光固化快速成型工藝及成型質(zhì)量控制措施研究.pdf

1、快速成型技術(shù)(Rapid Prototyping，簡稱RP)的發(fā)展引起了制造業(yè)巨大變革，已成為眾多企業(yè)和國內(nèi)外知名高校的研究熱點。光固化快速成型是目前世界上研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種快速成型方法。該技術(shù)在各個領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，特別是在產(chǎn)品的樣機制造、功能性試驗、縮短研制周期、增加市場競爭力等方面越來越顯示其強大的優(yōu)越性，同時該技術(shù)又在不斷的得到完善和發(fā)展。 本文在介紹光固化快速成型技術(shù)的基本原理、適用范圍和工藝特

2、點的基礎(chǔ)上給出了光固化原型前處理、固化加工和后處理三個階段的具體制作工藝，并介紹了實驗用光固化快速成型設(shè)備及光敏樹脂材料特性。 本文對影響光固化快速成型精度的因素進行了理論分析及確定，并對每個因素對成型精度產(chǎn)生的具體影響進行了闡述。對激光掃描固化過程進行了理論分析，給出了光敏樹脂SOMOS11120(臨界曝光量E<,c>=11.5mJ/cm<'2>，透射深度D<,p>=0.16mm)所對應(yīng)的單線掃描時的固化線條的最大固化深度和最

3、大固化寬度的理論模型以及光敏樹脂SOMOS11120平面掃描時的最大固化深度的理論模型，同時對平面掃描最大固化深度的理論模型的準確性進行了實驗驗證，為本文通過控制工藝參數(shù)提高成型精度的實驗研究提供了理論基礎(chǔ)。 重點對影響形狀精度的翹曲和圓柱內(nèi)孔橢圓畸變現(xiàn)象、影響尺寸精度的加工方向高度增厚現(xiàn)象以及影響表面精度的臺階紋現(xiàn)象進行了實驗研究，并給出了具體解決措施：(1)為減小翹曲變形，可以從改進材料配方、優(yōu)化工藝參數(shù)、設(shè)計合理的支撐結(jié)構(gòu)

4、三方面進行考慮。適當降低固化層的厚度是改善翹曲變形的最優(yōu)措施，而固化層厚度的調(diào)節(jié)可以通過改變激光功率與掃描速度的比值來實現(xiàn)。 (2)通過減小制件數(shù)據(jù)模型前處理階段的誤差、z軸補償法、設(shè)計合理的支撐結(jié)構(gòu)三方面措施降低圓柱形側(cè)孔橢圓畸變程度。其中z軸補償法可以有效降低側(cè)孔內(nèi)表面懸空部分過度固化導(dǎo)致的增厚現(xiàn)象，并且不會對制件上圓柱側(cè)孔以外其他的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。(3)在前期數(shù)據(jù)處理階段，對STL格式數(shù)據(jù)模型進行固化深度的z軸補償是改善高度方向尺寸

5、精度的有效措施。(4)臺階紋與斜面法線方向和加工方向之間的夾角有關(guān)，夾角越小，臺階紋現(xiàn)象越明顯。斜面法線方向和加工方向之間的夾角在O°～30°變化時，臺階紋現(xiàn)象較明顯；夾角大于30°時，隨著夾角變大，相鄰臺階紋之間的距離變小，表面精度提高。 (5)刮板同液面之間的距離對成型件的精度產(chǎn)生一定的影響。應(yīng)使刮板上的針尖與液面恰好接觸，刮板與液面距離保持恒定。本文最后對具有微細結(jié)構(gòu)特征的原型制作進行了實驗研究，給出了提高微細結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量的措施。