取舍性镭射烧结（SLS）的范畴很普遍，有多种不同的体惟妙惟肖方式。普通来说，它是有取舍性地将粉状资料转化为一家固态的构造体，而不必先将粉末变为液体。在实际利用中会产生从粉状固体到液体形态再到固体形态的相改变，然而速率十分快，这是由于产业镭射所进行的利用以及大批集中的热能消失的速率十分快。若想应用这项手艺为制作业效劳，体系必需可以把金属粉末跟镭射功率十分准确地传输到三维构造中的统一地位。为了制作更精密的产物，零配件尺寸一直减小，因此在粉末跟镭射的定位方面临活动精度有着很高的要求（图1）。
图1：用取舍性镭射烧结制造的繁杂3D物体。
跟着产物尺寸濒临30μm以至更小，若想使这些功用以准确跟可反复的方式完成，SLS体系的一切因素都很要害。例如，SLS的金属粉末传递有两种次要范例。第一种是经由过程粉末床将更多的粉末资料卷入加工的部件。第二种是将粉末喷嘴头跟镭射传递头装置在一同来完成同步烧结。不论是哪种法子，若要进行微烧结都必需要知足以下要求：粉末的尺寸要适合；镭射光斑必需足够小，以便能创立一家足够小的热影响区；活动体系的精度跟可反复性必需足够高，能力确保每一次烧结都是在正确的地位长进行。在本文中咱们将探讨，为了能完成取舍性镭射微烧结所要求的活动，咱们在创立一家活动体系时须要斟酌的各类要素。
设计理想的活动体系起首要心中有数，这象征着咱们必需晓得所须要的活动范例。须要怎么的减速度、速率、精度、可反复性跟和踪偏差？在这一评价阶段不须要斟酌用什么样的机器解决方案，不论是龙门、XY振镜扫视头、简略的重叠式平台解决方案仍是它们的恣意组合，活动的参数将为咱们提供最优的力学指点。让咱们想象一下，某一家取舍性镭射微烧结在工作点须要个位数微米的精度。假定这是一家粉末床上的利用，而不是粉末喷嘴。这显然会限度咱们的探讨范畴。
机械的底座部件
咱们将自下而上，从机械的底座部件开端。重要斟酌的是这家机械底座要有足够刚刚性，必需繁重并且能抵御会惹起工作点渺小振荡的高空滋扰（图2）。
图2：花岗岩因为存在杰出的平坦度，因此是充任SLS底座板的理想取舍，平整的底座将能进步活动体系的机能。
斟酌要素包含适合的程度调理脚、巩固的金属构造以及机械底座与底座板之间正确的隔振体系范例。对于于一些精细的利用，另有必要记载这台机械终极装置地位的高空振动的特色。这能辅助设计师相识所设计的机械应该能无效地抵御哪个频次的振荡。通常情形下不须要进行这一步骤，但有时分机械制作商会就理想的高空特色给出倡议。大少数情形下，机械制作商会针对于最罕见的情形来设计体系。隔振体系的繁杂性有所不同，从简略的被动阻尼资料、被动式空气断绝、自动式空气断绝，或是应用一些依据客户体系定做的流体来断绝。不论取舍的是什么，在这里都要阻拦一切不用要的频次。
体系力学
一旦实现了初步的底座设计，下一步便是抉择实际活动体系的力学范例。例如，设计一家环抱着粉末床的300×300×150mm XYZ活动体系，粉末床下方是公用的加粉跟程度调理体系。工作路程须要在三个维度活动，而且必需能逾越整个粉末床。体系设计中包含三个方向（X、Y跟Z）的线性平台，而且是传统的龙门式构造（图3），即一根桥梁轴衔接着双轴。请注意，一家节制器只能准确定位一家轴平台，这次要是遭到编码器的辨别率、轴承的机器辨别率跟编码器工作点的地位所限度。对于于第一家限度——编码器辨别率，普通使用调谐正弦波编码器反馈来克服。理想的节制器将经由过程对于典范的1Vpp旌旗灯号利用偏移跟定标要素来调谐正弦跟余弦旌旗灯号。校订后的旌旗灯号将被节制器采样并以内插值替代至纳米级。龙门构造的轴承取舍将限度高的电子辨别率的完成，轴承的摩擦力越小，活动体系就越能进一步完成更高的电子辨别率。因而，许多高精度机器的制作商城市斟酌气浮轴承。不外，气浮轴承不克不及在真空环境下工作，它还会遭到粉尘净化的制约，而且它的刚刚性也不如机器轴承方案。最后，斟酌到在恣意线性轴平台的角偏差（倾斜、滚摆跟偏航），那么肯定工作点编码器的地位十分首要。工作点离轴承跟编码器体系越远，角偏差就会更进一步扩展。
侥幸地是，高端活动体系的供给商找到了逃避这些偏差的法子。例如，对于于后面探讨的龙门体系，平行的龙门基轴或是粉末床两边的“桅杆”承载着一家位于粉末床上方的龙门桥梁轴(也是由直线电机驱动)。这些平行的基轴可能不会与桥梁轴完成完善的正交，但取舍正确的节制器能够经由过程将偏移利用于个中一家基轴或许说“桅杆”上，来“强制”完成正交。这将有助于只管即便减少工作点的角偏差。别的，每个编码器必需进行校准，这样能够在工作点完成最高的精度程度。该校准顺序包含在镭射工作点搁置反射式光学器件（装置到XYZ活动体系上）。镭射干预仪被用作主定位参考，由于被校准的轴会沿着它的方向活动。
在工作点用镭射干预仪反馈来校准光学线性编码器，将能增强以下两个方面的表示。第一，它纠正了被校准的轴向偏差的巨细，这次要是由该轴的活动角偏差惹起的，而编码器跟工作点之间的间隔又缩小了该偏差。应该指出的是，偏差向量的角因素冒有被纠正。不外，假如是对于称高斯光束或是平顶镭射光斑，那么这一偏差的角因素就不是一家首要的斟酌要素了。第二，它添加了工作点的轴平台的原始线性精度。沿着平台工作的轨迹挪动到多个地位，来和踪原始编码器跟更准确的干预仪反馈之间的差别。两个设施之间的丈量差别将用在天生校准文件。节制器将使用该校准文件来确保在工作点准确执行指令的活动。
惟妙惟肖在，准确校准的XYZ活动体系曾经能够在粉末床的上方使用。线性电机驱动的XY龙门不克不及完成知足目的出产率所要求的速率。扫视速率要求为几米每秒，以是取舍XY振镜扫视头作为光束节制的对象。独一的问题便是，当零配件在XY上的尺寸为250×250mm时，振镜扫视头的视线是100×100mm。另有，在利用了平场聚焦透镜（f-thetalens）实践校订文件的根底上，扫视头的精度为±50μm。
有几种法子能够用来解决振镜扫视头的视线遭到限度的问题。第一种法子是借助一种步进扫视手艺。即让振镜扫视头超高速挪动，再用伺服轴来进行转位。在扫视进程中，伺服轴会坚持振镜扫视头的地位。使用此法子，将振镜视线（FOV）之外挪动的范畴与每一家视线的边沿“缝合”在一同。别的，斟酌到扫视镜将镭射光束向平场聚焦透镜的范畴挪动，光斑尺寸会产生变形，还会发生更高程度的定位偏差。因而，有必要找到一家适合的产业节制器来将伺服活动跟振镜活动整合在一同，这将带来两个利益。第一家是打消“缝合”带来的任何偏差。第二是在坚持疾速加工的同时，还能将振镜扫视轴的视线限度在更精准而且变形更小的透镜中央区域。在振镜扫视头下，较慢的伺服活动一直地挪动部件，使其“从新居中”。
惟妙惟肖在该审查咱们的机器设计了。此时，该体系包括了带有适合的程度调理脚跟隔振体系的机械底座，以及带有XY扫视头的XYZ龙门活动体系，另有一些工艺要求能辅助咱们放大节制器的取舍范畴。之后就该肯定底座板的资料，最后再从新审阅机械底座的设计。该体系的一切部件必需在一同工作，以是首要的是要确保机械底座跟活动设施能无缝衔接在一同工作。
底座板
底座板的资料能显著影响机械的机能。通常情形下会取舍钢铁、铝跟花岗岩。花岗岩因为存在杰出的平坦度，因此是充任底座板的理想取舍，平整的底座将能进步活动体系的机能，由于平坦度偏差会被转移到装置在底座上的平台中（图3）。这是因为底座板的刚刚性通常不如它们负载的设施。花岗岩的毛病包含本钱，另有难以与那些须要经由过程特别拔出处置（例如钻孔跟螺纹孔）来衔接的设施一同工作，而且其热收缩系数与装置在其上的设施有所不同。终极，咱们将基于机能来下抉择，但实际上也能够归纳为本钱跟适用性的斟酌。例如，假如价钱较低的机器加工名义规格与铝合金厚板适合，那么咱们可能就不会取舍花岗岩。从新审阅机械底座的设计，将确保能为其上的活动体系提供适合的支持构造。
图3：包括XY振镜扫视体系的龙门式活动体系。
节制器的评价
惟妙惟肖在该评价活动节制器了。咱们应该晓得操作该机器体系所须要的节制器应该存在什么功用，这将能辅助放大咱们的取舍范畴。一些要害的斟酌要素包含：哪品种型的节制器能够治理五轴调和活动？这种节制器能够持续处置大的零配件吗？假如能够，那么编程有多难题？若何将节制器与产业镭射进行对于接？镭射能够依据间隔跟/或平均的速率来脉冲吗？若何节制脉冲宽度？若何将机械功用所需的控件跟加工要求的控件合作在一同？正确地答复这些问题之后，取舍的节制器就能辅助该机械如假想中地工作。因而，首要的是不只要相识粉末资料与镭射之间的互相作用，也要相识这种互相作用于三维空间中是若何体惟妙惟肖的。
斟酌到这一点，咱们的目的是，将振镜扫视器活动跟伺服活动整合起来以打消“缝合”的影响，别的另有最大化出产率，以及在平场聚焦透镜的中央区域进行工作。镭射光斑尺寸跟脉冲必需坚持一致，而且要只管即便根绝变形。步进扫视的启动跟结束会造成不利影响，它应该是连续挪动的。别的，使用振镜扫视头将能完成一些奇特的功用，例如疾速振荡（颤动）镭射来创立“更厚”的部件门路。振镜扫视头十分高的减速度能完成更无效的转向操作，此功用对于那些有良多方向变动的零配件极为有用。假如具有方向变动，那么配置基于匀速的镭射脉冲光阴将十分难题。能够和踪工作路程以及依据向量间隔来触发脉冲的节制器将能辅助完成这一操作。目的是在这一取舍性镭射微烧结进程中坚持一致的构造。
最后，联合了振镜扫视头跟平场聚焦透镜后，在透镜中央25×25mm区域内的精度是±30μm，这曾经经由了实践校订。该活动的可反复性十分好，然而还不敷精准。有什么措施来校准该区域以取得更准确的成果呢？除了伺服体系的精度之外另有振镜扫视头跟平场聚焦透镜的精度，以是偏差越小越好。若何校订振镜扫视头来完成最高程度的精度，而且还能与携带它的伺服轴坚持对于齐？咱们另有良多问题。
小结
从疾速成型制作跟应用SLS依据方案设计来制作产物动身，要进行30μm及其以下的取舍性镭射微烧结咱们还须要进行一系列新的思考。这些斟酌要素大多都简略明了。为了制造更小尺寸的产物，咱们须要更小的粉末颗粒，以及较小的镭射光斑尺寸。另一项要求是要能节制镭射脉冲以节制能量的输入。在概念下去说，这些要求是很容易懂得的。
与此绝对应的是，本文提出的活动体系存在五个活动轴，每一家都有着奇特的偏差。虽然咱们探讨了个中的良多问题，但另有更多并未触及。例如，治理粉床的粉层程度调理；治理粉床的一致性，由于粉末资料跟着粒径减小而有着不同的表示；使用喷嘴式送粉手艺；维持喷嘴式送粉的畸形运转；对于零配件进行三维方向的编程，而且在五个挪动轴上执行该编程文件。诸如斯类，不乏其人。因而，首要的是斟酌若何确保您的活动体系能在三维空间中正确执行每一家动作。因为这些活动的要求变得越来越有手艺挑衅性，因而对于于哪些义务能够在外部解决，哪些义务须要借助配合搭档的辅助来做出正确抉择，您要做到成竹在胸。
