3D打印設備的加工精度四、測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析1．統(tǒng)計偏差頻次由測量值與理論值計算出偏差值，并將偏差出現(xiàn)的頻次統(tǒng)計后填入表1-5-2中。任務五測試FDM工藝3D打印設備的加工精度2．繪制偏差頻次分布圖以偏差值為橫坐標，以頻次數(shù)為縱坐標，繪制偏差頻次分布圖（見圖1-5-2）。任務五測試FDM工藝3D打印設備的加工精度3．統(tǒng)計誤差累積百分比由表1-5-2的偏差及頻次計算出誤差及其累積百分比，填入表1-5-3中。任務五測試FDM工藝3D打印設備的加工精度4．繪制誤差累積分布圖以誤差值為橫坐標，以累積百分比為縱坐標（置信度），繪制誤差累積分布圖（見圖1-5-3）。任務五測試FDM工藝3D打印設備的加工精度5．合格判據(jù)從誤差值為合格（±0.2mm）的那一點起，作平行于縱坐標的平行線，與曲線相交，通過交點求出置信度。若置信度大于80%，試件符合要求。否則應進行試件尺寸補償或者設備調試后再次進行加工精度測試，直至合格。任務一診斷與排除FDM工藝3D打印設備的故障任務六任務六診斷與排除FDM工藝3D打印設備的故障在FDM工藝3D打印設備使用過程中，由于操作不當或設備自身原因，會出現(xiàn)不同的故障，F(xiàn)DM工藝3D打印設備常見故障及排除方法見表1-6-1。任務六診斷與排除FDM工藝3D打印設備的故障任務六診斷與排除FDM工藝3D打印設備的故障一、觀察故障現(xiàn)象FDM工藝3D打印設備在打印過程中突然中斷，三軸均停止運動，但設備并未斷電。任務實施任務六診斷與排除FDM工藝3D打印設備的故障二、分析故障原因，確認故障點上述故障現(xiàn)象可能的故障原因包括：斷電、數(shù)據(jù)線或電腦故障、電源功率不足、電源損壞等。1．若故障原因是斷電，則所有顯示燈將熄滅，其他設備也同時停止工作。2．若故障原因是數(shù)據(jù)線或電腦故障，則更換正常的數(shù)據(jù)線或電腦后即可正常打印。3．若故障原因是電源功率不足，則噴頭及工作臺有溫度，但溫度未達到設定值。4．若逐一排查后不是上述三種故障原因，則可能是電源損壞。逐一排查，判斷故障范圍，確認故障點。確認故障點后，分析查明產(chǎn)生故障的確切原因，以免類似故障重復發(fā)生。任務六診斷與排除FDM工藝3D打印設備的故障三、排除故障根據(jù)找到的故障原因和故障點，排除故障。1．若是斷電故障，應接通電源。2．若是數(shù)據(jù)線或電腦故障，建議使用存儲卡等存儲介質打印，打印效果更穩(wěn)定。3．若是電源功率不足或損壞故障，應更換電源。任務六診斷與排除FDM工藝3D打印設備的故障四、復檢設備故障排除后，對設備進行快速全面檢查，保證打印過程可靠、穩(wěn)定。五、驗收與相關部門或人員配合進行安全驗收，并做好相關記錄。思考與練習若FDM工藝3D打印設備打印過程中斷電，再次通電后是繼續(xù)打印還是重新打印，為什么？SLS工藝3D打印設備操作與維護PART03模塊三SLS工藝3D打印設備操作與維護任務一了解SLS工藝3D打印設備的構成任務二安裝與調試SLS工藝3D打印設備的光路系統(tǒng)任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法任務四掌握SLS工藝3D打印設備的維護方法任務一了解SLS工藝3D打印設備的構成任務一任務一了解SLS工藝3D打印設備的構成一、SLS工藝3D打印設備的基本工作原理SLS（selectivelasersintering），即激光選區(qū)燒結成形。SLS工藝3D打印設備采用的是激光選區(qū)燒結成形技術，使用CO2激光器，以固體粉末為打印材料。其基本工作原理如圖3-1-1所示。任務一了解SLS工藝3D打印設備的構成二、SLS工藝3D打印設備的結構組成與技術參數(shù)1．SLS工藝3D打印設備（見圖3-1-2）主要由四大系統(tǒng)組成，如圖3-1-3所示。任務一了解SLS工藝3D打印設備的構成（1）光路系統(tǒng)：包括激光水冷機、振鏡、激光器、紅光指示器、擴束鏡、反光鏡。（2）成形系統(tǒng)：包括1號收料箱、2號收料箱、供粉缸、電動缸、成形缸、涂鋪系統(tǒng)、預熱箱、排煙管。（3）機架結構系統(tǒng)：包括機身支架、地腳、機架水平1號面、機架水平2號面。（4）控制系統(tǒng)：包括顯示器、操作面板。任務一了解SLS工藝3D打印設備的構成2．SLS工藝3D打印設備技術參數(shù)見表3-1-1。任務一了解SLS工藝3D打印設備的構成3．SLS工藝3D打印設備的安裝及使用環(huán)境有一定的要求：設備放置地必須有足夠的承載能力，環(huán)境溫度為20~28℃，環(huán)境濕度≤40%，工作電源為三相五線制AC380V、50Hz，接地電阻≤4Ω。任務一了解SLS工藝3D打印設備的構成三、SLS工藝3D打印設備的控制系統(tǒng)SLS工藝3D打印設備主要由工業(yè)控制計算機及操作面板實現(xiàn)控制，其中，操作面板如圖3-1-4所示，功能說明如下：Emergency（急停）：緊急情況下整機斷電，停止設備各項動作。CHAMBERLIGHT（照明）：成形腔照明控制旋鈕。SYSTEMON（使能）：電源開關控制按鈕及指示。LASERON（激光）：激光器開關控制按鈕及指示。UNLOCK（門鎖）：成形腔艙門開關控制按鈕及指示。思考與練習1．SLS工藝3D打印設備主要由哪些系統(tǒng)組成？2．光路系統(tǒng)包括哪些部件？任務一安裝與調試SLS工藝3D打印設備的光路系統(tǒng)任務二任務二安裝與調試SLS工藝3D打印設備的光路系統(tǒng)一、激光器的種類1．固體激光器采用固體激光材料作為工作介質，通過將能夠產(chǎn)生受激發(fā)射作用的金屬離子摻入晶體或玻璃基質中，構成發(fā)光中心。2．氣體激光器采用氣體作為工作介質，根據(jù)氣體中真正產(chǎn)生受激發(fā)射作用的工作粒子性質的不同，又分為原子氣體激光器、離子氣體激光器、分子氣體激光器、準分子氣體激光器等。3．液體激光器這類激光器采用的工作介質主要包括兩類，一類是有機熒光染料溶液，另一類是含有稀土金屬離子的無機化合物溶液，其中金屬離子（如Nd）發(fā)揮工作粒子作用，無機化合物液體（如SeOCl2）作為基質。任務二安裝與調試SLS工藝3D打印設備的光路系統(tǒng)4．半導體激光器這類激光器是以半導體材料作為工作介質而產(chǎn)生受激發(fā)射作用，即通過一定的激勵方式（如電注入、光泵或高能電子束注入），在半導體物質的能帶之間或能帶與雜質能級之間，通過激發(fā)非平衡載流子而實現(xiàn)粒子數(shù)反轉，從而產(chǎn)生光的受激發(fā)射作用。5．自由電子激光器這是一種特殊類型的新型激光器。工作介質為在空間周期變化磁場中高速運動的定向自由電子束，只要改變自由電子束的速度就可產(chǎn)生可調諧的相干電磁輻射，原則上其相干輻射譜可從X射線波段過渡到微波區(qū)域。任務二安裝與調試SLS工藝3D打印設備的光路系統(tǒng)二、SLS工藝3D打印設備用激光器及其特點SLS工藝3D打印設備使用的是CO2激光器，輸出波長為10.6μm，功率可從幾瓦到幾萬瓦，光束質量極高，常用來加工非金屬材料（對該波長具有很高的吸收率）。SLS工藝3D打印設備使用的CO2激光器的功率選擇幾十瓦即可，光斑直徑在0.4~0.5mm之間，可用來燒結尼龍、覆膜砂、陶瓷和聚苯乙烯粉末等非金屬材料，如圖3-2-1所示。任務二安裝與調試SLS工藝3D打印設備的光路系統(tǒng)三、激光器的安全操作注意事項1．禁止直視激光，切勿長時間觀察以免損傷眼睛。2．打印過程中必須佩戴防激光護目鏡或通過防護玻璃觀察成形狀態(tài)。3．切勿在激光開啟的狀態(tài)下將身體的任何部位置于激光掃描到的區(qū)域。4．在潛在風險區(qū)域操作時需粘貼安全警示標識。5．不要在激光工作時安裝、連接光纖或準直器等部件。6．確保激光器電源線保護地端妥善接地。7．連接電源前，確保電源電壓符合要求，避免電壓錯誤導致激光器損壞。8．若激光器通過水冷方式進行降溫，應確保工作環(huán)境溫度不低于水的凝結溫度。9．確保工作區(qū)域通風良好。任務二安裝與調試SLS工藝3D打印設備的光路系統(tǒng)任務實施光路系統(tǒng)的安裝包括對整機進行調平，保證光路系統(tǒng)的水平度；安裝光路系統(tǒng)元器件；安裝、配置冷卻系統(tǒng)，使激光工作溫度可控；連接光路系統(tǒng)電源信號線，控制光路系統(tǒng)元器件運動。具體安裝步驟如下：1．調整水平光路系統(tǒng)對整機水平度要求很高，因此，在安裝光路系統(tǒng)前，需要對設備整機進行調平。在調平過程中，使用框式水平儀進行水平度調整，通過調整地腳螺栓，控制機架水平度誤差在0.1mm內。水平度調整完后，固定螺母防止松動。一、光路系統(tǒng)安裝任務二安裝與調試SLS工藝3D打印設備的光路系統(tǒng)2．安裝光路系統(tǒng)元器件光路系統(tǒng)元器件包括激光器、振鏡、反光鏡座、擴束鏡座、反射鏡、擴束鏡、紅光指示器、激光水冷機等。激光器、振鏡等均屬于精密儀器，在安裝時一定要輕拿輕放，禁止觸碰鏡片反光面，部分元器件如圖3-2-2所示。任務二安裝與調試SLS工藝3D打印設備的光路系統(tǒng)3．連接冷卻系統(tǒng)光路系統(tǒng)中激光器為高能元器件，工作過程中需要對其進行冷卻，因此，必須配置冷卻系統(tǒng)實施冷卻降溫。如圖3-2-3所示。任務二安裝與調試SLS工藝3D打印設備的光路系統(tǒng)4．連接電源信號線光路系統(tǒng)電源信號線包括激光器電源線、振鏡電源線、激光器開關控制信號線和振鏡控制信號線，嚴格按電器圖紙要求連接，接完認真校對檢查。注意：走線時強、弱電分開，以避免電磁干擾。任務二安裝與調試SLS工藝3D打印設備的光路系統(tǒng)二、光路系統(tǒng)調試光路系統(tǒng)安裝完成后，需對其進行調試。通過調整激光器、振鏡及激光器上動態(tài)聚焦鏡，使激光光束準確有效地投射到工作臺零位上。具體調試步驟如下：1．調試激光器激光器需要調平，保證激光器出光口與擴束鏡、反射鏡及振鏡中心在同一水平面上，使其光斑處于鏡片的中心，以減小激光能量的損耗。激光器調試通常借助紅光完成。2．調試振鏡調整振鏡位置，使其在自然狀態(tài)下的中心位置與工作臺的中心位置重合，保證振鏡水平。3．調試動態(tài)聚焦鏡打開振鏡，調整激光器上動態(tài)聚焦鏡的位置，尋找最小光斑（即最佳光斑質量），使其投射到工作臺零位上，完成光路系統(tǒng)調試。思考與練習1．簡述3D打印設備中常用激光器的種類及特點。2．簡述激光器的安全操作注意事項。任務一掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法任務三任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法任務引入本任務要求通過操作Flight403P型SLS工藝3D打印設備打印如圖3-3-1所示的齒輪小車模型，掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法與注意事項。材料為尼龍粉末，要求打印產(chǎn)品形狀完整，曲面光滑。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法一、SLS工藝3D打印設備的操作步驟SLS工藝3D打印設備的操作步驟如圖3-3-2所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法二、SLS工藝3D打印設備的操作注意事項1．注意事項（1）嚴格按照操作指南及提示進行操作。（2）在使用設備前，注意警示標識和安全信息。（3）嚴禁在開機狀態(tài)下對設備進行強制關機。（4）由于CO2激光器發(fā)出的激光為不可見光，且功率較大，在設備開啟后切勿將手伸入激光器中。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法2．安全防范（1）禁止觸摸振鏡和反光鏡片。（2）設備電源為380V，通電時，不得碰觸強、弱電板，以免發(fā)生事故。（3）操作過程中，應佩戴口罩和手套。（4）工作時不得觸碰光路或燒結空間。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法任務實施1．根據(jù)任務要求，準備相應的設備、工具、材料及防護用品等，見表3-3-1。2．將STL格式的齒輪小車模型文件提前拷入U盤中。注意：需修復好STL格式文件的破面。一、任務準備任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法二、設備開機1．開機前檢查（1）設備的工業(yè)控制計算機硬盤可用空間不小于1GB（硬盤可用空間過小，建議及時清理）。（2）氮氣（純度≥99.9%）夠用。（3）激光水冷機的水位處于安全值內。（4）設備所處環(huán)境溫度保持在20~28℃之間，濕度在40%以下。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法2．通電開機將設備背后右側的主電源開關轉到“On”狀態(tài)，確保設備通電，如圖3-3-3所示，工業(yè)控制計算機主機及顯示器同步開啟。打開激光水冷機的電源開關，確保激光水冷機處于工作狀態(tài)，如圖3-3-4所示。若未開啟激光水冷機，打開MakeStarP軟件時，系統(tǒng)會發(fā)出報警提示“激光冷卻水流量過低”，導致設備無法正常工作。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法檢查激光冷卻水流量，即觀察激光器水流量表（位于設備左側的氣路操作面板上）讀數(shù)是否在2.0~4.0LPM范圍內，如圖3-3-5所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法三、數(shù)據(jù)處理1．將STL格式的齒輪小車模型文件拷貝到工業(yè)控制計算機中，如保存路徑為D:\FarsoonSLS\Geometry，如圖3-3-6所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法2．打開建模操作系統(tǒng)軟件BuildStar，進入其主界面，如圖3-3-7所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法3．單擊軟件“首頁”菜單欄中的“改變材料”按鈕，確定建造所用的材料，如圖3-3-8所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法4．在軟件主界面右側的“導入工件”任務欄中，找到STL格式齒輪小車模型文件并雙擊添加到軟件建造區(qū)內，如圖3-3-9所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法5．單擊“轉換/旋轉工件”按鈕，或在“位置調整/旋轉”模塊輸入數(shù)值，將齒輪小車模型旋轉至適合建造的方向，如圖3-3-10所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法6．如圖3-3-11所示，單擊“視圖/頂視圖”按鈕，將齒輪小車模型拖放至建造區(qū)中間位置，并將其Z軸歸零，使齒輪小車移至工作臺平面，如圖3-3-12所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法7．如圖3-3-13所示，單擊“首頁”菜單欄中的“驗證”按鈕，對模型工作包進行碰撞檢查，完成后保存為bpf格式的文件。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法8．單擊“切片”菜單欄中的“開始”按鈕，模擬整個建造過程并計算建造時間、建造高度及粉末需求量，如圖3-3-14所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法9．模型切片過程中，單擊“顯示/掃描工件”按鈕，可預覽模型的掃描過程，如圖3-3-15所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法10．模型切片結束后，軟件界面將顯示切片結果，包括總的材料需求量、活塞位置、預熱時間、建造時間和冷卻時間。單擊“終止”按鈕，結束預覽，如圖3-3-16所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法四、材料準備1．粉末用量計算根據(jù)模型切片結果所示總的材料需求量，計算建造所需的粉末用量。本任務采用FS3300PA尼龍粉末作為打印材料，所需粉末用量（kg）=總高×1.3。其中：總高=預熱高度（12.7mm）+建造高度（BuildStar放置工件后的高度）+冷卻高度（2.54mm）。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法2．粉末攪拌（1）建造所使用的粉末為混合粉，按照混合粉的配比進行配粉。粉末類型說明見表3-3-2。本任務采用新粉、余粉、溢粉為2∶2∶1的比例配粉，當粉量不足時，采用新粉代替。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（2）粉末準備所需設備為混料機，其結構如圖3-3-17所示。使用混料機進行粉末攪拌時，首先，打開混料機腔蓋，檢查并確保腔內干凈無雜質、出料口球閥已關緊、裝粉桶無雜質。然后，將混合粉裝入混料機腔內，合上并扣緊腔蓋，檢查并確保所有搭扣已扣緊。（3）設置攪拌時間，以本任務使用的FS3300PA尼龍粉末材料為例，需攪拌的粉末量為10~40kg時，建議設置攪拌時間為30分鐘。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（4）按下混料機控制器（見圖3-3-18）的啟動按鈕，混料機將按時間控制器設置好的攪拌時間攪拌粉末，時間結束后自動停止攪拌。（5）拉下球閥打開出料口，按下啟動按鈕，粉末緩慢流入裝粉桶內。待粉末全部放完或裝粉桶裝滿前按下停止按鈕，打開腔蓋，用毛刷將剩余粉末刷到裝粉桶內。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法3．粉末過篩粉末過篩所需設備為清粉臺，如圖3-3-19所示。將攪拌好的粉末放入清粉臺內過篩，以防粉末中有異物影響建造。篩粉完畢，打開前門，及時取出粉末，裝入儲存袋或儲存桶內。注意：粉末未經(jīng)過清粉臺過篩，禁止上機建造。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法五、產(chǎn)品打印1．打開控制操作系統(tǒng)軟件打開控制操作系統(tǒng)軟件MakeStarP，進入其主界面，如圖3-3-20所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法2．進入手動模式界面單擊“機器”菜單欄中的“手動”按鈕，進入手動模式界面，如圖3-3-21所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法3．移出缸體（1）按下操作面板上的急停按鈕（“Emergency”）切斷電源，如圖3-3-22所示；連接缸體與設備上的快速插頭，如圖3-3-23所示；將急停按鈕旋轉復位，使系統(tǒng)通電。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（2）單擊手動模式界面的“運動”按鈕，進入運動控制界面，如圖3-3-24所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（3）按下操作面板上的“SYSTEMON”按鈕，如圖3-3-25所示，運動控制界面操作選項變?yōu)辄c亮可用狀態(tài)。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（4）分別選擇供粉缸和成形缸兩個缸體下方的“絕對運動”選項，在“設置值”框中輸入“0”，單擊運動箭頭使活塞下降；或單擊“回零極限”按鈕，使活塞直接降至原點位置，如圖3-3-26所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（5）單擊“提升”按鈕進入缸體提升界面，分別單擊“下極限”按鈕，將供粉缸和成形缸降至下極限位，如圖3-3-27所示。（6）缸體下降完成后，單擊“返回”按鈕，退出手動模式；將缸體緩慢移出設備，以便進行建造前清理工作。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法4．建造前清理圖3-3-28轉圈接觸擦拭鏡頭（1）清潔紅外探頭。供粉缸和成形缸腔內上部，分別裝有紅外探頭，以監(jiān)測工作平面處的表面溫度。每次建造前，需清理紅外探頭。用脫脂棉簽蘸無水乙醇，將兩處紅外探頭擦拭干凈，擦拭時應輕輕轉圈接觸鏡頭，嚴禁用力過度，如圖3-3-28所示；待無水乙醇自然揮發(fā)后，檢查確認探頭表面已清潔。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（2）清潔激光窗口鏡。每次建造前，應將激光窗口鏡抽屜從激光通道上取出，對激光窗口鏡進行清潔。操作時，應佩戴防靜電手套。首先，松開激光窗口鏡抽屜左右扣件，從激光通道上抽出激光窗口鏡抽屜，如圖3-3-29所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法然后，使用空氣球吹掉鏡片表面污物。注意：禁止使用工廠的壓縮空氣吹掃鏡片表面污物。如果吹不掉污物，則用無塵布或無塵紙蘸無水乙醇，輕擦鏡片表面，如圖3-3-30所示。最后，將激光窗口鏡抽屜裝回激光通道上。注意：安裝時，調節(jié)左右扣件，確保抽屜內密封圈有大于2mm的壓縮量。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（3）清潔鋪粉滾筒。檢查鋪粉滾筒清潔度，如滾筒上沾有異物或滾動異常時，需拆卸滾筒，用壓縮空氣清潔兩端軸承。（4）清潔觀察窗。如觀察窗模糊不清，應及時取下，用無水乙醇擦拭后，立即用抹布或脫脂棉擦干，直至表面清潔干凈。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法5．裝粉（1）根據(jù)模型切片結果（見圖3-3-31），供粉缸活塞位置為470.14mm，為確保粉末充足，供粉缸活塞實際位置應低于470.14mm，這樣在供粉缸里裝滿粉末才足夠完成本次打印。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（2）將供粉缸活塞下降至420mm處，加入配好的粉末，直至粉末表面與供粉缸缸壁上端平齊，用Φ30mm以上的圓棒或其他工具將缸內的粉末壓實并刮平粉末表面。注意：操作時應佩戴防塵面罩，以免粉末對人體造成傷害。（3）將缸體推進設備并確保到位。再次進入MakeStarP軟件的手動模式界面，單擊“提升”按鈕，進入缸體提升界面，然后單擊兩個缸體的“上極限”按鈕，將缸體提升至上極限位置，裝粉過程完成，如圖3-3-32所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法6．手動鋪粉（1）確?；胤鄄刍钊幱谠c位置。若未在原點位置，在MakeStarP軟件中，單擊“運動”按鈕進入運動控制界面，然后單擊回粉槽的“回零極限”按鈕，使回粉槽活塞回到原點位置，如圖3-3-33所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（2）將滾筒移動至左極限。選擇滾筒的“左極限”選項，單擊“運動”按鈕，使?jié)L筒向左移動；單擊“停止”按鈕，可以使?jié)L筒停止運動，如圖3-3-34所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（3）觀察供粉缸缸內粉末表面，使用“絕對運動”或“相對運動”方式提升供粉缸活塞，使其與成形缸工作平面平齊，如圖3-3-35左圖所示。單擊成形缸“上極限”按鈕，將成形缸活塞提升至上極限位置，如圖3-3-35右圖所示。此時已基本完成活塞提升工作，只需對粉末位置進行微調。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（4）選擇供粉缸的“相對運動”選項，將供粉缸活塞提升0.5~1mm。而后將滾筒從左極限移動至右極限，再移動回左極限。重復該動作，直至工作平面全部被粉末鋪平。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法7．自動鋪粉單擊MakeStarP軟件手動模式界面的“鋪粉”按鈕，進入自動鋪粉界面；如圖3-3-36所示，設置鋪粉“層厚”為0mm，“供粉缸活塞”不超過0.5mm，根據(jù)需要設置鋪粉“層數(shù)”；單擊“鋪粉”按鈕進行自動鋪粉，直至工作平面全部被粉末鋪平。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法8．運行自動建造（1）在MakeStarP軟件的手動模式界面，單擊“返回”按鈕進入主界面，單擊“機器”菜單欄中的“建造”按鈕，進入自動建造界面，如圖3-3-37所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（2）在自動建造界面的“建造信息”模塊，單擊紅色按鈕，在彈出的“打開”對話框中，找到之前保存的bpf格式文件，并單擊“打開”按鈕，導入建造包，如圖3-3-38所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（3）如圖3-3-39所示，單擊“開始”按鈕，彈出系統(tǒng)使能提示，按下操作面板上的“SYSTEMON”按鈕，系統(tǒng)使能后開始自動建造。建造分三個階段：預熱階段、建造階段和冷卻階段。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（4）建造完成后，彈出“建造報告”界面，如圖3-3-40所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法六、清粉取件1．清粉前準備（1）查看bpf格式文件建造包，了解粉包中工件的形狀和位置，以免在取出工件的過程中損壞工件。（2）確保成形缸內溫度降到80℃以下，以防將粉包從成形缸中取出后，零件遇冷收縮造成永久性變形。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法2．移出粉包（1）建造完成后，在MakeStarP軟件中，關閉“建造報告”界面，單擊“返回”按鈕，進入主界面。（2）單擊“機器”菜單中的“手動”按鈕，進入手動模式界面；再單擊手動模式界面的“運動”按鈕，進入運動控制界面，如圖3-3-41所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（3）按下操作面板上的“SYSTEMON”按鈕，使系統(tǒng)使能。（4）選擇成形缸的“相對運動”選項，在“設置值”框中輸入“20”，單擊向下箭頭，將成形缸活塞下降20mm，如圖3-3-42所示，以防降下并移動缸體時，缸體表面外圍多余的粉末溢出。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（5）單擊手動模式界面的“提升”按鈕，進入提升界面；單擊成形缸的“下極限”按鈕，將成形缸移動至下極限位置，如圖3-3-43所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（6）將成形缸移出設備，放置定位座于成形缸上部，將儲粉罩放置于定位座上，如圖3-3-44所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（7）單擊手動模式界面的“運動”按鈕，進入運動控制界面；按下操作面板上的“SYSTEMON”按鈕，確保系統(tǒng)使能指示燈點亮；單擊成形缸的“上極限”按鈕，將成形缸活塞移至頂部，使成形缸內的粉包進入儲粉罩內；活塞上升完成后，將清粉鏟沿儲粉罩底面插進粉包，確保完全插入。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（8）移動叉車至成形缸處，調整叉臂位置，將叉臂叉入清粉鏟兩側的托臂下，如圖3-3-45所示；腳踩叉車踏板提升叉臂，使清粉鏟與成形缸脫離，緩慢后退移出叉車，如圖3-3-46所示。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（9）緩慢移動叉車，將清粉鏟、儲粉罩及罩內粉包一同轉移到清粉臺處，降低叉臂緩慢將清粉鏟放置于清粉臺上；完成后，將叉車移至存放位置，轉運工作結束；取出清粉鏟和儲粉罩，進行清粉操作。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法3．清粉剝離粉末前需確保粉包中心溫度低于60℃，以防高溫燙傷和產(chǎn)品急速遇冷產(chǎn)生變形。具體檢測方法為：使用溫度測量工具插入粉包的中心位置，5分鐘后查看顯示溫度。確認粉包中心溫度低于60℃后，使用工具（如小鏟刀、毛刷）對粉包中工件周圍未成形的粉末進行初步剝離。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法七、表面處理1．噴砂清粉出來的工件放入噴砂機內進行噴砂處理，可進一步將工件表層的粉末清除干凈。（1）檢查噴砂機氣管連接是否正常。（2）打開噴砂機工作艙，倒入噴砂機配套用玻璃珠，按下開始按鈕，進行試噴并調節(jié)好壓力。參數(shù)設置建議為：玻璃珠一次加入600g，進氣壓力調至0.4~0.6MPa，噴砂壓力調至0.2~0.4MPa。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法（3）將待噴砂工件放入噴砂機內，關好艙門，右腳輕踩噴砂踏板進行噴砂作業(yè)。注意：噴砂操作時，工件不能離噴嘴太近，也不能長時間對準同一個部位，以免工件受損。噴砂處理后的齒輪小車樣品如圖3-3-47所示。噴砂僅能處理工件表面的粉末，工件內部或工件復雜結構處的粉末還需使用其他工具如雕刻刀、雕刻筆、鐵絲等徹底清除。2．其他后處理如有需要，可對工件進行打磨、涂樹脂、噴漆等后處理。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法八、材料回收1．粉末收集粉末清理完成后，針對不同類型的粉末進行分類收集。將余粉和溢粉分別放入清粉臺中過篩，過篩后的粉末存儲于粉末回收放置桶，如圖3-3-48所示。2．防潮處理粉末回收放置桶內建議放置干燥劑，并保持粉末存儲空間的濕度小于40%。任務三掌握SLS工藝3D打印設備的操作方法九、現(xiàn)場清理用吸塵器將設備及掉落地面的粉末及時清理干凈。注意：使用吸塵器時應輕拿輕放，避免撞擊；每次工作完成后，應對吸塵器清理桶及各吸塵附件、防塵袋雜物進行清理，并檢查是否有穿孔或漏氣等非正?，F(xiàn)象；若長時間使用，應每隔半小時停頓一次，一般情況下，連續(xù)工作時長不超過2小時。更換粉末材料進行建造前，應對設備進行徹底清潔，確保設備內沒有殘留上次建造材料的粉末。思考與練習1．SLS工藝3D打印設備在操作時需要配置哪些個人防護用品？2．將粉末裝入供粉缸內之后，如果在運動控制界面提升成形缸活塞至上極限，會造成什么后果？3．SLS工藝3D打印設備在打印前要進行哪些檢查及維護工作？任務一掌握SLS工藝3D打印設備的維護方法任務四任務四掌握SLS工藝3D打印設備的維護方法一、SLS工藝3D打印設備的精度檢測1．各軸運動精度各運動部件的精度主要包括Z軸、B軸和F軸限位正反方向的定位精度與重復精度。Z軸為成形缸，正限位位于上方；B軸為涂鋪系統(tǒng)，正限位位于最左端（遠端）；F軸為供粉缸，正限位位于下方。任務四掌握SLS工藝3D打印設備的維護方法2.振鏡運動精度振鏡運動精度是指振鏡掃描精度。振鏡掃描精度分為X方向掃描精度和Y方向掃描精度。設備的精度反映在打印產(chǎn)品的打印精度上，通過打印測試件并檢測測試件的尺寸來反饋各軸和振鏡的運動精度。測試件模型是一個高度為50mm且最大直徑為50mm的圓柱堆疊體，如圖3-4-1所示。尺寸檢測時用千分尺從底層往上測量，X方向和Y方向的偏差值表示設備各軸和振鏡的運動精度。任務四掌握SLS工藝3D打印設備的維護方法二、SLS工藝3D打印設備的振鏡運動精度矯正振鏡運動精度矯正主要是指振鏡掃描范圍的矯正。工作臺升至零位后繼續(xù)往上升1~3mm，貼坐標紙，盡可能保證坐標紙的平整性，使坐標紙中心位置與工作臺中心位置重合，固定坐標紙(注意:若坐標紙受潮、折疊應廢棄)。加載打標軟件，進行首次矯正，激光功率設置為1~3W，各點進行校正。校正完畢，進行mark掃描，激光功率設置為5~8W，掃描速度為100mm/s。掃描完成后，測量坐標紙上激光掃描痕跡的尺寸與理論尺寸的偏差，若偏差較大，則反復多次矯正直至偏差在允許范圍內。矯正完成后，將數(shù)據(jù)存儲并復制到SLSBuild軟件根目錄下。任務四掌握SLS工藝3D打印設備的維護方法任務實施在設備使用過程中，如出現(xiàn)振動或搬運時，設備結構或光路會發(fā)生微小尺寸變化，導致打印產(chǎn)品受到影響，這時需要對設備進行精度檢驗。SLS工藝3D打印設備的精度檢驗依據(jù)《激光選區(qū)燒結快速成形機床技術條件》（JB/T10625—2006）中的機床加工精度檢驗及評估方法進行。一、精度檢驗任務四掌握SLS工藝3D打印設備的維護方法1．標準測試件打印使用三維建模軟件創(chuàng)建如圖3-4-2和表3-4-1所示的標準測試件三維模型，并使用SLS工藝3D打印設備在工作臺中心位置和四個角中任意一個角的位置各打印一個標準測試件。任務四掌握SLS工藝3D打印設備的維護方法任務四掌握SLS工藝3D打印設備的維護方法2．標準測試件后固化處理標準測試件打印完成后，放入固化箱（見圖3-4-3）進行后固化處理。任務四掌握SLS工藝3D打印設備的維護方法3．標準測試件精度測量按照圖3-4-2所示位置對標準測試件進行測量，并將測量數(shù)據(jù)填入表3-4-1中。測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和合格判定參照《激光選區(qū)燒結快速成形機床技術條件》（JB/T10625—2006）執(zhí)行。任務四掌握SLS工藝3D打印設備的維護方法二、日常維護1．擦拭反光鏡反光鏡面上可能會因空氣環(huán)境雜質而附著污染，從而引起激光功率降低，導致產(chǎn)品固化效果差，強度低。因此，應使用擦鏡紙蘸無水乙醇，沿同一方向擦拭反光鏡。注意：擦拭過程中不能使反光鏡片和反光鏡座移動，如圖3-4-4所示。任務四掌握SLS工藝3D打印設備的維護方法2．更換激光水冷機冷卻水對激光器和振鏡進行冷卻保護的激光水冷機必須使用蒸餾水，并且每月更換一次。3．清理余料每次打印完成后，應將設備里所有粉末余料進行過濾處理，清除雜質。不打印時，粉末余料應放入密封容器中，防止材料吸潮結塊。4．通風、降低濕度打印過程中，粉末材料會引起煙塵，應將排煙管接到室外，并保持室內通風。室內環(huán)境應避免潮濕，溫度控制在20~28℃之間，濕度控制在40%以下。任務四掌握SLS工藝3D打印設備的維護方法三、簡單故障排除1．控制操作系統(tǒng)軟件無響應打開控制操作系統(tǒng)軟件并加載數(shù)據(jù)時，如果軟件出現(xiàn)異常，可關閉軟件并重啟工業(yè)控制計算機。2．掃描區(qū)域未固化產(chǎn)品打印時，如果出現(xiàn)掃描區(qū)域沒有固化的現(xiàn)象，應檢查光路系統(tǒng)，如激光是否正常、是否在反光鏡中心、是否在振鏡入光口中心。若存在上述問題，應及時進行調整。調整時，為避免發(fā)生危險，應將激光器功率降低至3～5W。思考與練習1．能否使用普通紙巾擦拭反光鏡？為什么？2．為了方便下次打印，剩余的粉末材料可不進行清理，這種做法是否可??？為什么？SLM工藝3D打印設備操作與維護PART04模塊四SLM工藝3D打印設備操作與維護任務一了解SLM工藝3D打印設備的構成任務二認識SLM工藝3D打印設備的激光器及保護氣體任務三掌握SLM工藝3D打印設備的操作方法任務四掌握SLM工藝3D打印設備的維護方法任務一了解SLM工藝3D打印設備的構成任務一任務一了解SLM工藝3D打印設備的構成一、SLM工藝3D打印設備的基本工作原理SLM（selectivelasermelting），即激光選區(qū)熔化成形。SLM工藝3D打印設備采用的是激光選區(qū)熔化成形技術，使用大功率光纖激光器為熱源，以金屬粉末為打印材料。其基本工作原理如圖4-1-1所示。任務一了解SLM工藝3D打印設備的構成二、SLM工藝3D打印設備的傳動結構如圖4-1-2所示的RC300型SLM工藝3D打印設備的傳動結構主要包括三個部分。任務一了解SLM工藝3D打印設備的構成1．粉末刮平傳動系統(tǒng)（見圖4-1-3）粉末刮平傳動系統(tǒng)主要組件為刮刀和線性驅動器，線性驅動器用于確保刮刀在水平方向往復移動。為保證打印產(chǎn)品的質量，要求粉末刮平傳動系統(tǒng)具有較高的直線度。任務一了解SLM工藝3D打印設備的構成2．工作臺升降傳動系統(tǒng)工作臺載體在垂直方向通過升降系統(tǒng)移動，主要組件為工作臺載體和線性驅動器。為保證打印產(chǎn)品的尺寸精度，要求工作臺升降傳動系統(tǒng)具有較高的直線度和重復定位精度。3．粉末供應傳動系統(tǒng)現(xiàn)有的大部分SLM工藝3D打印設備，粉末供應傳動系統(tǒng)與工作臺升降傳動系統(tǒng)類似，粉末載體在垂直方向通過升降系統(tǒng)移動。任務一了解SLM工藝3D打印設備的構成三、SLM工藝3D打印設備的控制系統(tǒng)SLM工藝3D打印設備的控制系統(tǒng)主要包括激光掃描控制系統(tǒng)、刮平運動控制系統(tǒng)、工作臺升降控制系統(tǒng)、粉末供應控制系統(tǒng)、循環(huán)風路控制系統(tǒng)、氣體保護控制系統(tǒng)和質量控制系統(tǒng)等。通過多系統(tǒng)集成控制，實現(xiàn)設備高效、可靠、智能運轉。思考與練習簡述SLM工藝3D打印設備的基本工作原理。任務一認識SLM工藝3D打印設備的激光器及保護氣體任務二任務二認識SLM工藝3D打印設備的激光器及保護氣體一、SLM工藝3D打印設備用激光器及其特點SLM工藝3D打印中，需要使用高能激光對金屬粉末進行熔化，激光器作為熔化金屬粉末的高能量密度熱源，是激光立體成形系統(tǒng)的核心部分，其性能直接影響成形效果。常見的激光器有YAG激光器、