【摘要】： 快速成型技術(shù)(Rapid Prototyping，簡稱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、增加市場競爭力等方面越來越顯示其強(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)備及光敏樹脂材料特性。 本文對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，并對每個(gè)因素對成型精度產(chǎn)生的具體影響進(jìn)行了闡述。對激光掃描固化過程進(jìn)行了理論分析，給出了光敏樹脂SOMOS11120(臨界曝光量E_C=11.5mJ／cm~2，透射深度D_P=0.16mm)所對應(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脂SOMOS11120平面掃描時(shí)的最大固化深度的理論模型，同時(shí)對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)可以通過改變激光功率與掃描速度的比值來實(shí)現(xiàn)。(2)通過減小制件數(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)表面懸空部分過度固化導(dǎo)致的增厚現(xiàn)象，并且不會(huì)對制件上圓柱側(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Z軸補(bǔ)償對微細(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，因此，式中的Ec不叩均為常數(shù)。液態(tài)光敏樹脂對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樹脂對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)光敏樹脂，在計(jì)算機(jī)控制下的特定波長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，以使先固化好的樹脂表面覆蓋一新的樹脂薄層，然后刮板將粘度較大的樹脂液面刮平，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