光固化連續(xù)液面成型工藝關(guān)鍵技術(shù)研究
發(fā)布時(shí)間：2021-06-15 23:40
隨著工藝和材料的發(fā)展,3D打印技術(shù)已逐漸從簡(jiǎn)單的原型制造轉(zhuǎn)向越來(lái)越多地用于制造最終用途部件。傳統(tǒng)3D打印技術(shù)成型速率低下和成型件不具有各向同性的固有缺陷限制了3D打印工藝的發(fā)展和這種轉(zhuǎn)變。然而,2015年出現(xiàn)的連續(xù)液面成型工藝（Continous Liquid Interface Production,CLIP）完美解決了上述問(wèn)題。該工藝自問(wèn)世以來(lái)就以其驚人加工效率和良好的加工質(zhì)量,備受矚目。但該工藝在成型效率和質(zhì)量上仍存在待優(yōu)化的問(wèn)題,本文對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行了研究。本文分析了 CLIP工藝的過(guò)程、原理以及死區(qū)形成機(jī)理。根據(jù)CLIP工藝的原理,搭建了原型機(jī),分別對(duì)原型機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和控制硬件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),為該工藝的進(jìn)一步探索奠定了基礎(chǔ)。為了保障順利成型,本文基于CLIP工藝的特點(diǎn)對(duì)模型處理進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)了符合CLIP工藝特點(diǎn)的支撐結(jié)構(gòu)以及為STL模型手動(dòng)添加支撐的算法。針對(duì)CLIP工藝下大橫截面積模型樹脂填充效率低下的問(wèn)題,提出了將模型鏤空并為鏤空模型內(nèi)外自動(dòng)生成樹形支撐的算法;通過(guò)區(qū)分內(nèi)外輪廓,改進(jìn)了傳統(tǒng)掃描線算法,解決了支撐與STL模型相交造成的切片圖像孔洞問(wèn)題,成功生成...
【文章來(lái)源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：82 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
圖１－１?ｃｕｐ工藝原理??ＣＬＩＰ工藝自問(wèn)世以來(lái)就以其驚人加工效率和良好的加工質(zhì)量，備受矚目
的速度優(yōu)勢(shì)，并且該工藝可以實(shí)現(xiàn)微小零件的快速成形［１３］。傳統(tǒng)面成型工藝根??據(jù)成型時(shí)固化層的狀態(tài)與位置，分為約束液面成型工藝和自由液面成型工藝［｜４］。??ＣＬＩＰ工藝和傳統(tǒng)約束液面成型工藝有著許多相似之處。如圖１－２所示，ＣＬＩＰ??工藝與約束液面成型工藝相比最大的區(qū)別在于用高透紫外光和高透氧的半透膜??代替了底部的玻璃板，在半透膜上方形成了液態(tài)死區(qū)，省去了約束液面成型工藝??所需的固化層分離、樹脂重涂以及重定位等步驟，去除了冗余的往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間，??實(shí)現(xiàn)樹脂的連續(xù)重涂｜８］。??約束液面成型工藝?ＣＬＩＰ工藝??？？—?平臺(tái)一？???光敏樹胞一？??ｉｓｎｓ?口??ｙ?開(kāi)始打印?Ｊ??ｆ?ｓ＆ｍ??今?ＢＩＳ化議廣？液繼￣￣￣??Ｌ－咖化?Ｊ??固化層分離??ｖ?▼?▼?Ｊ??樹ＢＳ里涂??ｖ?：??／??（?▲▲?、??ｌ?雖位??圖１－２約束液面成型工藝與ＣＬＩＰ工藝制造步數(shù)對(duì)比??在圖１－２所述的約束液面成型工藝的固化層分離步驟中，需要克服己固化工??件和玻璃板之間的粘結(jié)力，我們稱之為分離力｜１２］。分離力的存在限制了該工藝??的可成型面積和該工藝在微加工方面的應(yīng)用。ＣＬＩＰ工藝中液態(tài)死區(qū)的存在大大??減小了分離力，所以該工藝允許更大成型面積并且可以進(jìn)行微米級(jí)加工。??如圖１－３所示，對(duì)于傳統(tǒng)面成型工藝，切片厚度過(guò)大會(huì)造成明顯的臺(tái)階效應(yīng)，??影響表面質(zhì)量。為了保證成型方向有著更高的表面光潔度，需要將切片的厚度減??小
２．１面成型研究現(xiàn)狀??從前面分析可以看出，ＣＬＩＰ工藝可以說(shuō)是約束液面成型工藝的變種和延伸。??以，一些面成型的成果可以直接拿來(lái)使用或者作為重要參考，有必要對(duì)面成型??藝的研究成果進(jìn)行梳理和總結(jié)。目前，面成型工藝的研究主要集中在掩膜圖像??發(fā)生與矯正、光固化過(guò)程中的變形控制、陶瓷膠料等新材料的開(kāi)發(fā)以及工藝改??等方面??面成型工藝?yán)醚谀D像代替?zhèn)鹘y(tǒng)激光掃描進(jìn)行成型，因而掩膜圖像的生成??該工藝起著至關(guān)重要的作用。該工藝最早利用石英制作掩膜圖像１１６］，工藝成??高且復(fù)雜。為了降低成本和提升效率，研究者們嘗試使用動(dòng)態(tài)掩膜圖像的生成??案，伴隨著液晶顯示器（Ｌｉｑｕｉｄ?Ｃｒｙｓｔａｌ?Ｄｉｓｐｌａｙ，ＬＣＤ）大規(guī)模使用，１９９７年瑞??的Ｂｅｒｔｓｃｈ課題組等人首次利用ＬＣＤ生成掩膜，對(duì)幾毫米的微小件行了成型研??，并取得廣泛應(yīng)用［１７］；在ＬＣＤ的成型工藝取得巨大成功后，２００１年Ｂｅｒｔｓｃｈ??
本文編號(hào)：3231927
【文章來(lái)源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：82 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
圖１－１?ｃｕｐ工藝原理??ＣＬＩＰ工藝自問(wèn)世以來(lái)就以其驚人加工效率和良好的加工質(zhì)量，備受矚目
的速度優(yōu)勢(shì)，并且該工藝可以實(shí)現(xiàn)微小零件的快速成形［１３］。傳統(tǒng)面成型工藝根??據(jù)成型時(shí)固化層的狀態(tài)與位置，分為約束液面成型工藝和自由液面成型工藝［｜４］。??ＣＬＩＰ工藝和傳統(tǒng)約束液面成型工藝有著許多相似之處。如圖１－２所示，ＣＬＩＰ??工藝與約束液面成型工藝相比最大的區(qū)別在于用高透紫外光和高透氧的半透膜??代替了底部的玻璃板，在半透膜上方形成了液態(tài)死區(qū)，省去了約束液面成型工藝??所需的固化層分離、樹脂重涂以及重定位等步驟，去除了冗余的往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間，??實(shí)現(xiàn)樹脂的連續(xù)重涂｜８］。??約束液面成型工藝?ＣＬＩＰ工藝??？？—?平臺(tái)一？???光敏樹胞一？??ｉｓｎｓ?口??ｙ?開(kāi)始打印?Ｊ??ｆ?ｓ＆ｍ??今?ＢＩＳ化議廣？液繼￣￣￣??Ｌ－咖化?Ｊ??固化層分離??ｖ?▼?▼?Ｊ??樹ＢＳ里涂??ｖ?：??／??（?▲▲?、??ｌ?雖位??圖１－２約束液面成型工藝與ＣＬＩＰ工藝制造步數(shù)對(duì)比??在圖１－２所述的約束液面成型工藝的固化層分離步驟中，需要克服己固化工??件和玻璃板之間的粘結(jié)力，我們稱之為分離力｜１２］。分離力的存在限制了該工藝??的可成型面積和該工藝在微加工方面的應(yīng)用。ＣＬＩＰ工藝中液態(tài)死區(qū)的存在大大??減小了分離力，所以該工藝允許更大成型面積并且可以進(jìn)行微米級(jí)加工。??如圖１－３所示，對(duì)于傳統(tǒng)面成型工藝，切片厚度過(guò)大會(huì)造成明顯的臺(tái)階效應(yīng)，??影響表面質(zhì)量。為了保證成型方向有著更高的表面光潔度，需要將切片的厚度減??小
２．１面成型研究現(xiàn)狀??從前面分析可以看出，ＣＬＩＰ工藝可以說(shuō)是約束液面成型工藝的變種和延伸。??以，一些面成型的成果可以直接拿來(lái)使用或者作為重要參考，有必要對(duì)面成型??藝的研究成果進(jìn)行梳理和總結(jié)。目前，面成型工藝的研究主要集中在掩膜圖像??發(fā)生與矯正、光固化過(guò)程中的變形控制、陶瓷膠料等新材料的開(kāi)發(fā)以及工藝改??等方面??面成型工藝?yán)醚谀D像代替?zhèn)鹘y(tǒng)激光掃描進(jìn)行成型，因而掩膜圖像的生成??該工藝起著至關(guān)重要的作用。該工藝最早利用石英制作掩膜圖像１１６］，工藝成??高且復(fù)雜。為了降低成本和提升效率，研究者們嘗試使用動(dòng)態(tài)掩膜圖像的生成??案，伴隨著液晶顯示器（Ｌｉｑｕｉｄ?Ｃｒｙｓｔａｌ?Ｄｉｓｐｌａｙ，ＬＣＤ）大規(guī)模使用，１９９７年瑞??的Ｂｅｒｔｓｃｈ課題組等人首次利用ＬＣＤ生成掩膜，對(duì)幾毫米的微小件行了成型研??，并取得廣泛應(yīng)用［１７］；在ＬＣＤ的成型工藝取得巨大成功后，２００１年Ｂｅｒｔｓｃｈ??
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