光固化快速成型工藝實用教案

1、第1頁/共51頁第一頁，共52頁。第2頁/共51頁第二頁，共52頁。第3頁/共51頁第三頁，共52頁。第4頁/共51頁第四頁，共52頁。優(yōu)點(yudin)1、成形速度較快。2、可以制作結構十分復雜的模型（復雜的內部結構、中空 結構等）。3、系統(tǒng)工作穩(wěn)定、分辨率較高。4、尺寸精度高，可確保工件的尺寸精度在0.1mm（國內 SLA精度在0.1-0.3mm之間，且存在一定(ydng)的波動性）。5、表面質量較好，工件的最上層表面很光滑，側面可能 有臺階不平及不同層面間的曲面不平；適合做小件及 精細、復雜件。第5頁/共51頁第五頁，共52頁。缺點(qudin)1、需要專門實驗室環(huán)境，維護費用高昂。2、

2、成型件需要后處理，二次固化，防潮處理等工序。3、光敏樹脂固化后較脆，易斷裂，可加工性不好；工作溫度不能超過100，成形件易吸濕膨脹，抗腐蝕能力不強。4、光敏樹脂對環(huán)境有污染，使皮膚過敏。5、需對整個截面進行掃描固化，成型時間較長，因此制作 成本相對較高。6、需要設計工件(gngjin)的支撐結構，以便確保在成型過程中制作的每一個結構部分都能可靠定位，支撐結構需在未完全固化時手工去除，容易破壞成型件。第6頁/共51頁第六頁，共52頁。SLA材料(cilio) SLA原型材料一般都是液態(tài)光敏樹脂，如丙烯酸脂系、環(huán)氧樹脂(hun yn sh zh)系等(后者的性能優(yōu)于前者)。要求：在一定頻率的單色光

3、的照射下迅速固化并具有較大的固 化穿透深度;固化時樹脂的收縮率要??；SLA原型要具有足夠的強度和良好的表面光潔度，且成 型時毒性較小。第7頁/共51頁第七頁，共52頁。SLA材料(cilio)Vantico公司(n s)的SL系列 3D System公司(n s)的ACCURA系列 DSM公司(n s)的SOMOS系列 第8頁/共51頁第八頁，共52頁。SLA材料(cilio)Vantico公司：SL5510可滿足多種生產要求，由其制作了原型 精度(jn d)的工業(yè)標準。SL7540制作的原型性能類似于聚丙烯。SL5530HT使用溫度可超過200。第9頁/共51頁第九頁，共52頁。SLA材料(

4、cilio)3D Systems公司的SLA材料Accura Si 40：可以達到ABS工程塑料的膨脹、彎曲性能；有著與ABS工程塑料相同(xin tn)的耐高溫性能，是第一種既具有高耐熱性、又有韌性的材料，適用于汽車應用,其性能與尼龍66相似。部件透明，能被鉆孔，攻螺紋和用螺栓連接。 第10頁/共51頁第十頁，共52頁。SLA材料(cilio)DSM公司的Somos ProtoTherm 14120光敏樹脂：能制作具有高強度、耐高溫、防水等功能的零件。用此材料制作的零部件外觀呈現(xiàn)為乳白色。與其它耐高溫光固化材料不同的是：此材料經過后期高溫加熱后，拉伸強度明顯增大，同時斷裂延伸率仍然保持良好。

5、能夠理想地應用于汽車及航空等領域內需要耐高溫的重要(zhngyo)部件上。 第11頁/共51頁第十一頁，共52頁。SLA設備(shbi)研究(ynji)單位美國: 3D Systems公司SLA系列 Aaroflex公司日本: SONY/D-MEC公司 Teijin Seiki公司德國: EOS公司西安交通大學: SPS系列、LPS系列、CPS系列上海聯(lián)泰科技有限公司: RS系列第12頁/共51頁第十二頁，共52頁。SLA設備(shbi)第一臺RP商品化設備(shbi)： 3D Systems公司的SLA250機型第13頁/共51頁第十三頁，共52頁。SLA設備(shbi)SLA5000機型加

6、工(ji gng)尺寸：508508584mm激光掃描速度：5m/s最小層厚：0.05mm第14頁/共51頁第十四頁，共52頁。SLA7000機型加工尺寸(ch cun)：508508600mm激光掃描速度：9.52m/s最小層厚：0.025mm第15頁/共51頁第十五頁，共52頁。第16頁/共51頁第十六頁，共52頁。上海聯(lián)泰科技(kj)有限公司 RS-350S機型 第17頁/共51頁第十七頁，共52頁。CPS快速(kui s)成型機CPS快速成型機采用普通紫外光源，通過光纖將經過一次聚焦(jjio)后的普通紫外光導入透鏡，經過二次聚焦(jjio)后，照射在樹脂液液面上。二次聚焦(jjio)

7、鏡夾持在二維數(shù)控工作臺上，實現(xiàn)X-Y二維掃描運動，配合Z軸升降運動，從而獲得三維實體。第18頁/共51頁第十八頁，共52頁。CPS快速(kui s)成型機設備結構(jigu)簡介整套設備分為兩部分(b fen)，即成型室部分(b fen)和電器控制部分(b fen)。安裝時，兩部分(b fen)合為一起保持設備的整體性，分體的結構便于包裝和運輸。第19頁/共51頁第十九頁，共52頁。CPS快速(kui s)成型機設備(shbi)結構簡介1.機械(jxi)結構(1) Z軸升降工作臺完成托板的升降運動。在制作過程中，進行每一層的步進，制作完成后，實現(xiàn)工作臺快速提升出樹脂液面，以方便零件的取出。運動

8、形式：步進電機驅動，絲杠傳動，導軌導向。以保證Z向的運動精度。第20頁/共51頁第二十頁，共52頁。CPS快速(kui s)成型機設備(shbi)結構簡介1.機械結構(jigu)(2) X-Y方向工作臺主要完成聚焦鏡頭在液面上的二維精確掃描，實現(xiàn)每一層的固化。采用步進電機驅動、精密同步帶傳動、精密導軌導向的運動方式。第21頁/共51頁第二十一頁，共52頁。設備(shbi)結構簡介CPS快速(kui s)成型機1.機械(jxi)結構(3)樹脂循環(huán)系統(tǒng)保證在制作過程中樹脂液面位置不變，以保證聚焦光斑大小恒定。利用樹脂恒定補充，動態(tài)溢流的原理保持樹脂液而不變?；窘Y構: 樹脂內槽、樹脂外槽、排液口、

9、液輪、 內流電機、溢流槽。第22頁/共51頁第二十二頁，共52頁。設備結構(jigu)簡介CPS快速(kui s)成型機2.光學系統(tǒng)光源(gungyun)采用紫外汞氙燈，用橢球面反射罩實現(xiàn)第一次反射聚焦，聚焦后經光纖耦合傳導，再經透鏡實現(xiàn)二次聚焦，最后將光照射到樹脂液面上。第23頁/共51頁第二十三頁，共52頁。設備(shbi)結構簡介CPS快速(kui s)成型機3.控制系統(tǒng)(kn zh x tn)工控機、分層處理軟件、控制軟件等組成。掃描系統(tǒng)、機械結構第24頁/共51頁第二十四頁，共52頁。g)1、前處理(chl)（1） CAD模型及STL文件(wnjin)（2） CAD模型的定向（選擇模

10、型的 擺放方向和位置，設計支撐。）懸垂部分和較大的懸臂及粱第25頁/共51頁第二十五頁，共52頁。支撐(zh chng)結構作用：固定零件、保持零件形狀、減少(jinsho)翹曲變形等防止(fngzh)零件的最底層直接粘結在加工平臺上防止產生漂移防止零件在完全固化前發(fā)生翹曲或塌陷第26頁/共51頁第二十六頁，共52頁。支撐(zh chng)結構1、用于大面積的支撐(zh chng)區(qū)域2、狹長的支撐(zh chng)區(qū)域3、用于非常小的支撐區(qū)域，并且要比待支撐區(qū)域稍大。4、用于垂直懸臂，可以大大減少支撐體積，提高支撐的可去除性。第27頁/共51頁第二十七頁，共52頁。支撐(zh chng)結構

11、g)第28頁/共51頁第二十八頁，共52頁。（3）模型(mxng)的切片及數(shù)據(jù)準備利用分層軟件選擇參數(shù)，將模型分層，得到每一薄片層的平面圖形及其有關的網(wǎng)格矢量數(shù)據(jù)(shj)；根據(jù)層片信息，生成其數(shù)控代碼，用于控制激光束的掃描軌跡。g)第29頁/共51頁第二十九頁，共52頁。3、后處理清洗模型，去除多余的液態(tài)樹脂。去除并修整原型的支撐。去除逐層硬化形成(xngchng)的臺階。后固化處理。2、原型制作給定工藝參數(shù)，完成(wn chng)分層固化成型。第30頁/共51頁第三十頁，共52頁。SLA工藝原型(yunxng)制作實例某航空發(fā)動機上的一個小葉輪，其外圓內徑為100mm，高度為30mm，單個

12、制作(zhzu)過程大約需要1h。第31頁/共51頁第三十一頁，共52頁。SLA工藝原型(yunxng)制作實例1. 數(shù)據(jù)準備(zhnbi) (1) STL格式轉換 進入數(shù)據(jù)準備(zhnbi)系統(tǒng)中，加載零件的STL文件。g)第32頁/共51頁第三十二頁，共52頁。SLA工藝原型制作(zhzu)實例 (2)零件定向(dn xin) (3)參數(shù)設置 （分層參數(shù)） 1. 數(shù)據(jù)(shj)準備 (4)分層切片 (5)支撐編輯 (6)輸出當前模型 成型數(shù)據(jù)文件 (7)退出第33頁/共51頁第三十三頁，共52頁。SLA工藝(gngy)原型制作實例2. 快速(kui s)成型制作 (1)設備調整如刮板(u

13、bn)和托板的零位調整準確，光路光斑調整合理，等等。 第34頁/共51頁第三十四頁，共52頁。SLA工藝原型(yunxng)制作實例2. 快速(kui s)成型制作 (2)加載成型(chngxng)數(shù)據(jù)文件第35頁/共51頁第三十五頁，共52頁。SLA工藝(gngy)原型制作實例2. 快速成型(chngxng)制作 (3) 選擇(xunz)工藝參數(shù)(4)制作(5)退出系統(tǒng)第36頁/共51頁第三十六頁，共52頁。SLA工藝原型(yunxng)制作實例3.后處理 清洗 (酒精)去支撐 (銼刀和刀片)外表面打磨(d m),去除多余的毛邊g)第37頁/共51頁第三十七頁，共52頁。成型(chngxng

14、)件的精度尺寸精度(jn d)形狀精度(jn d)表面質量尺寸誤差：成型件與CAD模型在三維方向上的尺寸相差值形狀誤差：翹曲、扭曲、局部缺陷、遺失特征等表面誤差：臺階、波浪、粗糙度第38頁/共51頁第三十八頁，共52頁。成型(chngxng)件誤差產生原因：1、數(shù)據(jù)處理產生的誤差2、成型(chngxng)過程產生的誤差3、后處理產生的誤差第39頁/共51頁第三十九頁，共52頁。1、數(shù)據(jù)處理產生(chnshng)的誤差STL格式轉換(zhunhun)造成的誤差分層切片(qi pin)造成的誤差第40頁/共51頁第四十頁，共52頁。第41頁/共51頁第四十一頁，共52頁。第42頁/共51頁第四十二

15、頁，共52頁。2、成型(chngxng)過程產生的誤差機器誤差樹脂收縮(shu su)變形加工(ji gng)參數(shù)設置誤差第43頁/共51頁第四十三頁，共52頁。2、成型過程產生(chnshng)的誤差機器誤差制樣平臺(pngti)Z方向升降運動誤差堆積(duj)過程中的層厚精度匹配 Z方向的尺寸誤差激光束掃描的定位誤差、掃描路徑誤差第44頁/共51頁第四十四頁，共52頁。2、成型(chngxng)過程產生的誤差樹脂收縮(shu su)變形從液態(tài)到固態(tài)(gti)的聚合反應過程線性收縮體積收縮逐層堆積時的層間應力，使工件變形、翹曲。整個制件尺寸的變化，導致制件精度誤差。第45頁/共51頁第四十五

16、頁，共52頁。2、成型過程(guchng)產生的誤差加工(ji gng)參數(shù)設置誤差激光掃描方式產生的誤差（連續(xù)掃描、分片區(qū)域掃描、環(huán)形掃描和三角角剖分掃描）光斑補償(bchng)設置誤差 激光功率、掃描速度、掃描間距 P19固化深度P/V 1/H第46頁/共51頁第四十六頁，共52頁。3、后處理誤差(wch)去除支撐引起的變形誤差后固化引起的誤差表面(biomin)處理產生的誤差第47頁/共51頁第四十七頁，共52頁。SLA的制作(zhzu)效率掃描(somio)固化時間 + 輔助時間工作臺升降(shngjing)時間等待時間（V，單位長度的固化時間）（H ，單位面積的掃描路徑 ， 掃描時間掃描）根據(jù)工藝要求確定影響因素第48頁/共51頁第四十八頁，共52頁。成型工藝應用領域 微機電和生物工程等領域 （微米(wi m)或亞微米(wi m)級的細微結構）優(yōu)化：光路系統(tǒng)(xtng)、機械傳動系統(tǒng)(xtng)第49頁/共51頁第四十九頁，共52頁。SLA應用(yngyng)SLA-example2 （ 玩具(wnj)模型） SLA-example1 （電子行業(yè)）SLA-example3（大型(dxng)件）第50頁/共51頁第五十頁，共52頁。謝謝您的觀看(g