光固化成型PPT課件

1、2021/6/71目錄 光固化成型的概念 光固化成型的原理 光固化成型的應(yīng)用 光固化成型的優(yōu)勢與缺憾 光固化成型的發(fā)展前景 2021/6/72光固化成型的概念 Stereo lithography Appearance的縮寫,即立體光固化成型法. 光固化（photocuring）指單體、低聚體或聚合體基質(zhì)在光誘導下的固化過程，一般用于成膜過程等不飽和聚酯樹脂的光固化。用特定波長與強度的激光聚焦到光固化材料表面,使之由點到線,由線到面順序凝固,完成一個層面的繪圖作業(yè),然后升降臺在垂直方向移動一個層片的高度,再固化另一個層面.這樣層層疊加構(gòu)成一個三維實體.2021/6/73 光固化技術(shù)是項節(jié)能和清

2、潔環(huán)保型技術(shù)，它節(jié)約能源能耗僅為熱固化的五分之一，且不含溶劑、對生態(tài)環(huán)境有保護作用，不會向大氣排放毒氣和二氧化碳，故被譽為“綠色技術(shù)”。光固化技術(shù)(UV)是通過一定波長的紫外光照射，使液態(tài)的環(huán)氧丙烯酸樹脂高速聚合而成固態(tài)的一種光加工工藝，光固化反應(yīng)本質(zhì)上是光引發(fā)的聚合、交聯(lián)反應(yīng)。光固化涂料是光固化技術(shù)在工業(yè)上大規(guī)模成功應(yīng)用的最早范例，也是目前光固化產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)銷量最大的產(chǎn)品，規(guī)模遠大于光固化油墨和光固化膠結(jié)劑，而環(huán)氧丙烯酸是主要的光固化涂料。2021/6/74光固化成型的原理 光固化快速成型制造技術(shù)不同于傳統(tǒng)的材料去除制造方法，它的成型原理是：SLA將所設(shè)計零件的三維計算圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一系列很薄

3、的模型截面數(shù)據(jù)，然后在快速成型機上，用可控制的紫外線激光束，按計算機切片軟件所得到的每層薄片的二維圖形輪廓軌跡，對液態(tài)光敏樹脂進行掃描固化，形成連續(xù)的固化點，從而構(gòu)成模型的一個薄截面輪廓。下一層以同樣的方法制造。該工藝從零件的最底薄層截面開始，一次一層連續(xù)進行，直到三維立體模型制成。一般每層厚度為0.0760.381mm，最后將制品從樹脂液中取出，進行最終的硬化處理，再打光、電鍍、噴涂或著色即可。圖1所示為SLA控制原理示意圖。 2021/6/75光固化快速成型工藝原理圖 2021/6/761 材料的選擇 要實現(xiàn)光固化快速成型，感光樹脂的選擇也很關(guān)鍵。它必須具有合適的粘度，固化后達到一定的強度

4、，在固化時和固化后要有較小的收縮及扭曲變形等性能。更重要的是，為了高速、精密地制造一個零件，感光樹脂必須具有合適的光敏性能，不僅要在較低的光照能量下固化，且樹脂的固化深度也應(yīng)合適。 2021/6/77 光固化快速成型的過程分為前處理、分層疊加成型及后處理三個階段，具體步驟圖所示2 成型過程及控制2021/6/78 3 成型加工誤差對精度的影響 1）機器誤差。機器誤差是成型機本身的誤差，它是影響制件精度的原始誤差。機器誤差在成型系統(tǒng)的設(shè)計及制造過程中就應(yīng)盡量減少，因為它是提高制件精度的硬件基礎(chǔ)。 2）樹脂收縮變形產(chǎn)生的誤差。由于樹脂從液態(tài)到固態(tài)的聚合反應(yīng)過程中要產(chǎn)生線性收縮和體積收縮，而線性收縮

5、將導致在層堆積時產(chǎn)生層間應(yīng)力，這種層間應(yīng)力使零件變形，導致精度喪失，并且這種變形的機理復(fù)雜，與材料的組分、光敏性、聚合反應(yīng)的速度有關(guān)。實踐證明；通過開發(fā)低粘度、低收縮、高強度的樹脂是提高零件精度的根本途徑。2021/6/793）加工參數(shù)設(shè)置誤差對精度的影響 光斑直徑產(chǎn)生的誤差。 SLA成型系統(tǒng)所用的光源光點實際上是一個具有一定直徑的光斑，成型中不能將光斑近似為光束能量聚集的光點，光能量分布在整個光斑范圍內(nèi)，實際固化成型的零件輪廓是光斑中心運行軌跡上一系列固化點包絡(luò)形成的。如果不采用補償,所作出的零件實體部分實際上每側(cè)大了一個光斑半徑，零件的長度尺寸大了一個光斑直徑,使零件出現(xiàn)正偏差。為了減小或

6、消除正偏差，采用光斑補償，使光斑掃描路徑向?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。2021/6/710 掃描參數(shù)對成型精度的影響。 a)平面掃描固化深度只與掃描速度、激光功率和掃描間距有關(guān)。固化層的厚度略小于層厚時，可以自由收縮而不產(chǎn)生層間應(yīng)力，從而降低翹曲變形，但是會造成層和層之間有錯位，原因是固化薄層隨液態(tài)樹脂在槽內(nèi)流動而產(chǎn)生的漂移；固化層的厚度略大于層厚時，可以使層與層之間粘固在一起，但是隨著固化層厚的增加，翹曲變形會加大。 b)為了保證加工順利進行，分層厚度要小于最大固化深度。由于激光能量必須穿透當前層，才能使相鄰兩層粘結(jié)。2021/6/711 c)光束掃描間距

7、要小于最大固化線幅。相鄰的掃描固化線條必須有一定的重疊，才能使液態(tài)樹脂所固化的部分具有一定的強度。d)要合理地控制掃描速度和掃描間距。掃描速度越低，則最大固化線幅越大，相鄰的固化線條重合大，可導致制件內(nèi)部應(yīng)力集中；相反，如果掃描速度過大，與掃描間距配合不當，制件內(nèi)部尚未固化的樹脂在后固化過程中固化，進而產(chǎn)生變形，引起誤差。2021/6/712掃描方式產(chǎn)生的誤差。 在光固化成型機上加工零件時，激光束在計算機控制下，采用一種掃描方式在XY方向有序掃描零件輪廓的內(nèi)部區(qū)域，即填充掃描。根據(jù)不同的光束掃描方向和掃描線之間的相對位置，可派生出多種實用的掃描方式。在不同的掃描方式下，固化成型過程中所產(chǎn)生的層

8、間應(yīng)力的大小和方向是不同的，這種層間應(yīng)力的差異在宏觀上表現(xiàn)為工件變形和收縮量的不同，在不同的掃描方式下，工件的變形程度有很大的差別。2021/6/713光固化成型的應(yīng)用(1) 用SLA制造模具 用SLA工藝快速制成的立體樹脂?？梢源嫦?zāi)＿M行結(jié)殼，型殼焙燒時去除樹脂膜，得到中空型殼，即可澆注出具有高尺寸精度和幾何形狀、表面光潔度較好的合金鑄件或直接用來制注射模的型腔，可以大大縮短制模過程，縮短制品開發(fā)周期，降低制造成本。2021/6/714（2）可以對樣品形狀及尺寸設(shè)計進行直觀分析 在新產(chǎn)品設(shè)計階段，雖然可以借助設(shè)計圖紙和計算模擬對產(chǎn)品進行評價，但不直觀，特別是形狀復(fù)雜產(chǎn)品，往往因難于想象其真

9、實形貌而不能作出正確、及時的判斷。采用SLA可以快速制造樣品，供設(shè)計者和用戶直觀測量，并可迅速反復(fù)修改和制造，可大大縮短新產(chǎn)品的設(shè)計周期，使設(shè)計符合預(yù)期的形狀和尺寸要求。 2021/6/715 (3) 用SLA制件進行產(chǎn)品性能測試與分析 在塑料制品加工企業(yè)，由于SLA制件有較好的機械性能，可用于制品的部分性能測試與EDEN350V（第二代光固化成型機）2021/6/716光固化成型的優(yōu)勢1. 光固化成型法是最早出現(xiàn)的快速原型制造工藝,成熟度高,經(jīng)過時間的檢驗.2. 由CAD數(shù)字模型直接制成原型,加工速度快,產(chǎn)品生產(chǎn)周期短,無需切削工具與模具.3.可以加工結(jié)構(gòu)外形復(fù)雜或使用傳統(tǒng)手段難于成型的原型

10、和模具.4. 使CAD數(shù)字模型直觀化,降低錯誤修復(fù)的成本.5. 為實驗提供試樣,可以對計算機仿真計算的結(jié)果進行驗證與校核.6. 可聯(lián)機操作,可遠程控制,利于生產(chǎn)的自動化.2021/6/717光固化成型的缺憾 1. SLA系統(tǒng)造價高昂,使用和維護成本過高. 2. SLA系統(tǒng)是要對液體進行操作的精密設(shè)備,對工作環(huán)境要求苛刻. 3. 成型件多為樹脂類,強度,剛度,耐熱性有限,不利于長時間保存. 4. 預(yù)處理軟件與驅(qū)動軟件運算量大,與加工效果關(guān)聯(lián)性太高. 5. 軟件系統(tǒng)操作復(fù)雜,入門困難;使用的文件格式不為廣大設(shè)計人員熟悉. 6. 立體光固化成型技術(shù)被單一公司所壟斷.2021/6/718光固化成型的發(fā)

11、展前景 立體光固化成型法的的發(fā)展趨勢是高速化,節(jié)能環(huán)保與微型化. RPM技術(shù)已經(jīng)在許多領(lǐng)域里得到了應(yīng)用，其應(yīng)用范圍主要在設(shè)計檢驗、市場預(yù)測、工程測試(應(yīng)力分析、風道等)、裝配測試、模具制造、醫(yī)學、美學等方面。RP技術(shù)在制造工業(yè)中應(yīng)用最多（達到67%），說明RP技術(shù)對改善產(chǎn)品的設(shè)計和制造水平具有巨大的作用 不斷提高的加工精度使之有最先可能在生物,醫(yī)藥,微電子等領(lǐng)域大有作為.2021/6/719 目前快速成形技術(shù)還存在許多不足，下一步研究開發(fā)工作主要在以下幾方面： （1）改善快速成形系統(tǒng)的可靠性、生產(chǎn)率和制作大件能力，尤其是提高快速成形系統(tǒng)的制作精度； （2）開發(fā)經(jīng)濟型的快速成形系統(tǒng)； （3）快速成形方法和工藝的改進和創(chuàng)新； （4）快速模具制造的應(yīng)用； （5）開發(fā)性能良好的快速成形材； （6）開發(fā)快速成形的高性能軟件等。 2021/6/720 總而言之，快速成型技術(shù)是一種新型成型方法，雖然問世不久，但已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的許多領(lǐng)域，給許