光固化快速成型实验指导书

光固化快速成型实验指导书

1.实验目的

快速成型（Rapid Prototyping）技术是20世纪80年代后期发展起来的一种新型制造技术，是近20年制造技术领域的一次重大突破。通过实验使学生对快速成型技术的成型过程有较生动的理解，以及了解快速成型技术的应用。

2.实验仪器与设备

（1）UG、3DMAX、CATIA、SOLIDWORKS等三维造型软件。

（2）数据处理部分主要使用光固化快速成形系统数据准备软件Rp Data对三维模型进行加支架、分层；

（3）采用的SLA成型设备是西交大SLA（XJRP）激光快速成型机，型号为SPS450B，如图2-2；它采用高精密聚焦系统，在整个工作面上光斑直径<0.15mm，采用伺服电机、精密丝杠组成闭环控制系统，使Z向升降台重复定位精度达到±0.05mm；采用超高速扫描器，激光扫描速度可达到8m/s，制作速度可达到60g/h，特别适合于企业及激光快速成型服务中心。SPS系列激光快速成型机成型效率高，适宜汽车等大型物件成型。其技术参数如下表3-1。

表3-1 SLA技术参数

图3-2 激光快速成型机

3.实验原理

光敏树脂液相固化成型（SLA—Stereolithography Apparatus）

光敏树脂液相固化成形又称光固化立体造型或立体光刻。其工作原理如下图所示。由激光器发出的紫外光，经光学系统汇集成一支细光束，该光束在计算机控制下，有选择的扫描液态光敏树脂表面，利用光敏树脂遇紫外光凝固的机理，一层一层固化光敏树脂，每固化一层后，工作台下降一段精确距离，并按新一层表面几何信息使激光扫描器对液面进行扫描，使新一层树脂固化并紧紧粘在前一层已固化的树脂上，如此反复，直至制作生成一个零件实体模型。

激光立体造型制造精度目前可达±0.1mm,主要用作为产品提供样品和实验模型。

图3-3 光固化原理

4.实验内容与步骤

4.1 三维模型制作

用CAXA、UG、等三维造型软件制作任意加工零件。制作完成后保存成STL文件。

4.2 数据处理

将STL文件导入光固化快速成形系统数据准备软件Rp Data对三维模型进行加支架、分层。

•添加支撑操作。如图4-8。

因为在成型过程中，由于未被激光束照射的部分材料仍为液态，它不能使制件界面上的孤立轮廓和悬臂轮廓定位。因此必须设计一些细柱状或肋状支撑结构，并在成型过程中制作这些支撑结构，以便确保制件的每一结构部分都能可靠固定，同时也有助于减少制件的翘曲变形。为了成型完毕后能方便地从工作台取下工件，而不使工件损坏，在工件的底部也应设计和制作支撑结构。

所加支撑的主要类型有：点支撑，线支撑，网支撑，块支撑，轮廓支撑，三角支撑，整体支撑等。

图4-8 添加支撑

（2）分层操作。如图4-9。

图4-9 分层

4.3 加工成形

制件主要操作步骤如下：

（1）打开总电源开关（在成型机后板上），控制面板上总电源指示灯ON。

（2）按下【电源ON】按钮，电源指示灯ON。

（3）按下【加热】按钮，加热指示灯ON，即开始给树脂加热，温度控制仪开始控制树脂加热。树脂温度上升 32℃时，可以开始制作零件。加热过程大约需要一小时（如若工作间隔不长，可不必关断加热及电源，免去长时间的加热等待）。

（5）旋转【激光】开关至ON位置，即打开激光器电源。

（6）打开计算机，启动WINDOWS98/WINDOWS2000。

（7）按下【伺服】按钮，伺服指示灯ON，即给伺服系统加上电源。

（8）打开RpBuild控制程序，加载待加工零件的*.PMR或*.SLC文件。

（9）加载或设定制作工艺参数。

（10）调整托板位置，使之略高于液面（0.3mm左右）；若继续制作上次中断的零件，则不要移动托板。

(11)点击开始从新制作后，计算机会提示是否自动关闭激光器（若连续制

作，选择“否”，若考虑其它，选择“是”），选择后进入自动制作过程。

(12)制作完成后，屏幕出现“RP项目制作完成”提示。

(13)将托板升出液面，取出制件，将托板清理干净。

(14)清理过程中，可以按下【照明】按钮，使用照明。

(15)继续制作其他项目，则重复步骤7~12。

(16)关闭激光器时，旋转【激光】开关至OFF位置, 即关掉激光电源(注意：关闭激光器之前，不应关闭伺服及RpBuild控制程序)。

(17)若长时间不使用机器，则应关闭各电源开关，最后关闭总电源。

5.实验报告要求

•写明实验的目的

•阐明光固化成型的工作原理

•提出对所做实验的改进想法

6.思考题

•振镜系统与伺服系统在实际二维轮廓的制造过程中的差异？

•对非对称结构的3维模型如何分层？

•SPS450B液位控制系统有什么用？

振镜系统是将激光束入射到两反射镜（振镜）上，用计算机控制反射镜的反射角度，这两

个反射镜可分别沿X、Y轴扫描，从而达到激光束的偏转，使具有一定功率密度的激光聚

焦点在打标材料上按所需的要求运动，从而在材料表面上留下永久的标记。伺服系统则是

接受来自数控装置的指令信号，驱动机床移动部件跟随指令脉冲运动，并保证动作的快速

和准确。

对于三维CAD模型，分层处理就是把模型分割成等间距的平面层，所切割的封闭轮廓线

就是零件的每一层边界线。分层处理包括计算切割平面与零件集合模型的交线。对STL模

型就是要计算出分割平面与许多小三角平面之间的交线，所形成的轮廓线则是由这一系列

线段集来表示的。对数据处理后得到二维轮廓上的系列点，再经过轮廓追踪得到封闭曲线。

光固化成型采用堆织成型原理，通过紫外激光照射液态光敏树脂从而固化成型。在实际成

型过程中，光敏树脂液面需保持在同一高度位置，并且要求均匀涂覆在前一层已固化光敏

树脂上，它直接影响到产品原型在Z方向上的成型精度，甚至影响到产品制作过程的失败。而液位控制系统则是起到维持液面高度的关键作用。