光固化快速成型制件的精度研究_赵清

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1、第２期（总第１７１期）机械工程与自动化Ｎｏ．２２０１２年４月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＡｐｒ．文章编号：１６７２－６４１３（２０１２）０２－００９６－０３光固化快速成型制件的精度研究赵清，方芳，王鹏（沈阳工业大学机械工程学院，辽宁沈阳１１０８７０）摘要：光固化快速成型是目前较为成熟的一种快速成型方法，其制件精度较低。以实体件为例，对影响光固化快速成型制件精度的各种参数进行了实验研究，并对各参数进行了分析。关键词：光固化成型；精度；工艺参数中图分类号：ＴＦ１２４．３∶ＴＰ３９１．７２文献标识码：Ａ０引言３个方面符合设计要求的程度。影响

2、光固化快速成型快速成型技术（ＲＰ技术）是２０世纪９０年代初发精度的因素有很多，包括成型前的数据处理、成型过程展起来的一种先进的制造技术。它突破了传统的加工的工艺参数选择和后处理的支撑去除等方面。目前，模式，不需机械加工设备即可快速地制造形状极为复国内外的学者都对影响制件精度的若干因素进行了大杂的工件，被认为是近些年制造技术领域的一次重大量的研究，主要有以下几个方面。［１］突破。ＲＰ技术将机械、电子和材料等学科综合起２．１ＳＴＬ格式转化对制件精度的影响来，并将设计思想转化为具有一定功能的原型或者直ＳＴＬ即为三维实体模型文件经过离散角化处理接制造出零件，充分体现了其自动、快

3、速和精确的特后得到的模型文件。ＳＴＬ文件格式是美国３ＤＳｙｓｔｅｍ点，大大缩短了产品的研发周期，对于制造企业的模公司首先提出的一种文件格式，目前已成为ＣＡＤ系型、原型及成形件的制造等都将产生深远的影响。但统与ＲＰＭ系统之间的数据交换标准。该文件格式采是该加工方法涉及ＣＡＤ造型、数据转换、参数设置和用小三角形面片来近似地逼近三维ＣＡＤ模型的外表［３］后处理等环节，这些环节中产生的误差都将直接影响面，可以较大程度地简化ＣＡＤ模型的数据格式。成型工件的精度。因此，本文以一实体件为例，对光固但实际上，因为它是一种近似表示，所以不可能完全地化成型过程中影响制件精度的因素进行了分析

4、。表达实际的表面信息，会不可避免地产生误差，尤其是１光固化快速成型的发展对曲面。显然，小三角形数量的多少将直接影响近似光固化快速成型（ＳｔｅｒｅｏＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙＡｐｐａｒａｔｕｓ，逼近的精度，精度要求越高，生成的三角形就应该越ＳＬＡ）是目前世界上研究最深入、技术最成熟、应用最多，这样就增大了存储空间和数据的处理时间。所以［２］广泛的一种快速成型方法。它以液态光敏树脂为原在选择转化精度时，应该考虑到产品精度的具体要求，料，通过计算机来控制紫外光灯或激光使其固化成型。从而选择合适的转化精度。该方法制作效率高，材料利用率接近１００％，并且方便２．２光斑补偿直径对制件精

5、度的影响快捷，能够全自动地制造出形状非常复杂的零件。成在光固化快速成型中，圆形光斑是有一定直径的，型后的制件透明晶莹，强度和硬度都很高，可以直接作不能将其近似地看成聚焦的光点，光能量聚集在整个为功能件。正是由于光固化快速成型方法的这些优点光斑范围内，其固化的线宽是该光斑直径的大小。如和用途，使其自问世以来迅速发展，成为近年来制造技果不采用补偿，光斑的扫描路径如图１（ａ）所示。成型术领域中最热门的研究课题之一。后的制件实体每侧尺寸都大了一个光斑半径，最终导２光固化快速成型中影响制件精度的因素致制件的整体尺寸大了一个光斑直径，使零件出现了制件精度是指成型工件的精度，包括形状

6、精度、尺正偏差。为了减小或消除正偏差，需将扫描路径向制寸精度和表面精度，即成型工件要在形状、尺寸和表面件实体内部缩进一个光斑半径，使制件的尺寸误差为收稿日期：２０１１－１１－１７；修回日期：２０１１－１１－２７作者简介：赵清（１９５９－），男，辽宁新宾人，教授，博士，主要研究方向为机械设计、工业工程。２０１２年第２期赵清，等：光固化快速成型制件的精度研究·９７·零。因此应根据制件误差的大小修正补偿直径的大小，为重要。假定其他工艺参数不变的情况下，不同分层使补偿直径与实际光斑直径的大小相等，见图１（ｂ）。厚度对制件精度的影响见表３。从表３可以看出，分层厚度越小尺寸偏差就越

7、小，但最好不要低于０．０６ｍｍ，否则制件将发生翘曲变形。表３分层厚度对制件精度的影响分层厚度扫描间距扫描速度测量尺寸尺寸偏差ｍｍｍｍｍｍ／ｓｍｍｍｍ０．２０．２３００２９．４１－０．５９０．１５０．２３００２９．６９－０．３１０．１０．２３００２９．８７－０．１３图１光斑对制件的影响２．４扫描速度对制件精度的影响假定其他工艺参数不变的情况下，以图２的实体如果扫描速度过大，树脂因为吸收不到足够的能件为例对光斑补偿直径对制件精度的影响进行分析。量而不能固化成型；而扫描速度过小，树脂吸收紫外线的能量就多，则最大固化线幅增大，相邻的固化线条重合度