發(fā)布時(shí)間：2020-06-10 06:37

【摘要】： 快速成型技術(shù)(Rapid Prototyping，簡(jiǎn)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(guó)內(nèi)外知名高校的研究熱點(diǎn)。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(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，特別是在產(chǎn)品的樣機(jī)制造、功能性試驗(yàn)、縮短研制周期、增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等方面越來(lái)越顯示其強(qiáng)大的優(yōu)越性，同時(shí)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、適用范圍和工藝特點(diǎn)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(gè)階段的具體制作工藝，并介紹了實(shí)驗(yàn)用光固化快速成型設(shè)備及光敏樹(shù)脂材料特性。 本文對(duì)影響光固化快速成型精度的因素進(jìn)行了理論分析及確定，并對(duì)每個(gè)因素對(duì)成型精度產(chǎn)生的具體影響進(jìn)行了闡述。對(duì)激光掃描固化過(guò)程進(jìn)行了理論分析，給出了光敏樹(shù)脂SOMOS11120(臨界曝光量E_C=11.5mJ／cm~2，透射深度D_P=0.16mm)所對(duì)應(yīng)的單線掃描時(shí)的固化線條的最大固化深度和最大固化寬度的理論模型以及光敏樹(shù)脂SOMOS11120平面掃描時(shí)的最大固化深度的理論模型，同時(shí)對(duì)平面掃描最大固化深度的理論模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為本文通過(guò)控制工藝參數(shù)提高成型精度的實(shí)驗(yàn)研究提供了理論基礎(chǔ)。 重點(diǎn)對(duì)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(tái)階紋現(xiàn)象進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)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(jìn)材料配方、優(yōu)化工藝參數(shù)、設(shè)計(jì)合理的支撐結(jié)構(gòu)三方面進(jìn)行考慮。適當(dāng)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(guò)改變激光功率與掃描速度的比值來(lái)實(shí)現(xiàn)。(2)通過(guò)減小制件數(shù)據(jù)模型前處理階段的誤差、Z軸補(bǔ)償法、設(shè)計(jì)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(bǔ)償法可以有效降低側(cè)孔內(nèi)表面懸空部分過(guò)度固化導(dǎo)致的增厚現(xiàn)象，并且不會(huì)對(duì)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(duì)STL格式數(shù)據(jù)模型進(jìn)行固化深度的Z軸補(bǔ)償是改善高度方向尺寸精度的有效措施。(4)臺(tái)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(tái)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0°～30°變化時(shí)，臺(tái)階紋現(xiàn)象較明顯；夾角大于30°時(shí)，隨著夾角變大，相鄰臺(tái)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(duì)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(duì)具有微細(xì)結(jié)構(gòu)特征的原型制作進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，給出了提高微細(xì)結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量的措施。針對(duì)Z軸補(bǔ)償對(duì)微細(xì)結(jié)構(gòu)的影響，，本文提出采用STL文件數(shù)據(jù)模型“分割—Z軸補(bǔ)償—縫合”的方法，可以有效降低Z軸補(bǔ)償對(duì)微細(xì)結(jié)構(gòu)的影響。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)所處斜面的法線方向與加工方向的夾角盡量增大，一般應(yīng)控制在30°～90°范圍內(nèi)或者使微細(xì)結(jié)構(gòu)處于制件的上水平表面。
【圖文】：

激光快速成型系統(tǒng)中所用的光源為激光。激光是一種單色光，具有單一的波長(zhǎng)，因此，式中的Ec不叩均為常數(shù)。液態(tài)光敏樹(shù)脂對(duì)激光的吸收一般符合Beer.lambert規(guī)則125】，即激光的能量沿照射深度成負(fù)指數(shù)衰減，如圖2一1所示。.夸卜E一0毖皿蘸括l占lee令圖2一l樹(shù)脂對(duì)激光的吸收特性假設(shè)有均勻面光源垂直投射到液態(tài)樹(shù)脂的表面，則有:E(z)一Eoex試一z/DP)(2.2)式中，DP為透射深度，它是紫外激光能量密度衰減為入射能量密度E口的1/e

光固化快速成型工藝成型原理光固化快速成型工藝，基于分層制造原理，以液態(tài)光敏樹(shù)脂為原料，其成型原理如圖2一2所示。主液槽中盛滿液態(tài)光敏樹(shù)脂，在計(jì)算機(jī)控制下的特定波長(zhǎng)的激光沿分層截面逐點(diǎn)掃描，聚焦光斑掃描處的液態(tài)樹(shù)脂吸收能量，發(fā)生光聚合反應(yīng)而固化，從而形成制件的一個(gè)截面薄層，一層固化完畢后，工作臺(tái)下降一層高度，以使先固化好的樹(shù)脂表面覆蓋一新的樹(shù)脂薄層，然后刮板將粘度較大的樹(shù)脂液面刮平，進(jìn)行下一層的掃描固化，新固化的一層牢固的粘結(jié)在前一層上。如此依次逐層堆積，最后形成物理原型，除卻支撐，進(jìn)行后處理，即獲得所需
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：TH162

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 辛宗生;木塑材料快速成形件性能及其關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];東北林業(yè)大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 腰山嶺;基于CT圖像及FDM成型技術(shù)的零件模型制作工藝研究[D];西南交通大學(xué);2011年

2 朱妙鳳;電子束快速成型及其溫度場(chǎng)模擬[D];上海交通大學(xué);2008年

3 王斐;基于醫(yī)用CT圖像的三維重建精度及方法研究[D];山東大學(xué);2010年

4 林濤;基于快速成型技術(shù)的零件模型構(gòu)建與工藝的研究[D];西南交通大學(xué);2009年

5 黃莉;基于數(shù)字微鏡投影光固化快速成形光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];華中科技大學(xué);2009年

6 房巨強(qiáng);三維打印快速成形機(jī)理及其加工質(zhì)量控制技術(shù)研究[D];東北大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2705924