第二章_快速成型制造工藝--I

1、第二章快速成型制造工藝第二章快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 快速成型制造工藝的全過程可以歸納為以下三個(gè)步驟： 1)前處理。它包括工件的三維模型的構(gòu)造、三維模型的近 似 處理、模型成形方向的選擇和三維模型的切片處理。 2)分層疊加成形。它是快速成形的核心包括模型截面輪 廓 的制作與截面輪廓的疊合。 3)后處理。它包括工件的剝離、后固化、修補(bǔ)、打磨、拋 光和表 面強(qiáng)化處理等。 如圖所示。 第一節(jié) 快速成型工藝過程及分類 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 構(gòu)造三維模型 模型近似處理 成型方向選擇 切片處理 前處理分層疊加成型后處理 光固化快速成

2、型SLA 疊層實(shí)體制造LOM 選擇性激光燒結(jié)SLS 熔融沉積制造FDM 工件剝離或 去支撐等 強(qiáng)硬化處理 表面處理 快速成型制作過程 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 快速成型制造系統(tǒng)快速成型制造系統(tǒng) 產(chǎn) 品 造 型 快 速 成 型 產(chǎn) 品 原 型 模具工程技術(shù)研究中心 METRC2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 快速成型制造技術(shù)從廣義上講可以分成兩類：材料疊加和材料去除。下 圖給出了當(dāng)前眾多快速成型工藝根據(jù)材料和構(gòu)建技術(shù)不同進(jìn)行的分類。 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 快速成型制造技術(shù)是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起

3、來的一項(xiàng)高 新技術(shù)，從1988年世界上第一臺(tái)快速成型機(jī)問世以來，快速 成型技術(shù)的工藝方法目前已有十余種。在目前所有的快速成型 工藝方法中，光固化成型法(SLA)、疊層實(shí)體制造法(LOM)、 激光選區(qū)燒結(jié)法(SLS)、熔融沉積法(FDM)得到了世界范圍內(nèi) 的廣泛應(yīng)用，下面重點(diǎn)介紹這幾種常用的快速成型技術(shù)。 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 第二節(jié) 光固化成型工藝 光固化成型工藝，也常被稱為立體光刻成型，英文的名稱 為S StereoL Lithography，簡(jiǎn)稱SLSL，也有時(shí)被簡(jiǎn)稱為SLASLA （StereoLithography Apparatus）

4、，該工藝是由Charles Hull于 1984年獲得美國(guó)專利，是最早發(fā)展起來的快速成型技術(shù)。自從 1988年3D Systems公司最早推出SLA商品化快速成型機(jī)以來， SLA已成為最為成熟而廣泛應(yīng)用的RP典型技術(shù)之一。它以光敏 樹脂為原料，通過計(jì)算機(jī)控制紫外激光使其凝固成型。這種方 法能簡(jiǎn)捷、全自動(dòng)地制造出歷來各種加工方法難以制作的復(fù)雜 立體形狀，在加工技術(shù)領(lǐng)域中具有劃時(shí)代的意義。 2 快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 一、光固化成型的基本原理和特點(diǎn)光固化成型的基本原理和特點(diǎn) 光固化成型工藝的成型過程如圖2-2示。液槽中盛滿液態(tài) 光敏樹脂，氦鎘激光器或氬離子激光器發(fā)出的紫

5、外激光束在 控制系統(tǒng)的控制下按零件的各分層截面信息在光敏樹脂表面進(jìn) 行逐點(diǎn)掃描，使被掃描區(qū)域的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化， 形成零件的一個(gè)薄層。一層固化完畢后，工作臺(tái)下移一個(gè)層厚 的距離，以使在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹 脂，刮板將粘度較大的樹脂液面刮平，然后進(jìn)行下一層的掃描 加工，新固化的一層牢固地粘結(jié)在前一層上，如此重復(fù)直至整 個(gè)零件制造完畢，得到一個(gè)三維實(shí)體原型。 （一）光固化成型的基本原理光固化成型的基本原理 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 光固化成型工藝過程原理圖 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 ME

6、TRC2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 因?yàn)闃渲牧系母哒承?，在每層固化之后，液面很難在短 時(shí)間內(nèi)迅速流平，這將會(huì)影響實(shí)體的精度。采用刮板刮切后， 所需數(shù)量的樹脂便會(huì)被十分均勻地凃敷在上一疊層上，這樣經(jīng) 過激光固化后可以得到較好的精度，使產(chǎn)品表面更加光滑和平 整。 模具工程技術(shù)研究中心 METRC2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 吸附式涂層結(jié)構(gòu) 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 成型過程自動(dòng)化程度高 （二）光固化成型技術(shù)的特點(diǎn)光固化成型技術(shù)的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 尺寸精度高 SLA系統(tǒng)非常穩(wěn)定，加工開始 后，成型過程可

7、以完全自動(dòng)化， 直至原型制作完成。 SLA原型的尺寸精度可以達(dá)到0.1mm。 優(yōu)良的表面質(zhì)量 雖然在每層固化時(shí)側(cè)面及曲面可能出現(xiàn)臺(tái)階，但上表面 仍可得到玻璃狀的效果。 可以制作結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的模型 可以直接制作面向熔模精密鑄造的具有中空結(jié)構(gòu)的消失型 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 制件易變形 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)成本較高 液態(tài)樹脂材料和激光器的價(jià)格較高 使用的材料較少 目前可用的材料主要為感光性的液態(tài)樹脂材料 液態(tài)樹脂有氣味和毒性，并且需要避光保護(hù)，以防止提前發(fā) 生聚合反應(yīng)，選擇時(shí)有局限性。 成型過程中材料發(fā)生物理和化學(xué)變化 需要二次固化 經(jīng)快速成

8、型系統(tǒng)光固化后的原型樹脂并未完 全被激光固化。 較脆，易斷裂性能尚不如常用的工業(yè)塑料 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 二、二、 光固化快速原型的工藝過程光固化快速原型的工藝過程 光固化快速原型的制作一般可以分為前處理、原型制作和 后處理三個(gè)階段。 （一）前處理前處理 前處理階段主要是對(duì)原型的CAD模型進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、擺放方位確定、施加支 撐和切片分層，實(shí)際上就是為原型的制作準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。下面以某一小扳手的制作來介 紹光固化原型制作的前處理過程。 CAD三維造型三維造型 三維實(shí)體造型是CAD模型的最好表示，也是快速原型制作必須的原始數(shù)據(jù)源。 沒有CAD三維數(shù)字模

9、型，就無法驅(qū)動(dòng)模型的快速原型制作。CAD模型的三維造型 可以在UG、Pro/E、Catie等大型CAD軟件以及許多小型的CAD軟件上實(shí)現(xiàn)，圖2-2a 給出的是小扳手在UG NX2.0上的三維造型。 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC a) CAD三維原始模型 b) CAD模型的STL數(shù)據(jù)模型 c) 模型的擺放方位 d) 模型施加支撐 圖2-2 光 固 化 快 速 原 型 前 處 理 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是對(duì)產(chǎn)品CAD模型的近似處理，主要是生成STL格式的數(shù)據(jù)文件。 STL數(shù)據(jù)處理實(shí)

10、際上就是采用若干小三角形片來逼近模型的外表面，如圖2-2b所示。 這一階段需要注意的是STL文件生成的精度控制。目前，通用的CAD三維設(shè)計(jì)軟件 系統(tǒng)都有STL數(shù)據(jù)的輸出。 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC a) CAD三維原始模型 b) CAD模型的STL數(shù)據(jù)模型 c) 模型的擺放方位 d) 模型施加支撐 圖2-2 光 固 化 快 速 原 型 前 處 理 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 確定擺放方位確定擺放方位 擺放方位的處理是十分重要的，不但影響著制作時(shí)間和效率，更影響著后續(xù)支 撐的施加以及原型的表面質(zhì)量等，因此，

11、擺放方位的確定需要綜合考慮上述各種因 素。一般情況下，從縮短原型制作時(shí)間和提高制作效率來看，應(yīng)該選擇尺寸最小的 方向作為疊層方向。但是，有時(shí)為了提高原型制作質(zhì)量以及提高某些關(guān)鍵尺寸和形 狀的精度，需要將最大的尺寸方向作為疊層方向擺放。有時(shí)為了減少支撐量，以節(jié) 省材料及方便后處理，也經(jīng)常采用傾斜擺放。確定擺放方位以及后續(xù)的施加支撐和 切片處理等都是在分層軟件系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。 對(duì)于上述的小扳手，由于其尺寸較小，為了保證軸部外徑尺寸以及軸部?jī)?nèi)孔尺 寸的精度，選擇直立擺放，如圖2-2c所示。同時(shí)考慮到盡可能減小支撐的批次，大 端朝下擺放。 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 MET

12、RC a) CAD三維原始模型 b) CAD模型的STL數(shù)據(jù)模型 c) 模型的擺放方位 d) 模型施加支撐 圖2-2 光 固 化 快 速 原 型 前 處 理 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 施加支撐施加支撐 擺放方位確定后，便可以進(jìn)行支撐的施加了。施加支撐是光固化快速原型制作前 處理階段的重要工作。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型，支撐的施加是費(fèi)時(shí)而精細(xì)的。支 撐施加的好壞直接影響著原型制作的成功與否及制作的質(zhì)量。支撐施加可以手工進(jìn) 行，也可以軟件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。軟件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的支撐施加一般都要經(jīng)過人工的核查，進(jìn) 行必要的修改和刪減。為了便于在后續(xù)處理中支撐的去除及獲得優(yōu)

13、良的表面質(zhì)量， 目前，比較先進(jìn)的支撐類型為點(diǎn)支撐，即在支撐與需要支撐的模型面是點(diǎn)接觸，圖 2-2d示意的支撐結(jié)構(gòu)就是點(diǎn)支撐。 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC a) CAD三維原始模型 b) CAD模型的STL數(shù)據(jù)模型 c) 模型的擺放方位 d) 模型施加支撐 圖2-2 光 固 化 快 速 原 型 前 處 理 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 圖2-3 某手柄的光固化快速原型 切片分層切片分層 支撐施加完畢后，根據(jù)設(shè)備系統(tǒng)設(shè)定的分層厚度沿著高度方向進(jìn)行切片，生成 RP系統(tǒng)需求的SLC格式的層片數(shù)據(jù)文件，提供給光固化快速

14、原型制作系統(tǒng)，進(jìn)行原 型制作。圖2-3給出的是該扳手的光固化原型。 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC （二）光固化成型光固化成型 光固化成型過程是在專用的光固化快速成型設(shè)備系統(tǒng)上進(jìn)行。在原型制作前， 需要提前啟動(dòng)光固化快速成型設(shè)備系統(tǒng)，使得樹脂材料的溫度達(dá)到預(yù)設(shè)的合理溫度， 激光器點(diǎn)燃后也需要一定的穩(wěn)定時(shí)間。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，啟動(dòng)原型制作控制軟件， 讀入前處理生成的層片數(shù)據(jù)文件。一般來說，疊層制作控制軟件對(duì)成型工藝參數(shù)都 有缺省的設(shè)置，不需要每次在原型制作時(shí)都進(jìn)行調(diào)整，只是在固化特殊的結(jié)構(gòu)以及 激光能量有較大變化時(shí)需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。此外，在模型制作之前，要

15、注意調(diào)整 工作臺(tái)網(wǎng)板的零位與樹脂液面的位置關(guān)系，以確保支撐與工作臺(tái)網(wǎng)板的穩(wěn)固連接。 當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒后，就可以啟動(dòng)疊層制作了。整個(gè)疊層的光固化過程都是在軟件系 統(tǒng)的控制下自動(dòng)完成的，所有疊層制作完畢后，系統(tǒng)自動(dòng)停止。下圖給出的是 SPS600光固化成型設(shè)備在進(jìn)行光固化疊層制作時(shí)的界面。界面顯示了激光能源的某 些信息、激光掃描速度、原型幾何尺寸、總的疊層數(shù)、目前正在固化的疊層、工作 臺(tái)升降速度等有關(guān)信息。 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC （三）光固化成型的后處理光固化成型的后處理 在快速成

16、型系統(tǒng)中原型疊層制作完畢后，需要進(jìn)行剝離等 后續(xù)處理工作，以便去除廢料和支撐結(jié)構(gòu)等。對(duì)于光固化成型 方法成型的原型，還需要進(jìn)行后固化處理等，下面以某一SLA 原型為例給出其后續(xù)處理的步驟和過程。 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 原型疊層制作結(jié)束后，工作 臺(tái)升出液面，停留510min，以 晾干多余的樹脂。 將原型和工作臺(tái)一起斜放晾干后 浸入丙酮、酒精等清洗液體中，攪動(dòng) 并刷掉殘留的氣泡。持續(xù)45min左右 后放入水池中清洗工作臺(tái)約5min。 1 2 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 從外向內(nèi)從工作臺(tái)上取下原 型，并去除

17、支撐結(jié)構(gòu)。 再次清洗后置于紫外烘箱中 進(jìn)行整體后固化。 3 4 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 三、光固化成型的激光掃描方法光固化成型的激光掃描方法 由于激光束的照射使得液態(tài)光敏樹脂的聚合反應(yīng)發(fā)生在液 體的表面，其固化的區(qū)域可以用水平方向上的線寬和垂直方向 上的已成型深度來表示。目前，激光束固化光敏樹脂常用的三 種方法是ACESTM，STARWEAVETM和QuickCastTM。 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC （一）ACESTM方法方法 建造方式：實(shí)體的內(nèi)部在激光束的作用下將完全固化，如圖2-3所示。 特點(diǎn)：A

18、CESTM方法是低變形樹脂材料固化成型中精度最高的。 盡管其掃描時(shí)間是三種方法中最長(zhǎng)的，但該方法廣泛應(yīng)用于高 精度原型的制作。 圖2-3 ACESTM光固化方式 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 圖2-4 STARWEAVETM光固化方式 （二）STARWEAVETM方法方法 建造方式：柵格是在每隔一層成型時(shí)在每半個(gè)間距中產(chǎn)生的，如圖2- 4所示。 上一層 平移半個(gè)間距的 下一層 特點(diǎn)：掃描時(shí)間較短 ，尺寸穩(wěn)定性好。適用于聚合時(shí)收縮率 較高的丙烯酸樹脂，也適用于環(huán)氧樹脂材料。 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 圖2-5

19、 ACESTM光固化方式 （三）QuickCastTM 方法方法 建造方式：正方形 (QuickCastTM Version 1.1) 或等邊三角形(QuickCastTM Version 1.0)填充，三角形 的平移應(yīng)確保每個(gè)三角形面 的頂點(diǎn)位于前一層三角形質(zhì) 心的上方（如圖2-5所示）， 而正方形則按間距的一半距 離進(jìn)行偏離。 特點(diǎn)：便于排出多余的樹脂，主要用于中空的鑄件模型制造 。 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 四、光固化成型的支撐結(jié)構(gòu)光固化成型的支撐結(jié)構(gòu) 在成型過程中，由于未被激光束照射的部分材料仍為液態(tài)， 它不能使制件截面上的孤立輪廓和懸臂輪

20、廓定位。因此必須設(shè) 計(jì)一些細(xì)柱狀或肋狀支撐結(jié)構(gòu)(如圖所示)，并在成型過程中制 作這些支撐結(jié)構(gòu)，以便確保制件的每一結(jié)構(gòu)部分能可靠固定， 同時(shí)也有助于減少制件的翹曲變形。 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 支撐結(jié)構(gòu)的作用和類型：支撐結(jié)構(gòu)的作用和類型： 主要用于支撐懸臂結(jié)構(gòu)部分， 在成型過程中為懸臂提供支承， 同時(shí)也約束懸臂的翹曲變形。 作用：作用：支撐作用和減少翹曲變形。 類型：類型：斜支撐 直支撐 主要用于支承腿部結(jié)構(gòu) 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 主要用于大面積的內(nèi) 部支承 。 腹板 十字壁板 主要用于孤立結(jié)構(gòu)部分

21、的支撐。 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 五、光固化成型的收縮變形光固化成型的收縮變形 樹脂在固化過程中都會(huì)發(fā)生收縮，通常其體收縮率約為 10%，線收縮率約為3%。從分子學(xué)角度講，光敏樹脂的固化 過程是從短的小分子體向長(zhǎng)鏈大分子聚合體轉(zhuǎn)變的過程，其分 子結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化，因此，固化過程中的收縮是必然的。 1、樹脂收縮及其原因 樹脂收縮主要有兩部分組成:一部分一部分是固化收縮，另外一部分另外一部分 是當(dāng)激光掃描到液體樹脂表面時(shí)由于溫度變化引起的熱脹冷縮。 常用樹脂的熱膨脹系數(shù)為10-4左右，同時(shí)，溫度升高的區(qū)域面 積很小，因此溫度變化引起的收縮量極小，可以

22、忽略不計(jì)。 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 樹脂收縮產(chǎn)生的變形 2、SLA原型的變形 后固化收縮量占總收縮量的25%40%左右。 后固化時(shí)收縮產(chǎn)生的變形 3、減小翹曲變形的方法 成型工藝的改進(jìn) 樹脂配方的改進(jìn) 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 六、光固化快速原型的精度及控制光固化快速原型的精度及控制 光固化原型的精度一直是設(shè)備研制和用戶制作原型過程中密切關(guān)注的問題。 光固化快速原型技術(shù)發(fā)展到今天，光固化原型的精度一直是人們持續(xù)需要解決的 難題。控制原型的翹曲變形和提高原型的尺寸精度及表面精度一直是研究領(lǐng)域的 核心問題

23、之一。原型的精度一般包括形狀精度、尺寸精度和表面精度，即光固化 成型件在形狀、尺寸和表面相互位置三個(gè)方面與設(shè)計(jì)要求的符合程度。形狀誤差 主要有：翹曲、扭曲變形、橢圓度誤差及局部缺陷等；尺寸誤差是指成型件與 CAD模型相比，在x、y、z三個(gè)方向上尺寸相差值；表面精度主要包括由疊層累加 產(chǎn)生的臺(tái)階誤差及表面粗糙度等。 影響光固化原型精度的因素很多，包括成型前和成型過程中的數(shù)據(jù)處理、 成型過程中光敏樹脂的固化收縮、光學(xué)系統(tǒng)及激光掃描方式等。按照成型機(jī)的成 型工藝過程，可以將產(chǎn)生成型誤差的因素按下圖所示分類。 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC2 快速成型制造工藝快

24、速成型制造工藝 光固化成型誤差因素分類 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 為減小幾何數(shù)據(jù)處理造成的誤 差，較好的辦法是開發(fā)對(duì)CAD實(shí)體模 型進(jìn)行直接分層的方法，在商用軟件 中，Pro/Engineer具有直接分層的功能， 如圖2-13所示。 （1）幾何數(shù)據(jù)處理造成的誤差）幾何數(shù)據(jù)處理造成的誤差 在成型過程開始前，必須對(duì)實(shí) 體的三維CAD模型進(jìn)行STL格式化及切 片分層處理，以便得到加工所需的一系 列的截面輪廓信息，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí) 會(huì)帶來誤差。 措施 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 切層的厚度直接影響成型件的表面光潔度。因此，必 須仔細(xì)選擇切層厚度，有關(guān)

25、學(xué)者采用不同算法進(jìn)行了自適應(yīng) 分層方法的研究，即在分層方向上，根據(jù)零件輪廓的表面形 狀，自動(dòng)地改變分層厚度，以滿足零件表面精度的要求，當(dāng) 零件表面傾斜度較大時(shí)選取較小的分層厚度，以提高原型的 成形精度；反之則選取較大的分層厚度，以提高加工效率， 如圖2-15所示。 在進(jìn)行切片處理時(shí)，因?yàn)榍衅?度不可能太小，因而在成型工件表面會(huì)形 成“臺(tái)階效應(yīng)”，還可能遺失切片層間的 微小特征結(jié)構(gòu)（如凹坑等），形成誤差。 切片層厚度越小，誤差越小，但層厚過小 會(huì)增加切片層的數(shù)量（如圖2-14），致使 處理數(shù)據(jù)龐大，增加了數(shù)據(jù)處理的時(shí)間。 臺(tái)臺(tái) 階階 效效 應(yīng)應(yīng) 措施 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具

26、工程技術(shù)研究中心 METRC （2）成型過程中材料的固化收縮引起的翹曲變形）成型過程中材料的固化收縮引起的翹曲變形 措施 樹脂收縮產(chǎn)生的變形 后固化時(shí)收縮產(chǎn)生的變形 成型工藝的改進(jìn) 樹脂配方的改進(jìn) 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC （3）樹脂涂層厚度對(duì)精度的影響）樹脂涂層厚度對(duì)精度的影響 措施-二次曝光法 在成型過程中要保證每一層鋪涂的樹脂厚度一致，當(dāng)聚合深度小于層厚時(shí)， 層與層之間將粘合不好，甚至?xí)l(fā)生分層；如果聚合深度大于層厚時(shí)，將引起 過固化，而產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，引起翹曲變形，影響成型精度。在掃描面積 相等的條件下，固化層越厚，則固化的體積越大，層

27、間產(chǎn)生的應(yīng)力就越大，故 而為了減小層間應(yīng)力，就應(yīng)該盡可能地減小單層固化深度，以減小固化體積。 多次反復(fù)曝光后的固化深度與以多次曝光量之和進(jìn)行一次曝光的固化深度 是等效的。 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC （4）光學(xué)系統(tǒng)對(duì)成型精度的影響）光學(xué)系統(tǒng)對(duì)成型精度的影響 在光固化成型過程中，成型用的光點(diǎn)是一個(gè)具有一定直徑的光斑，因此實(shí) 際得到的制件是光斑運(yùn)行路徑上一系列固化點(diǎn)的包絡(luò)線形狀。如果光斑直徑過 大，有時(shí)會(huì)丟失較小尺寸的零件細(xì)微特征，如在進(jìn)行輪廓拐角掃描時(shí)，拐角特 征很難成型出來。聚焦到液面的光斑直徑大小以及光斑形狀會(huì)直接影響加工分 辨率和成型精度。 （5

28、）激光掃描方式對(duì)成型精度的影響）激光掃描方式對(duì)成型精度的影響 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 （6）光斑直徑大小對(duì)成型尺寸的影響）光斑直徑大小對(duì)成型尺寸的影響 （7）激光功率、掃描速度、掃描間距產(chǎn)生的誤差）激光功率、掃描速度、掃描間距產(chǎn)生的誤差 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 七、光固化快速原型的制作時(shí)間七、光固化快速原型的制作時(shí)間 光固化成形零件是由固化層逐層累加形成的，成形所需要的總時(shí)間由掃描 固化時(shí)間及輔助時(shí)間組成。 每層掃描固化時(shí)間由激光掃描速度和掃描方式與路徑?jīng)Q定。輔助時(shí)間主要 包括工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間、每層零件的涂覆時(shí)間和層間等待時(shí)間。 （1）影響制作時(shí)間的因素）影響制作時(shí)間的

29、因素 （2）減少制作時(shí)間的方法）減少制作時(shí)間的方法 針對(duì)成形零件的時(shí)間構(gòu)成，在成形過程中，可以通過改進(jìn)加工工藝、優(yōu)化掃 描參數(shù)等方法，減少零件成形時(shí)間，提高加工效率，實(shí)際使用中通常采用以下幾 種措施。 減少輔助成形時(shí)間 選擇層數(shù)較小的制作方向 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 八、微細(xì)結(jié)構(gòu)光固化成型數(shù)據(jù)處理及成型工藝微細(xì)結(jié)構(gòu)光固化成型數(shù)據(jù)處理及成型工藝 光固化快速成型技術(shù)能夠成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制件，但在實(shí)際加工中，如果數(shù)據(jù) 處理不當(dāng)及成型工藝參數(shù)選擇及匹配不適當(dāng)，便會(huì)導(dǎo)致一些微細(xì)結(jié)構(gòu)的丟失。 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 1微細(xì)結(jié)構(gòu)光固化快速成型數(shù)據(jù)處

30、理微細(xì)結(jié)構(gòu)光固化快速成型數(shù)據(jù)處理 實(shí)際加工中的數(shù)據(jù)處理階段，有時(shí)需要對(duì)制 件的STL模型進(jìn)行Z軸補(bǔ)償，以提高高度方向上制件 的成型精度，而Z軸補(bǔ)償是對(duì)整個(gè)STL數(shù)據(jù)模型的補(bǔ) 償，這樣必然會(huì)影響到模型上的微細(xì)結(jié)構(gòu)，如圖2- 35所示，采用較大的Z軸補(bǔ)償值時(shí)，字體結(jié)構(gòu)發(fā)生畸 變。對(duì)此必須采取有效的措施來降低Z軸補(bǔ)償對(duì)微細(xì) 結(jié)構(gòu)的影響。 為避免Z軸補(bǔ)償數(shù)據(jù)處理引起的微細(xì)結(jié)構(gòu)的畸變， 采用STL文件數(shù)據(jù)模型“分割Z軸補(bǔ)償縫合”的 方法可有效降低Z軸補(bǔ)償對(duì)微細(xì)結(jié)構(gòu)的影響。其思路 是把微細(xì)結(jié)構(gòu)分割出去，對(duì)剩余部分進(jìn)行補(bǔ)償算法， 然后再縫合為一體。 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 2微細(xì)結(jié)構(gòu)光固化快速成型

31、工藝微細(xì)結(jié)構(gòu)光固化快速成型工藝 光固化快速成型中的微細(xì)結(jié)構(gòu)在成型中主要應(yīng)注意成型方位的設(shè)置。微細(xì)結(jié)構(gòu) 一般附著在制件的表面上，模型不同制作方位對(duì)微細(xì)結(jié)構(gòu)的成型及其精度產(chǎn)生重要 影響。 影響微細(xì)結(jié)構(gòu)表面質(zhì)量的主要因素是臺(tái)階紋。為了降低臺(tái)階紋的影響，必須調(diào) 整微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工方位，使微細(xì)結(jié)構(gòu)所處表面的法線方向與加工方向的夾角盡量減 小。下面以模型表面文字制作為例說明如何選取正確的擺放方位。 （1）文字凹陷于零件表面和外凸于零件表面。表面上的凹形文字一般不用額外施 加支撐，凹形文字的成型效果好于凸形文字。所以建議在不影響使用效果的前提下， 應(yīng)盡可能將模型表面的文字設(shè)計(jì)成內(nèi)凹。 （2）如果模型表面的文字為外凸的，且通過擺放設(shè)置后無法置于上表面時(shí)，應(yīng)盡 可能使其所在平面的法線方向與加工方向的角度小于45，以避免文字處的特征需 要施加支撐而影響文字表面的制作效果。同時(shí)隨著夾角變小，文字側(cè)表面的臺(tái)階紋 現(xiàn)象也隨之減小，進(jìn)而也提高了文字表面的質(zhì)量。 2 快速成型制造工藝快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 九、微光固化快速原型制造技術(shù)微光固化快速原型制造技術(shù) 光固化快速原型制造技術(shù)自問世以來在快速制造領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用，已成為 工程界關(guān)注的焦點(diǎn)。如何提高光固化原型的制作精度，一直是該技術(shù)領(lǐng)域研究的熱 點(diǎn)。目前，傳統(tǒng)的SLA設(shè)備成型精度為0.1mm，能夠較好地滿