SLM
SLM(selective laser melting)全稱選擇性鐳射熔融。SLM技術是通過鐳射器對金屬粉末直接進行熱作用,使其完全融化在經過冷卻成型的技術。

SLM列印過程
SLM系統中,最關鍵部件就是鐳射振鏡,或者叫掃描振鏡,英文直譯的話叫 Laser Scanner System,國外叫Glavo Scanning System。模擬量說數字量訊號輸入,通過控制振鏡的旋轉,從而控制鐳射掃描到工作區域的任意位置。

SLM
振鏡的樣子如下圖所示,主要有電機、位置反饋單元和反射鏡三部分組成。

振鏡
雙軸振鏡系統,兩個振鏡成直角安裝,鐳射入射後進兩次反射投影到列印平面。

Thorlabs Glavo Scanner System
如圖所示兩個軸的運動方向,

運動方向
掃描區域:

掃描面積
鐳射束經振鏡1和2反射後,照射到列印平面上,Scanner1控制X軸的位置,Scanner2控制Y軸的位置,通過控制Scanner1和Scanner2的旋轉,可以使鐳射照射到列印平面的任意位置。由此可得,掃描區域的面積有掃描振鏡的旋轉角度唯一確定。如下圖所示:

掃描區域計算
振鏡控制系統
Glavo scanner system的主控板

控制板架構

主控板
1、電源連線三根線,分別為1-+15V,2-Ground,3--15V。

J10電源連線
推薦使用Thorlabs自己的電源GPS011。此外也可以用第三發電源,需求如下:
The drive electronics require a split rail DC supply in the range ±15V to ±18V. The cards do not require an accurately regulated supply as the boards themselves have their own regulators. The maximum current drawn by the driver cards will not exceed 1.2 A rms on each rail. In addition to this, for optimum performance the supply should be able to provide peak currents of up to 5A on either rail.
2、伺服電機連線。伺服電機有驅動電源和位置反饋訊號兩部分組成,
其中電源線為:
Pin7-Motor+Coil、
Pin8-Motor-Coil
Pin4-DriveCableShield,
反饋訊號為:
Pin1-PoisitionSensorACurrent
Pin5-PositionSensorBCurrent
Pin6-PositionSensorPower
Pin3-PositionSensorCableShield
Pin2-PositionSensorGround

J9-伺服電機連線
3、控制訊號輸入
The scanner accepts a differential analog command input. If the scaling is 0.8 Volt per degree mechanical movement (see Section 3.3.5.), -10 V to +10 V gives -12.5 to +12.5 degrees mechanical movement. The driver will attempt to set the mirror position to the command input value.
Pin 3 (DRV_OK) is an open collector output that is low when the board is operating normally and floating if a fault occurs. To use Pin 3 as a fault indicator, connect a pull-up resistor to give a high signal when the fault occurs. DRV_OK limits are 30 mA 30 V.
Pin1和Pin連線外部差分模擬訊號輸入,範圍是-10V到+10V。如果使用預設設定0.8V/°(0.8V per degree mechanical movement),則 -10V到+10V對應的反光鏡的偏轉是-12.5°到+12.5° 。
模擬訊號的輸入,可以來自於任何帶有DAC模擬量輸出的DAQ card,對該模擬訊號的要求是:
1 、Dual bipolar -10V to 10V DAC analogue output channels (differential).
2 、DAC clocking frequency higher than 20kS/s (Kilo Samples/Second), higher sampling
frequencies like 100 kS/s are recommended (inputs have a 7 kHz low pass filter).
3、16 Bit DAC resolution and low out impedance (<= 50
Ω)

J7-控制訊號輸入
4、可以通過J6介面,監控伺服電機的運動狀態,及稜角的旋轉角度。

J6-外部監控介面
三維繪圖軟體生成.stl檔案後,匯入分層切片軟體進行分層切片及路徑規劃,然後生成控制訊號控制振鏡旋轉。
軟體控制系統
1、stl檔案生成
stl檔案是一種用三角形描述的圖形檔案,常見的三維繪圖軟體都可以直接輸出該格式的檔案。
2、分層切片軟體生成NC檔案
可以在網上下載到Gura、simplify3D、Slic3r等分層切片軟體。Cura是一款實用python和wxPython開發的開源軟體,在網上的使用率很高,相關資料也特別多。其用於分層切片演算法的是一個用c++編寫的,叫做GuraEngine的程式。如果對分層切片及路徑規劃感興趣的話,可以好好研究一下。
3、NC檔案傳送到下位運動控制器
PrintRun是一款用python開發的開源的G程式碼傳送軟體,可以與下位3D列印裝置連線進行線上列印工作,連線方式是串列埠。可以學習其程式碼,介面用的是wxPython。
4、運動控制器控制掃描振鏡旋轉
NC程式碼傳送到下位之後,下位必須進行G程式碼的解析,從而驅動掃描振鏡的旋轉。開源的程式碼如Marlin,可以在GitHub上找到原始碼,並移植到自己的下位機上。還有執行在Linux系統下的LinuxCNC。