快速成型第2章快速成型制造工藝

1、第2章快速成型制造工藝 快速成型制造技術(shù)是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，從1988年世界上第一臺快速成型機問世以來，快速成型制造技術(shù)的工藝方法目前已有十余種。根據(jù)所使用的材料和建造技術(shù)的不同，目前應(yīng)用比較廣泛的方法有：采用光敏樹脂材料通過激光照射逐層固化的光固化成型法、采用紙材等薄層材料通過逐層粘接和激光切割的疊層實體制造法、采用粉狀材料通過激光選擇性燒結(jié)逐層固化的選擇性激光燒結(jié)法和熔融材料加熱熔化技壓噴射冷卻成型的熔融沉積制造法等。21快速成型工藝過程及分類 快速成型的制造方式是基于離散堆積原理的累加式成型，從成型原理上提出了一種全新的思維模式，即將計算機上設(shè)計的零件三維模型，

2、表面三角化處理，存儲成阿STL文件格式，對其進行分層處理，得到各層截面的二維輪廓信息，按照這些輪廓信息自動生成加工路徑，在控制系統(tǒng)的控制下，選擇性地固化或燒結(jié)或切割一層層的成型材料，形成各個截面輪廓薄片，并逐步順序疊加成三維實體，然后進行實體的后處理，形成原型，如圖2-1所示。各種快速成型制造工藝的基本原理都是基于離散的增長方式成型原型或制品?？焖俪尚图夹g(shù)從廣義上講可以分成兩類：材料累積和材料去除。但是，目前人們談及的快速成型制造方法通常指的是累積式的成型方法，而累積式的快速成型制造方法通常是依據(jù)原型使用的材料及其構(gòu)建技術(shù)進行分類的，如圖22所示。22光固化成型工藝 光固化成型工藝，也常被稱為

3、立體光刻成型，英文名稱為StereolithograPhy，簡稱 SL，也有時被簡稱為 SLA（Stereo lithigraphy Apparatus）。該工藝是由 Charles W.Hull于 1984年獲得美國專利，是最早發(fā)展起來的快速成型技術(shù)。自從1988年美國 3D Systems公司最早推出 SLA250商品化快速成型機以來，SLA已成為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工藝方法。它以光敏樹脂為原料，通過計算機控制紫外激光使其逐層凝固成型。這種方法能簡捷、全自動地制造出表面質(zhì)量和尺寸精度較高、幾何形狀較復(fù)雜的原型。221光固化成型工藝的基本原理和特點 1光

4、固化成型工藝的基本原理 光固化成型工藝的成型過程如圖2-3所示。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行逐點掃描，使被掃描區(qū)域的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化，形成零件的一個薄層。一層固化完畢后，工作臺下移一個層厚的距離，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，然后進行下一層的掃描加工，新固化的一層牢固地粘接在前一層上，如此重復(fù)直至整個零件制造完畢，得到一個三維實體原型。當(dāng)實體原型完成后，首先將實體取出，并將多余的樹脂排凈。之后去掉支撐，進行清洗，然后再將實體原型放在紫外

5、激光下整體后固化。 因為樹脂材料的高粘性，在每層固化之后，液面很難在短時間內(nèi)迅速流平，這將會影響實體的精度。采用刮板刮切后，所需數(shù)量的樹脂便會被十分均勻地涂敷在上一疊層上，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。 采用刮板結(jié)構(gòu)進行輔助涂層的另一個重要的優(yōu)點就是可以解決殘留體積的問題，殘留的多余樹脂如圖24所示。最新推出的光固化快速成型系統(tǒng)多采用吸附式涂層機構(gòu)，如圖2-5所示。吸附式涂層機構(gòu)在刮板靜止時，液態(tài)樹脂在表面張力作用下，吸附槽中充滿樹脂。當(dāng)刮板進行涂刮運動時，吸附槽中的樹脂會均勻涂敷到已固化的樹脂表面。此外，涂敷機構(gòu)中的前刃和后刃可以很好地消除樹脂表面因為工作臺

6、升降等產(chǎn)生的氣泡。 2光固化成型工藝的特點 在當(dāng)前應(yīng)用較多的幾種快速成型工藝方法中，由于光固化成型具有制作原型表面質(zhì)量好，尺寸精度高以及能夠制造比較精細(xì)的結(jié)構(gòu)特征，因而應(yīng)用最為廣泛。 （1）光固化成型的優(yōu)點： l）成型過程自動化程度高。SLA系統(tǒng)非常穩(wěn)定，加工開始后，成型過程可以完全自動化，直至原型制作完成。 2）尺寸精度高。SLA原型的尺寸精度可以達(dá)到+ 0lmm 。 3）優(yōu)良的表面質(zhì)量。雖然在每層固化時側(cè)面及曲面可能出現(xiàn)臺階，但上表面仍可得到玻璃狀的效果。 4）可以制作結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜、尺寸比較精細(xì)的模型。尤其是對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜、一般切削刀具難以進入的模型，能輕松地一次成型。 5）可以直接

7、制作面向熔模精密鑄造的具有中空結(jié)構(gòu)的消失型。 6）制作的原型可以在一定程度上替代塑料件。 （2）光固化成型的缺點： 1）成型過程中伴隨著物理和化學(xué)變化，制件較易彎曲，需要支撐，否則會引起制件變形。 2）液態(tài)樹脂固化后的性能尚木如常用的工業(yè)塑料，一般較脆，易斷裂。 3）設(shè)備運轉(zhuǎn)及維護成本較高。由于液態(tài)樹脂材料和激光器的價格較高，并且為了使光學(xué)元件處于理想的工作狀態(tài)，需要進行定期的調(diào)整和嚴(yán)格的空間環(huán)境，其費用也比較高。 4）使用的材料種類較少。目前可用的材料主要為感光性的液態(tài)樹脂材料，并且在大多數(shù)情況下，木能進行抗力和熱量的測試。 5）液態(tài)樹脂有一定的氣味和毒性，并且需要避光保護，以防止提前發(fā)生聚

8、合反應(yīng)，選擇時有局限性。6）在很多情況下，經(jīng)快速成型系統(tǒng)光固化后的原型樹脂并未完全被激光固化，為提高模型的使用性能和尺寸穩(wěn)定性，通常需要二次固化。222光固化成型的工藝過程 光固化成型的制作一般可以分為前處理、原型制作和后處理三個階段。 1前處理 前處理階段主要是對原型的CAD模型進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、確定擺放方位、施加支撐和切片分層，實際上就是為原型的制作準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。下面以某一小手柄為例來介紹光固化快速成型的前處理（圖2-6）。 （ 1） CAD三維造型。三維實體造型是 CAD模型的最好表示，也是快速成型制作必需的原始數(shù)據(jù)源。沒有CAD三維數(shù)字模型，就無法驅(qū)動模型的快速成型制作。CAD模型的三維造型可

9、以在 UG、ProE、Chtia等大型 CAD軟件以及許多小型的CAD軟件上實現(xiàn)，圖 2-6a給出的是小手柄在 UGNX20上的三維原始模型。 （ 2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是對產(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。STI。數(shù)據(jù)處理實際上就是采用若干小三角形片來逼近模型的外表面，STI。數(shù)據(jù)模型如圖26b所示。這一階段需要注意的是STI。文件生成的精度控制。目前，通用的 CAD三維設(shè)計軟件系統(tǒng)都有 STI一數(shù)據(jù)的輸出。 （3）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，擺放方位的確定需要綜合考慮上述各種

10、因素。一般情況下，從縮短原型制作時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，需要將較大的尺寸方向作為疊層方向擺放。有時為了減少支撐量，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)上實現(xiàn)的。 對于小手柄，由于其尺寸較小，為了保證軸部外徑尺寸以及軸部內(nèi)孔尺寸的精度，選擇直立擺放，如圖26C所示。同時考慮到盡可能減小支撐的批次，大端朝下擺放。 （4）施加支撐。擺放方位確定后，便可以施加支撐了。施加支撐是光固化快速成型制作前處理階段的重要工作。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的數(shù)據(jù)模

11、型，施加支撐是費時而精細(xì)的。支撐施加得好壞直接影響著原型制作的成功與否及制作的質(zhì)量。施加支撐可以手工進行，也可以軟件自動實現(xiàn)。軟件自動施加支撐一般都要經(jīng)過人工的核查，進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)良的表面質(zhì)量，目前，比較先進的支撐類型為點支撐，即支撐與需要支撐的模型面是點接觸。圖26d示意的支撐結(jié)構(gòu)就是點支撐。 （5）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行切片，生成RP系統(tǒng)需要的SI。C格式的層片數(shù)據(jù)文件，提供給光固化快速成型制作系統(tǒng)，進行原型制作。圖27給出的是該手柄的光固化原型。 2原型制作 光固化成型過程是在專用的光固化快速成型

12、設(shè)備系統(tǒng)上進行。在原型制作前，需要提前啟動光固化快速成型設(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，激光器點燃后也需要一定的穩(wěn)定時間。設(shè)備運轉(zhuǎn)正常后，啟動原型制作控制軟件，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成型工藝參數(shù)都有默認(rèn)的設(shè)置，不需要每次在原型制作時都進行調(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，進行相應(yīng)的調(diào)整。此外，在模型制作之前，要注意調(diào)整工作臺網(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網(wǎng)板的穩(wěn)固連接。當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒后，就可以啟動疊層制作了。整個疊層的光固化過程都是在軟件系統(tǒng)的控制下自動完成的所有疊層制作完畢后，系統(tǒng)自動停止。圖28給出的

13、是SPS600光固化成型設(shè)備在進行光固化疊層制作時的控制軟件界面。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、工作臺升降速度等有關(guān)信息。 3后處理 光固化成型的后處理主要包括原型的清理、去除支撐、后固化以及必要的打磨等工作。下面以某一SLA 原型為例給出其后處理過程（圖2-9）。 1）原型疊層制作結(jié)束后，工作臺升出液面，停留 510min，以晾干滯留在原型表面的樹脂和排除包裹在原型內(nèi)部多余的樹脂，如圖29a所示。 2）將原型和工作臺網(wǎng)板起斜放晾干，并將其浸入雨酮、酒精等清洗液體中，攪動并刷掉殘留的氣泡，如圖29b所示。如果網(wǎng)板是固定于設(shè)備工作臺上的

14、，直接用鏟刀將原型從網(wǎng)板上取下進行清洗，如圖2干C所示。 3）原型清洗完畢后，去除支撐結(jié)構(gòu)，即將圖29C中原型底部及中空部分的支撐去除干凈。去除支撐時，應(yīng)注意不要到傷原型表面和精細(xì)結(jié)構(gòu)。 4）再次清洗后置于紫外烘箱中進行整體后固化，如圖29d所示。對于有些性能要求不高的原型，可以不做后固化處理。223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。 當(dāng)采用ACESTM方法時，實體的內(nèi)部

15、在激光束的作用下將完全固化，如圖2-9d所示。發(fā)生反應(yīng)的樹脂相當(dāng)于一半線寬的間距。由于間距都相等，所以所固化的樹脂將受到同等累積的紫外激光束的照射并向下形成平直的表面。這種方法只適用于聚合時不收縮的環(huán)氧樹脂，否則在成型時將會發(fā)生變形。 和其他兩種常用的方法相比，ACESTM方法是低變形樹脂材料固化成型中精度最高的。盡管其掃描時間是三種方法中最長的，但該方法廣泛應(yīng)用于高精度原型的制作。 STARWEAVETM方法則依據(jù)一系列在原型內(nèi)部的柵格為所固化的原型提供了較高的尺寸穩(wěn)定性，這些柵格是在每隔一層成型時在每半個間距中產(chǎn)生的，如圖211所示。柵格的末端并不接觸到實體的邊緣，這樣可以減少實體的完全變

16、形。而且，為了便變形更小，棚路線不能相交；但是為了提高實體的強度，柵格線將盡可能地接近。這種方法適用于聚合時收縮率較高的丙烯酸樹脂，同時由于它的掃描時間較短，也適用于環(huán)氧樹脂材料。 QuickCastTM方法主要用于中空的鑄件模型制造中。在成型過程中，每層的外輪廓在內(nèi)部固化之前先被掃描，并且正方形（ QuickCastTM Versionl1）或等邊三角形（QuickCastTM Versionl0）填充在實體中，它們在垂直方向上以一定的距離子行，以便于多余樹脂的排出。三角形的平移如圖2刁2所示，應(yīng)確保每個三角形面的頂點位于前一層三角形質(zhì)心的上方而正方形的平移則按間距的一半距離進行偏離。 由于

17、正方形的內(nèi)角比三角形大，樹脂的月形液面更小，便于排出多余的樹脂。因為QuckCastTM方法生成的原型具有較大的表面，以及樹脂是吸濕性的，所以為了避免因吸濕而產(chǎn)生變形，原型應(yīng)該盡可能快地移到可以控制濕度的地方。224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廓定位。囚此必須設(shè)計一些細(xì)往狀或肋狀支撐結(jié)構(gòu)（如圖2-13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)部分都能可靠固定，同時也有助于減少制件的翹曲變形。從圖213還可見，在模型的底部也設(shè)計和制作了支撐結(jié)構(gòu)，這是為了成型完畢后能方便地從工作臺上取下模型，而不

18、會使模型損壞。成型過程完成后，應(yīng)小心地除去上述支撐結(jié)構(gòu)，從而得到最終所需的模型。圖214所示為常見的支撐結(jié)構(gòu)。其中，斜支撐（圖214a）主要用于支撐懸臂結(jié)構(gòu)部分，它在成型過程中為懸臂提供支承，同時也約束懸臂的翹曲變形；直支撐（圖214b）主要用于支承腿部結(jié)構(gòu)；腹板（圖214C）主要用于大面積的內(nèi)部支承；十字壁板（圖2-14d）主要用于孤立結(jié)構(gòu)部分的支撐。 在常用的幾種快速成型方法中，熔融沉積成型方法也需要在原型的制作過程中施加支撐結(jié)構(gòu)。225光固化成型的收縮變形 1樹脂收縮原因 樹脂在固化過程中都會發(fā)生收縮，通常其體收縮率約為10，錢收縮率約為3。從分子學(xué)角度講，光敏樹脂的固化過程是從短的小分

19、子體向長鏈大分子聚合體轉(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。樹脂的收縮主要由兩部分組成，一部分是固化收縮；另外一部分是當(dāng)激光掃描到液體樹脂表面時，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，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，可以忽略不計。而光固化樹脂在光固化過程所產(chǎn)生的體積收縮對零件精度（包括形狀精度和尺寸精度）的影響是不可忽視的。從高分子物理學(xué)方面來解釋，產(chǎn)生這種體積收縮的一個重要原因是，處于液體狀態(tài)的小分子之間為范德華作用力距離，而固體態(tài)的聚合物，其結(jié)構(gòu)單元之間處于共價鍵距離，共價鍵距離遠(yuǎn)小于范德華力的距離，所以液

20、態(tài)須聚物固化變成固態(tài)聚合物時，必然會導(dǎo)致零件的體積收縮。由上所述，無論從高分子物理還是從高分子化學(xué)角度分析，樹脂收縮都是由于聚合反應(yīng)時分子結(jié)構(gòu)的變化而引起，是一個內(nèi)部過程。 2零件成型過程中樹脂收縮產(chǎn)生的變形 在零件成型過程中，被激光掃描到的樹脂發(fā)生聚合反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為固體，分子間距縮小，必然發(fā)生收縮，這種收縮由樹脂的固有特性決定，有時是非常明顯的。按照某一給定長度掃描一條線，其最終固化長度必小于給定長度。在收縮率不變的情況下，掃描線越長，絕對收縮量越大。這種材料累加成型方式要求零件層與層之間必須固化連接，當(dāng)掃描至某一層時，該層產(chǎn)生固化收縮，此時這一層與其下已固化層之間的連接，導(dǎo)致前一固化層受到一

21、向上拉的力矩作用，極易發(fā)生高出該層所在平面的翹曲變形現(xiàn)象。典型的有懸臂梁翹曲，其發(fā)生翹曲變形過程時，零件的懸臂端最初生于液體樹脂之上，因其底部沒有支撐，故在固化過程中不受約束力作用，不表現(xiàn)出翹曲現(xiàn)象，當(dāng)掃描速度比較高時，這一層反而有輕微下彎趨勢。隨后當(dāng)累加層累加于其上時，開始受到前面固化層的約束作用，在收縮時對前一固化層產(chǎn)生一向上的拉應(yīng)力作用，從而表現(xiàn)為翹曲變形。在一般情況下，不管成型件中有無懸臂梁存在，導(dǎo)致翹曲變形的翹曲力都會存在，最終表現(xiàn)為翹曲行為。零件幾何形狀不同，樹脂固化時的絕對收縮量和零件內(nèi)部各部分的應(yīng)力分布不同，由此引起的變形也各不相同。此外，還有可能出現(xiàn)與輔助動作（如刮平）和樹脂

22、性能有關(guān)的表面不平（凸出或凹陷）現(xiàn)象，影響零件表面精度。 3零件后固化時收縮產(chǎn)生的變形 盡管樹脂在激光掃描過程中已經(jīng)發(fā)生聚合反應(yīng)，但只是完成部分聚合作用，零件中還有部分處于液態(tài)的殘余樹脂未固化或未完全固化，零件的部分強度也是在后固化過程中獲得的，因此，后固化處理對完成零件內(nèi)部樹脂的聚合，提高零件最終力學(xué)性能是必不可少的。后固化時，零件內(nèi)未固化樹脂發(fā)生聚合反應(yīng)，體積收縮也引起均勻或不均勻形變。與掃描過程中變形不同的是，由于完成掃描之后的零件是由一定間距的層內(nèi)掃描線相互粘接的薄層疊加而成，線與線之間、面與面之間既有未固化的樹脂，相互之間又存在收縮應(yīng)力和約束，以及從加工溫度（一般高于室溫）冷卻到室溫

23、引起的溫度應(yīng)力，這些因素都使固化部分對未固化樹脂的后固化產(chǎn)生約束，因此，零件在后固化過程中也要產(chǎn)生變形。后固化的變形特點如下： 1）后固化收縮非常不均勻，且隨著掃描長度增加而增加，其原因是隨著掃描長度增加，其內(nèi)部包含的本固化樹脂量增加，放收縮量增加。 2）后固化收縮隨掃描路徑的不同而有極大差異，其差異主要取決于末固化樹脂在零件中存在的數(shù)量和方式，當(dāng)然與樹脂本身的收縮特性也有很大關(guān)系。所以零件成型時掃描路徑的選擇是非常重要的。 3）后固化收縮量占總收縮量的2540左右，所以為保持零件最終尺寸穩(wěn)定性，后固化是非常必要的。2. 2 6光固化成型的精度及控制 光固化快速成型技術(shù)發(fā)展到今天，光固化原型的

24、精度一直是人們持續(xù)需要解決的難題。原型的精度一般包括形位精度、尺寸精度和表面精度。形狀誤差主要有：翹曲變形、扭曲變形、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三個方向上的尺寸相差值；表面精度主要包括由疊層累加產(chǎn)生的臺階誤差及表面粗糙度等。 影響光固化成型精度的因素很多，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。按照成型機的成型工藝過程，可以將產(chǎn)生成型誤差的因素按圖2-15所示分類。下面對各主要影響因素及相對應(yīng)的控制措施敘述如下： 1幾何數(shù)據(jù)處理造成的誤差 在成型過程開始前，必須對實體的三維CAD模型進行STLI 格

25、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，在進行數(shù)據(jù)處理時會帶來誤差。 STL 文件的數(shù)據(jù)格式是“棋盤狀”的數(shù)據(jù)格式，它采用大量小三角形面片來近似逼近實際模型的表面。圖2-16為一圓柱體和圓球的STL 格式。從本質(zhì)上講，小三角形面片不可能完全表達(dá)實際表面信息，不可避免地會產(chǎn)生弦差，導(dǎo)致截面輪廓線誤差，如圖217 所示?？梢姡绻∪切蚊嫫^少，就會造成成型件的形狀、尺寸精度無法滿足要求。但如果減小弦差值以增加小三角形面片的數(shù)量，STI。文件占用的空間量又太大，可能會超出快速成型系統(tǒng)所能接受的范圍，所以應(yīng)適當(dāng)調(diào)整STL格式的轉(zhuǎn)化精度。 3D Systems公司于 1992年開

26、發(fā)了SLC數(shù)據(jù)格式，有效消除了由原始數(shù)據(jù)模型進行STL 格式轉(zhuǎn)換中出現(xiàn)的問題，減小了STL 格式化帶來的誤差。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CAD實體模型進行直接分層的方法。在商用軟件中， ProE具有對實體的三維 CAD模型直接分層的功能，如圖218所示。 在進行切片處理時，因為切片厚度不可能太小，因而在成型工件表面會形成“臺階效應(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，但層厚過小會增加切片層的數(shù)量，如圖219所示，致使數(shù)據(jù)處理龐大，增加了數(shù)據(jù)處理的時間。 切層的厚度直接影響成型件的表面粗糙度，軸向切片的精度及成型時間，是光固化

27、成型工藝中最主要的控制參數(shù)之一，因此，必須仔細(xì)選擇切層厚度。有關(guān)學(xué)者采用不同算法進行了自適應(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，選取較小的分層厚度，以提高原型的成型精度；反之則選取較大的分層厚度，以提高加工效率。自適應(yīng)分層如圖2-20所示。 2成型過程中材料的固化收縮引起的翹曲變形 光固化成型工藝中，液態(tài)光敏樹脂在固化過程中都會發(fā)生收縮。這是因為液態(tài)光敏樹脂在激光束的照射下發(fā)生光交聯(lián)反應(yīng)，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化，聚合后的結(jié)構(gòu)單元的共價鍵距離小于液態(tài)時的范德華力作用距離，導(dǎo)致聚合過程產(chǎn)生體積收縮。收縮會在工件

28、內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。沿層厚從正在固化的層表面向下，隨固化程度不同，層內(nèi)應(yīng)力呈梯度分布。在層與層之間，新固化層收縮時要受到層間粘合力限制。層內(nèi)應(yīng)力和層間應(yīng)力的合力作用，致使工件產(chǎn)生翹曲變形。 對于因材料固化收縮而帶來的翹曲變形，可以通過改進材料配方的方法（如在收縮性樹脂中加入適量的膨脹型單體），來控制光固化過程中產(chǎn)生的體積收縮?，F(xiàn)在越來越多的 SLA工藝應(yīng)用商使用陽離子型光固化樹脂（目前常用的陽離子型齊聚物是環(huán)氧化合物和乙烯基醚），它與自由基型光固化樹脂（主要以環(huán)氧丙烯酸酯、聚氨酯丙稀酸酯和乙氧化-雙酚A丙稀酸酯作為齊聚物）相比，固化收縮率小，從而提高了成型精度。此外，在軟件設(shè)計時對體積收縮進行補償也

29、是有效的方法。 3樹脂涂層厚度對精度的影響 光固化成型是一種逐層累加的加工方法，一層液態(tài)樹脂固化后，需要在已固化層表面涂上一層均勻厚度的液態(tài)樹脂，使成型過程連續(xù)進行。樹脂涂層厚度是影響光固化成型精度的關(guān)鍵因素之一。 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，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，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，層間產(chǎn)生的應(yīng)力就越大，敢為了減小層間應(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。為了達(dá)到這個目的，Jacobs等人提出了“二次曝光

30、潔”。“二次曝光法”是根據(jù)曝光等效原理提出的：多次反復(fù)曝光后的固化深度與以多次曝光量之和進行一次曝光的固化深度是等效的。針對二次曝光法存在的層間漂移缺陷，進一步提出了“改進的二次曝光法”。 減小涂層厚度，提高Z向運動精度，也可以提高成型精度?，F(xiàn)有的成型機，層厚的選擇范圍受涂層系統(tǒng)的限制，一般采用浸沒式和真空吸附式涂層系統(tǒng)。浸沒式和真空吸附式涂層系統(tǒng)均為自由液面式涂層系統(tǒng)，受液體樹脂粘度的影響較大，很難獲得很薄的涂層。近期研究提出的約束液面方式，可獲得均勻一致的小涂層厚度，節(jié)省等待樹脂流平時間，且不需要刻意降低樹脂粘度。 4光學(xué)系統(tǒng)對成型精度的影響 在光固化成型過程中，成型用的光點是一個具有一定

31、直徑的光斑，因此實際得到的制件是光斑運行路徑上一系列團化點的包絡(luò)線形狀。如果光斑直徑過大，有時會丟失較小尺寸的零件細(xì)微特征，如在進行輪廓拐角掃描時，拐角特征很難成型出來，如圖 221所示。聚焦到液面的光斑直徑大小以及光斑形狀會才直接影響加工分辨率和成型精度。目前SLA系統(tǒng)的光源大多采用多模激光器，一般為HeCd激光器和固體激光器，其光斑直徑和發(fā)散角都較大，直接導(dǎo)致了成型精度的降低。為此，可采用單模激光圖221輪廓拐角處的掃描器取代多模激光器。單模激光器光束成像質(zhì)量好、邊界清晰，光斑直徑小，可聚焦到隊0.01mm之內(nèi)。 在 SLA系統(tǒng)中，掃描器件采用雙振鏡模塊（圖222中 A和 B）。設(shè)置在激光

32、束的匯聚光路中，由于雙振鏡在光路中前后布置的結(jié)構(gòu)特點，造成掃描軌跡在X軸向的“枕形”畸變。當(dāng)掃描正方形圖形時，掃描軌跡并非一個標(biāo)準(zhǔn)的正方形，而是出現(xiàn)圖223中所示的“枕形”畸變。“枕形”畸變可以通過軟件校正。 雙振鏡掃描的另一個缺陷是，光斑掃描軌跡構(gòu)成的像場是球面，與工作面不重合，產(chǎn)生聚焦誤差或Z細(xì)誤差。掃描范圍越大，上述現(xiàn)象越嚴(yán)重，對加工質(zhì)量的影響也越大。聚焦誤差可以通過動態(tài)聚焦模塊得到校正。動態(tài)聚焦模塊可在振鏡掃描過程中同步改變模塊焦距，調(diào)整焦距位置，實現(xiàn)Z輪方向掃描，與漢振鏡構(gòu)成一個三維掃描系統(tǒng)。聚焦誤差也可以用透鏡前掃描和則透鏡（其結(jié)構(gòu)形式常有單塊非球面透鏡和雙透鏡兩種形式）進行校正。

33、掃描器位于透鏡之前，激光束掃描后射在聚焦透鏡的木同部位，并在其焦平面上形成直線軌跡與工作平面重合，如圖224所示。這樣可以保證激光聚焦焦點在光敏樹脂液面上，使達(dá)到光敏樹脂液面的激光光斑直徑小，五光斑大小不變。 5激光掃描方式對成型精度的影響 掃描方式與成型工件的內(nèi)應(yīng)力有密切關(guān)系，合適的掃描方式可減少零件的收縮量，避免翹曲和扭曲變形，提高成型精度。 SLA工藝 型時多采用方向平行路徑進行實體填充，即每一段填充路徑均互相平行，在邊界線內(nèi)順序往復(fù)掃描進行填充（也稱為Z字形（Zig-Zag）或光柵式掃描方式），如圖225a所示。但在掃描一行的過程中，掃描線經(jīng)過型腔時，掃描器以跨越速度快速跨過。這種掃描

34、方式，需頻繁跨越型腔部分，一方面空行程太多，會出現(xiàn)嚴(yán)重的“拉絲”現(xiàn)象（空行程中樹脂感光固化成絲狀）；另一方面掃描系統(tǒng)頻繁地在填充速度和快進速度之間變換，會產(chǎn)生嚴(yán)重的振動和噪聲，激光器要頻繁進行開關(guān)切換，降低了加工效率。 圖225b中采用分區(qū)掃描方式，在各個區(qū)域內(nèi)采用連貫的Zig-Zag掃描方式，激光器掃描至邊界即回折反向填充同一區(qū)域，并不跨越型腔部分；只有從一個區(qū)域轉(zhuǎn)移到另外一個區(qū)域時，才快速跨越。這種掃描方式可以省去激光開關(guān)，提高成型效率，并且由于采用分區(qū)后分散了收縮應(yīng)力，減小了收縮變形，提高了成型精度。 跳躍光柵式掃描又可分為長光柵式掃描和短光柵式掃描（圖2-26）。應(yīng)用模擬和試驗的方法掃

35、描加工懸臂粱，結(jié)果表明，與長光柵式掃描相比較，采用短光柵式掃描更能減小扭曲變形。采用跳躍光柵式掃描方式能有效地提高成型精度，因為跳躍光柵式掃描方式可以使已固化區(qū)域有更多的冷卻時間，從而減小了熱應(yīng)力。 對掃描方式的研究表明，在對平板類零件進行掃描時宜采用螺旋式掃描方式，如圖227所示，且從外向內(nèi)的掃描方式比從內(nèi)向外的掃描方式加工生產(chǎn)的零件精度高。 光固化快速成型工藝有著自身的優(yōu)點和發(fā)展前景，精度問題是衡量光固化成型工藝的一個重要指標(biāo)，也是人們極為關(guān)注的問題。光固化成型工藝涉及許多學(xué)科的知識，影響其精度的因素很多，為了進一步提高精度，不能片面地只針對某一因素而忽略其池的影響因素，要綜合考慮各因素的

36、共同影響。光固化過程行為十分復(fù)雜，要對激光固化過程有一個本質(zhì)認(rèn)識。為提高其精度，可通過提高數(shù)據(jù)處理精度，研究開發(fā)用CAD原始數(shù)據(jù)直接切片方法，減少數(shù)據(jù)處理量以及由STI。格式轉(zhuǎn)換過程而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)缺陷和輪廓失真。光敏材料固化收縮是影響其精度的一個主要因素，要加大對材料的研制開發(fā)，通過對材料的改性處理來提高制件的物理性能、力學(xué)性能和精度。在制件加工之前，可通過模擬系統(tǒng)，建立過程模型，對工藝參數(shù)進行優(yōu)化，找到最優(yōu)的工藝參數(shù)以提高零件精度。通過實驗深入研究成型工藝，使成型工藝過程不斷成熟，工藝參數(shù)得到優(yōu)化，并從硬件和軟件兩個方面對工藝參數(shù)進行補償，達(dá)到提高零件精度的目的。在光固化成型工藝中，成型精度固

37、然重要，但是在重視精度的同時不能忽略制造周期、成型效率、制件性能、成本等一系列至關(guān)重要的問題，只有在不斷減少成型時間和生產(chǎn)成本的同時，制造出高精度的優(yōu)質(zhì)零件，才能使光固化成型工藝的經(jīng)濟性和技術(shù)性更具有吸引力，以達(dá)到發(fā)揮光固化成型工藝快速、高效、高精度、低成本的優(yōu)勢。 6光斑直徑大小對成型尺寸的影響 在光固化成型中，圓形光斑有一定直徑，固化的線寬等于在該掃描速度下實際光斑的直徑大小。如果不采用補償，光斑尺寸反掃描路徑對制件輪廓尺寸的影響如圖228所示。成型的零件實體部分外輪廓周邊尺寸大了一個光斑半徑，而內(nèi)輪廓周邊尺寸小了一個光斑半徑，結(jié)果導(dǎo)致零件的實體尺寸大了一個光斑直徑，使零件出現(xiàn)正偏差。為了

38、減小或消除實體尺寸的正偏差，通常采用光斑補償方法，使光斑掃描路徑向?qū)嶓w內(nèi)部縮進一個光斑半徑。從理論上說，光斑掃描按照向?qū)嶓w內(nèi)部縮進一個光斑半徑的路徑掃描，所得零件的長度尺寸誤差為零。 設(shè)零件理論長度為L，零件誤差為，光斑補償直徑為D1， 實際光斑直徑為D0，則有：L十= LD0D1，即D0= 十D1。可見，實際光斑直徑大小等于所設(shè)定的補償直徑加上誤差值。也就是說，若制件尺寸誤差為正偏差，需要光斑補償直徑加上偏差值，光斑補償直徑變大；若誤差為負(fù)偏差，要將光斑補償直徑減去偏差的絕對值，光斑補償直徑變小。 可以通過調(diào)整光斑補償值的大小，修正制件的誤差大小。光斑補償值可根據(jù)尺寸誤差情況設(shè)置，范圍在01

39、03mm之間。制件尺寸誤差為正偏差，光斑補償直徑設(shè)置大一些；誤差為負(fù)偏差，光斑補償直徑設(shè)置小一些。 7激光功率、掃描速度、掃描間距產(chǎn)生的誤差 光固化快速成型過程是一個“線一面一體”的材料累積過程，為了分析掃描過程工藝參數(shù)（激光功率、掃描速度、掃描間距）產(chǎn)生的誤差，首先對掃描固化過程進行理論分析，進而找出各個工藝參數(shù)對掃描過程的影響。 (1）單線掃描固化理論分析。單線的掃描固化是成型的基本單位，所以研究單線掃描固化特性對于成型零件的特性具有重要的意義。經(jīng)測試表明，激光光束能量徑向分布為高斯分布。式中 PL-紫外光束的功率； W0光斑半徑； VS掃描速度。 掃描固化線條的輪廓線為拋物線，用公式表示

40、為 依據(jù)式（22），在掃描參數(shù)已知的條件下，可以得知掃描固化線條的理論輪廓線。例如，當(dāng) Wn=005mm、 Dp=016mm、 PL=300mW、 VS=3500mms時，光固化線條如圖229所示。 在光斑的中心處具有最大的固化深度，此時，h0，得到由上式可知，PL/Vs的比值決定了最大固化深度Zmax。 圖2-30所示為美國DSM公司開發(fā)的面向光固化快速原型制作的SO-MOS111120樹脂PL/Vs的比值與最大固化深度的關(guān)系曲線（樹脂臨界曝光量Ec= 115mJCm2 、透射深度Dp= 016mm、光斑半徑W0=0 05mm）。在樹脂的液面上，具有最大的固化寬度，此時，Z=0，得到 圖23

41、1所示為美國DSM公司開發(fā)的面向光固化快速原型制作的SOMOS1ll20樹脂PLVS的比值與最大固化寬度的關(guān)系曲線（樹脂臨界曝光量EC=11smjcm2 、透射深度Dp= 016mm、光斑半徑W。= 005mm）。 單線掃描固化主要針對的是制件的輪廓線，通過單線掃描固化分析，可知： 1）單線掃描時的固化深度同激光功率與掃描速度的比值（ PL Vs）成正比。 2）在激光能量、掃描速度、光斑直徑、材料參數(shù)已知的條件下，可以計算出固化線條截面的贓物線形狀，以及固化線條的最大固化深度和最大固化寬度。 固化成型線條截面形狀，與理論掃描線條的截面形狀相比較，存在一定差別，主要原因為：第一，光斑束的照射方向

42、并非垂直于樹脂表面，而是以光錐形式投射的；第二，經(jīng)光纖耦合柔性傳輸并聚焦于樹脂表面的光斑能量分布并非均勻，而是呈高斯型或準(zhǔn)高斯型；第三，理想聚焦光斑不可能剛好與液面相重合，由于光斑瞄準(zhǔn)是手動的，這一離散對準(zhǔn)誤差相對較大，使得光斑的投射方向或是聚焦投射，或是發(fā)散投射。由此，造成了理論截面與實際截面在形狀上的一定差別。 (2）平面掃描特性理論分析。平面掃描就是用多條掃描線對一個截面進行掃描固化，當(dāng)掃描線的間距HS小于一定的數(shù)值時，各掃描線之間就會有能量的疊加，這種能量的疊加遵從曝光等效原理。 對于能量分布為高斯分布的光束，當(dāng)掃描線之間的距離Hs小于43W。時，相互之間有能量的疊加。但僅有這樣的能量

43、疊加是不夠的，因為各條掃描線之間還有許多的樹脂沒有固化，造成一個固化層的固化厚度不均勻，如圖232所示，這是由于在垂直于掃描線方向的能量分布不均造成的。 對于平面掃描固化，在工藝參數(shù)一定的條件下，需要得知平面的固化深度。平面掃描固化深度與激光功率掃描速度的比值（PL/Vs）有關(guān)，固化深度Cd的計算方法為 平面掃描固化深度C的確定對實際加工具有重要指導(dǎo)意義，因此需要確定固化深度Cd與工藝參數(shù)的關(guān)系曲線。由式（25）得知，平面掃描固化深度與掃描速度、激光功率和掃描間距有關(guān)。227光固化成型的制作時間 光固化成型中的光源通常采用激光器，運行成本較高，而采用其他替代光源的光固化成型設(shè)備，受光源功率等因

44、素的影響，成型速度較低。因此，成型過程要求零件的制作時間盡量減少，以滿足快速獲得零件原型的目的，并且減少制作成本。 1影響制作時間的因素 光固化成型零件是由固化層逐層累加形成的，成型所需要的總時間由掃描固化時間及輔助時間組成，可表示為式中t-成型一個零件所需要的總時間； tci-第i層固化所需要的時間，tci與零件的體積V及制作零件的層數(shù)N 有關(guān)，可以表示為tci=kVN，k表示掃描單位體積所需要的時間； tp -層輔助時間，一般情況下，tp可以近似認(rèn)為是常數(shù)，輔助時間主要包括工作臺的運動時間、每層零件的涂覆時間和層間等待時間； N-零件的總層數(shù)。 成型過程中，每層零件的輔助時間tp與固化時間

45、tci的比值反映了成型設(shè)備的利用率，可以通過如下公式表示 可以看出，當(dāng)實體體積越小，分層數(shù)越多時，輔助時間所占的比例就越大，如制作大尺寸的薄殼零件，這時成型設(shè)備的有效利用很低。因此在這種情況下，減少輔助時間對提高成型效率是非常有利的。 2減少制作時間的方法 針對成型零件的時間構(gòu)成，在成型過程中，可以通過改進加工工藝、優(yōu)化掃描參數(shù)等方法，減少零件成型時間，提高加工效率，實際使用中通常采用以下幾種措施。 （l）減少輔助成型時間。輔助時間與成型方法有關(guān)，一般可通過如下公式表示為式中tp1工作臺升降運動所需要的時間； tp2完成樹脂涂覆所需要的時間； tp3。等待液面平穩(wěn)所需要的時間。 可見減少升降時

46、間、樹脂涂覆時間及等待時間，可以減少成型中的輔助時間。通過改進樹脂涂覆系統(tǒng)，可以使得在每層零件固化完成后，工作臺只需要下降一個層厚的距離，這種工作臺的微距離運動可以減少樹脂的波動，相應(yīng)減少了保證涂覆樹脂表面平穩(wěn)的層間等待時間，特別是對于大尺寸的零件，成型層數(shù)較多（通常幾百層，甚至上千層），這時減少輔助時間尤為必要。 （2）層數(shù)較少的制作方向。從式（26）可以看出，零件的層數(shù)對成型時間的影響很大。對于同一個成型零件，在不同的制作方向的條件下，成型時間差別較大。快速成型方法制作零件時，在保證質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量減少制作層數(shù)。制作方向的選擇通常要考慮成型質(zhì)量和成型效率兩方面問題。有一些零件，無論是從

47、制作的精度還是制作效率，以及制作的方便性等方面考慮，只有一個方向是最優(yōu)的。但是大多數(shù)情況下，零件的制作方向可以有多種選擇，如手機外殼原型，它的制作方向可以多種多樣，如果直立制作，減小了成型的階梯效應(yīng)引起的表面誤差，提高了零件的表面質(zhì)量，同時由于在這個制作方向上，零件的固化截面較小，樹脂涂層過程中避免了涂不滿、中部凸起、涂層不均勻等涂層問題，但是由于制作層數(shù)較多，制作時間較長；如果采用平臥的方向，這一方向的制作層數(shù)最少，因此制作時間最短，但是固化時存在較大的截面，容易出現(xiàn)涂層質(zhì)量問題。 對零件制作方向進行優(yōu)化選擇可以降低成型時間。對比不同制造方向時的成型時間（見表2l），可以看出，選擇制作層數(shù)較

48、少的制作方向，零件制作時間木同程度地減少，甚至減少了近70。 3掃描參數(shù)對成型效率的影響 式（26）表明減小每一層的掃描時間可以降低零件的總成型時間，提高成型效率。每一層的掃描時間t。；與掃描速度、掃描間距、掃描方式及分層厚度有關(guān)，通常掃描方式和分層厚度是根據(jù)工藝要求確定的，每層的掃描時間取決于掃描速度及掃描間距的大小，其中掃描速度決定了單位長度的固化時間，而掃描間距的大小決定單位面積上掃描路徑的長短。 光固化快速成型中，光源的能量不是均勻分布的，光束的能量分布符合高斯分布曲線，光敏樹脂團化時，對紫外光的吸收一般符合Beer- Lanber規(guī)則，樹脂吸收紫外光引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)，這一光化學(xué)反應(yīng)主要

49、由GrottusDraper和Einstein定律支配，反應(yīng)后樹脂固化，輪廓曲線近似為高斯曲線，其固化截面理論形狀如圖233所示。 光束固化一個平面時，固化面是由一系列相鄰的固化線相互粘接而組成。由于樹脂固化線的寬度大于掃描間距（通常0lmm），成型中相鄰掃描線之間產(chǎn)生部分重疊。相鄰固化線之間的重疊（圖234），其重疊部分的大小決定于光斑的直徑和掃描間距的大小。實際成型中相鄰固化線之間有較大的重疊，因此可以采用較大的掃描間距，相鄰固化線之間仍然可以有效地相互粘接。 掃描間距的提高縮短了紫外光在固化平面往復(fù)運動時的掃描距離。表22為不同的掃描間距下零件的制作時間。當(dāng)掃描間距提高到 02mm時，這

50、時零件的制作時間只有間距為0lmm時的5262，成型時間減少接近一半；而當(dāng)掃描間距提高到03mm時，制作時間只有間距為0lmm時的40左右。即在同樣的制作條件下，適當(dāng)提高固化成型中的掃描間距，可以有效地減少零件制作時間，提高制作效率。 光固化成型制作時間影響制作效率及制作成本，零件的制作時間主要由固化成型時間和輔助時間兩部分組成，通過改進樹脂涂覆系統(tǒng)，減少了工作臺升降距離，同時減少了涂覆樹脂的波動，從而有效地降低零件制作的輔助時間。同一零件在成型過程中可以選擇不同的制作方向，制作方向的選擇直接影響制作層數(shù)的多少，采用制作層數(shù)較少的制作方向，是減少制作時間的另一個措施。樹脂固化線的寬度通常大于零

51、件的掃描間距，掃描一層樹脂時，增大掃描間距可以減小掃描路徑，從而減少了掃描時間，提高了成型效率，通過增大掃描間距，可以將成型時間減少60左右。 228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)，便會導(dǎo)致一些微細(xì)結(jié)構(gòu)的丟失。 1.微細(xì)結(jié)構(gòu)光固化快速成型數(shù)據(jù)處理 在實際加工中的數(shù)據(jù)處理階段，有時需要對制件的STI。模型進行Z軸補償，以提高高度方向上制件的成型精度，而Z軸補償是對整個STI。數(shù)據(jù)模型的補償，這樣必然會影響到模型上的微細(xì)結(jié)構(gòu)。如圖2七5所示，采用較大的Z軸補償值時，字體結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變。對此

52、，必須采取有效的措施來降低Z軸補償對微細(xì)結(jié)構(gòu)的影響。 為避免Z軸補償數(shù)據(jù)處理引起的微細(xì)結(jié)構(gòu)的畸變，采用STI。文件數(shù)據(jù)模型“分割一Z軸補償一縫合”的方法，可以有效降低Z軸補償對微細(xì)結(jié)構(gòu)的影響。其思路是把微細(xì)結(jié)構(gòu)分割出去，對剩余部分進行補償算法，然后再縫合為一體。 2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)量的主要因素是臺階紋。為了降低臺階紋的影響，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

53、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。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，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45o，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。同時隨著夾角變小，文字例表面的臺階紋現(xiàn)象也隨之減小，進而也提高了文字表面的質(zhì)量。23疊層實體制造工藝 疊層實體制造技術(shù)（Laminated Object Manufacturing， LOM是幾種最成熟的快速

54、成型制造技術(shù)之一。這種制造方法和設(shè)備自1991年問世以來，得到迅速發(fā)展。由于疊層實體制造技術(shù)多使用紙材，成本低廉，制件精度高，而且制造出來的木質(zhì)原型具有外在的美感性和一些特殊的品質(zhì)，因此受到了較為廣泛的關(guān)注，在產(chǎn)品概念設(shè)計可視化、造型設(shè)計評估、裝配檢驗、熔模鑄造型芯、砂型鑄造本模、快速模具母模以及直接制模等方面得到了迅速應(yīng)用23.1疊層實體制造工藝的基本原理和特點 1疊層實體快速成型工藝的基本原理 圖249為疊層實體快速成型制造技術(shù)的原理簡圖，它由計算機、原材料存儲及送進機構(gòu)、熱粘壓機構(gòu)、激光切割系統(tǒng)、可升降工作臺、數(shù)控系統(tǒng)和機架等組成。其中，計算機用于接收和存儲工件的三維模型，沿模型的高度方

55、向提取一系列的橫截面輪廓線，發(fā)出控制指令。原材料存儲及送進機構(gòu)將存于其中的原材料（如底面有熱熔膠和添加劑的紙），逐步送至工作臺的上方。熱料壓機構(gòu)將一層層材料粘合在一起。激光切割系統(tǒng)按照計算機提取的橫截面輪廓線，逐一在工作臺上方的材料上切割出輪廓線，并將無輪廓區(qū)切割成小方網(wǎng)格，以便在成型之后能剔除廢料，如圖250所示。網(wǎng)格的大小根據(jù)被成型件的形狀復(fù)雜程度選定，網(wǎng)格越小，越容易剔除廢料，但切割網(wǎng)格花費的時間較長，否則反之?？缮倒ぷ髋_支撐成型的工件，并在每層成型之后，降低一個材料厚度（通常為外l隊Zmm），以便送進、粘合和切割新的一層材料。數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行計算機發(fā)出的指令，控制材料的送進，然后粘和、切割，最終形成三維工件原型。 2疊層實體快速成型技術(shù)的特點 LOM原型制作設(shè)備工作時，CO2激光器掃描頭接指令做x-y切割運動，逐層將鋪在工作臺上的薄材切成所要求輪廓的切片，并用熱壓輥將新鋪上的薄材牢固地粘在已成型的下層切片上，隨著工作臺按要求逐層下降，薄材進給機構(gòu)的反復(fù)進給薄材，最終制成三維層壓工件。其主要特點如下： （1）原材料價格便宜，原型制作成本低。 （2）制件尺寸大。 （3）無需后固化處理。 （4）無需設(shè)計和制作支撐結(jié)構(gòu)。 （5）廢料易剝離。 （6）制件能承受高達(dá)200”C的溫度，有較高的硬度和較好的力學(xué)性能，可進行各種切削加工。 （