合工大快速原型课后复习题及解答

第二章光固化快速成型工艺

1 ．叙述光固化快速成型的原理。

氦－镉激光器或氩离子激光器发出的紫外激光束在控制系统的控制下按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进行逐点扫描，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，工作台下移一个层厚的距离，以使在原先固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加工，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此重复直至整个零件制造完毕，得到一个三维实体原型。

2 ．光固化快速成型的特点有哪些？

优点：（1）成型过程自动化程度高；

（2）尺寸精度高；

（3）优良的表面质量；

（4）可以制作结构十分复杂的模型、尺寸比较精细的模型；

（5）可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型；

（6）制作的原型可以一定程度地替代塑料件。

缺点：（1）制件易变形，成型过程中材料发生物理和化学变化；

（2）较脆，易断裂性能尚不如常用的工业塑料；

（3）设备运转及维护成本较高，液态树脂材料和激光器的价格较高；

（4）使用的材料较少，目前可用的材料主要为感光性的液态树脂材料；

（5）液态树脂有气味和毒性，并且需要避光保护，以防止提前发生聚合反应，选择时有局限性；

（6）需要二次固化

3．光固化材料的优点有哪些？光固化树脂主要分为几大类？

优点：（1）固化快

（2）不需要加热

（3）可配成无溶剂产品

（4）节省能量。

（5）可使用单组分，无配置问题，使用周期长。

（6）可以实现自动化操作及固化，提高生产的自动化程度，从而提高生产效率和经济效益。分类：(1)自由基光固化树脂

(2)阳离子光固

(3)混杂型光固化树脂

4．光固化成型工艺过程主要分为几个阶段，其后处理工艺过程包括哪些基本步骤？

阶段：前处理、原型制作和后处理三个阶段。

后处理步骤：（1）原型叠层制作结束后，工作台升出液面，停留5~10min（晾干）；

（2）将原型和工作台一起斜放景干，并将其浸入丙酮、酒精等清洗液中，搅动并刷掉残留的气泡，45min后放入水池中清洗工作台；

（3）由外向内从工作台上取下原型，并去除支撑结构；

（4）再次清洗后置于紫外烘箱中进行整体后固化。

5．光固化成型的支撑结构的类型有哪些？支撑的作用是什么？

类型：斜支撑、直支撑、单腹板、双腹板、十字壁板。

作用：支撑结构除了确保原型的每一结构部分都能可靠固定之外，还有助于减少原型在制作过程中发生的翘曲变形。

6．光固化原型工艺中的收缩变形来自于哪几个方面？

（1）零件成型过程中树脂收缩产生的变形；

（2）后固化时收缩产生的变形。

7．影响光固化原型精度的因素有哪些？为提高原型精度，各因素是如何控制的？

1. 几何数据处理造成的误差；

措施：（1）直接切片；（2）自适应分层。

2. 成型过程中材料的固化收缩引起的翘曲变形；

措施：（1）成型工艺的改进；（2）树脂配方的改进。

3. 树脂涂层厚度对精度的影响；

措施：二次曝光法—多次反复曝光后的固化深度与以多次曝光量之和进行一次曝光的固化深度是等效的。

4.光学系统对成型精度的影响；

措施：（1）光路校正；（2）光斑校正。

5.激光扫描方式对成型精度的影响；

措施：采用分区扫描方式。

6. 光斑直径大小对成型尺寸的影响；

措施：光斑补偿方法。

7.激光功率、扫描速度、扫描间距产生的误差。

措施：首先对扫描固化过程进行理论分析，进而找出各个工艺参数对扫描过程的影响。

第三章叠层实体快速成型工艺

1．叠层实体快速原型制造工艺的基本原理

答：叠层实体快速原型制造技术由计算机、材料存储及送进机构、热粘压机构、激光切割系统、可升降工作台和数控系统和机架等组成。首先在工作台上制作基底，工作台下降，送纸滚筒送进一个步距的纸材，工作台回升，热压滚筒滚压背面涂有热熔胶的纸材，将当前迭层与原来制作好的迭层或基底粘贴在一起，切片软件根据模型当前层面的轮廓控制激光器进行层面切割，逐层制作，当全部迭层制作完毕后，再将多余废料去除，最终形成三维工件原型。

2．叠层实体快速原型制造工艺的特点

答：优点：原材料价格便宜，原型制作成本低；制件尺寸大；无须后固化处理；无须设计和制作支撑结构；废料易剥离；热物性与机械性能好，可实现切削加工；精度高；设备可靠性好，寿命长；操作方便。缺点：不能直接制作塑料工件；工件的抗拉强度和弹性不够好；工件易吸湿膨胀；工件表面有台阶纹，需打磨

3．当前开发出来的叠层实体快速成型材料主要有几种？其中常用的是什么？

答：薄层材料:纸、塑料薄膜、金属箔等

粘结剂:热熔胶

制备工艺：涂布工艺；

常用的是涂有热熔胶的纸材

4．列举若干叠层实体快速成型设备的主要型号

答：

5．影响叠层实体快速原型制造精度的原因

答：CAD模型STL文件输出造成的误差；

切片软件STL文件输入设置造成的误差；

成型过程误差：不一致的约束，成型功率控制不当，切碎网格尺寸，工艺参数不稳定；

设备精度误差：激光头的运动定位精度，X、Y轴系导轨垂直度，Z轴与工作台面垂直度；

成型之后环境变化引起误差：热变形，湿变形。

6．提高叠层实体快速原型制造质量的措施

答：在进行STL转换时，可以根据零件形状的不同复杂程度来定。在保证成形件形状完整平滑的前提下，尽量避免过高的精度。不同的CAD软件所用的精度范围也不一样，例如Pro/E 所选用的范围是0.01～0.05mm，UGⅡ所选用的范围是0.02～0.08mm，如果零件细小结构较多可将转换精度设高一些；

STL文件输出精度的取值应与相对应的原型制作设备上切片软件的精度相匹配。过大会使切割速度严重减慢，过小会引起轮廓切割的严重失真；

模型的成型方向对工件品质（尺寸精度、表面粗糙度、强度等）、材料成本和制作时间产生很大的影响。应该将精度要求较高的轮廓（例如，有较高配合精度要求的圆柱、圆孔），尽可能放置在X-Y平面；

为提高成形效率，在保证易剥离废料的前提下，应尽可能减小网格线长度，可以根据不同的零件形状来设定。当原型形状比较简单时，可以将网格尺寸设大一些，提高成型效率；当形状复杂或零件内部有废料时，可以采用变网格尺寸的方法进行设定，即在零件外部采用