特种加工技术第7章快速成型技术

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1、第七章快速成型技术7.1光敏树脂液相固化成型成型原理成型工艺基本应用成型特点SLA工艺是基于液态光敏树脂的光聚合原理的。这种液态材料在波长325nm和功率30mW的紫外线照射下发生光聚合反应，分子量急剧增大从液态转变为固态。在液槽3中盛满了光敏树脂4，氦-镉激光器或氩离子激光器1发出的紫外激光束，在控制系统的控制激光偏转镜下，按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进行逐层扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。一层固化完毕后，升降的工作台2下移一个层厚距离（约0.1mm），以使原先固

2、化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然后进行下一层的扫描，新固化的一层牢固地粘接在前一层上，如此重复直至整个零件制造完毕，得到一个三维实体原型6。当实体原型完成后，首先将实体取出，并将多余的树脂排净，去掉支撑后进行清洗，然后再将实体原型放在紫外激光下进行整体固化。刮板的作用是能将所需要的树脂十分均匀地涂覆在上一层上，可得到较好的精度，使产品表面更光滑。优点：1）成型过程自动化程度高。SLA系统非常稳定，加工开始后成型过程可以完全自动化，直至原型制造完成。2）尺寸精度高。SLA原型

3、制造的尺寸精度可以达到±0.01mm。3）表面质量好。虽然在每层固化是侧面及曲面有可能出现台阶，但上表面仍可达到玻璃状效果。4）可制造结构复杂的模型。尤其对于内表面结构复杂，切削刀具难以达到的模型，也能一次成型。5）制造原型可以一定程度的代替塑料制品。6）可以直接直接制造面向熔模铸造具有中空型结构的熔模。缺点：1）成型过程中有物理和化学变化，所以制造出来的原模可能会产生变形，为此制造时需要支撑。2）液态树脂固化后的性能还不如常用的工业塑料，一般比较脆，容易断裂，不适宜进行机械加工。另外在大多情况下，不能进行抗力

4、和热的测试。3）设备运转和维护成本高。液态树脂和激光器的价格高，光学元件需定期调整。4）液体树脂有气味和毒性，并需要遮光保护，以防聚变，所以选择有局限。5）有时需二次固化。在很多情况下，经快速成型系统光固化后的原型树脂并未完全固化，为提高原型的使用性能，需经过二次固化。光敏树脂液相固化成型特点光敏树脂液相固化成型工艺前处理1）CAD三维造型。三维造型是CAD模型的最好表达，也是快速原型制作必须的原始数据。三维造型可以在UG、Pro/E、Catie等大型商业软件上进行。2）数据转换。数据转换是对产品CAD模型的近

5、似处理，主要是生成STL格式的数据文件。注意控制STL文件生成的精度。通用CAD软件都有STL数据输出。3）确定摆放位置。摆放位置不但影响着制作时间和效率，更影响这后续支撑的施加以及原型制造的表面质量等。从缩短原型制作的时间来看，应选尺寸最小的方向作为叠层方向；为了提高原型质量和提高关键尺寸和形状的精度，又需选尺寸最大的方向作为叠层方向；为减少支撑、节省材料、便于后处理，常倾斜摆放。4）施加支撑。对于结构复杂的数据模型，支撑的施加是费时而精细的。比较先进的支撑类型为点支撑，即在支撑和需要支撑的模型面是点接触的。

6、5）切片分层。根据设备系统的分层厚度沿高度方向进行切片，生成RP系统需求的SLC格式的层片数据文件，提供给光固化快速原型制造系统进行原型制作。光固化成型后处理光固化成型前需要启动光固化快速成型系统，使光敏树脂的温度达到预设的合理温度，激光器开启后也需要一段稳定时间。设备运行正常后开启原型制作控制软件，读入层片数据文件。一般的叠层制作控制软件都有默认设置，根据每次原型制作的具体要求进行一些调整。另外要注意工作台网板与树脂液面位置的调整，确保支撑与工作台网板的稳固连接。一切准备就绪后，启动叠层制作，机器会全自动完成

7、整个制作过程。控制CRT会显示激光器能源信息、激光扫描速度、原型几何尺寸、总叠层数、目前正在固化的叠层、工作台升降速度等有关信息。光固化成型后处理1）原型制作完成后，工作台升出液面，停留5-10min，以晾干原型表面和去除包裹在原型里面的多余树脂。2）将原型和工作台网板一起斜放晾干，并将其浸入丙酮、酒精等，搅动并刷掉残留气泡，再将原型从网板上取下，进行清洗。3）原型清洗完毕后，去除支撑结构。去除支撑时要注意不要刮伤原型表面和精细结构。4）再次清洗后置于紫外烘箱中进行整体固化，对于有些性能要求不高的原型也可以不进

8、行二次固化。光敏树脂液相固化成型的应用光敏树脂液相固化成型的应用有很多方面，可直接制作各种树脂功能件，用作结构验证和功能测试；可制作比较精细和复杂的零件；可制造出透明效果的元件；制造出来的原型可快速翻制各种模具，如硅橡胶模、金属冷喷模、陶瓷模、合金模、电铸模、环氧树脂模和消失模等。1）赛车行业：赛车的每个微小的改动都有可能显著提高车速，因此赛车也及其重视零部件的高效设计和一些塑料、橡胶