@2光固化快速成型工艺

第2章 光固化快速成型工艺
2.3
支撑结构
工 艺 过 程
第2章 光固化快速成型工艺
2.3
（3）模型的切片及数据准备
工 艺 过 程
利用分层软件选择参数，将模型分层，得到每一薄片 层的平面图形及其有关的网格矢量数据； 根据层片信息，生成其数控代码，用于控制激光束的 扫描轨迹。
第2章 光固化快速成型工艺
第2章 光固化快速成型工艺
2.4
精 度 及 效 率
尺寸精度
成型件的精度
形状精度
表面质量
尺寸误差：成型件与CAD模型在三维方向上的尺寸相差值
形状误差：翘曲、扭曲、局部缺陷、遗失特征等
表面误差：台阶、波浪、粗糙度
第2章 光固化快速成型工艺
2.4
精 度 及 效 率
成型件误差产生原因：
1、数据处理产生的误差 2、成型过程产生的误差 3、后处理产生的误差
材 料 及 设 备
扫描系统、机械结构
第2章 光固化快速成型工艺
2.3
工 艺 过 程
（1） CAD模型及STL文件 1、前处理 （2） CAD模型的定向（选择模型的 摆放方向和位置，设计支撑。） 悬垂部分和较大的悬臂及粱
第2章 光固化快速成型工艺
2.3
支撑结构
作用：固定零件、保持零件形状、减少翘曲变形等
树脂收缩变形 从液态到固态的聚合反应过程 线性收缩 体积收缩
逐层堆积时的层间应力，使工件变形、翘曲。 整个制件尺寸的变化，导致制件精度误差。
第2章 光固化快速成型工艺
2.4
精 度 及 效 率
2、成型过程产生的误差
加工参数设置误差
激光扫描方式产生的误差
（连续扫描、分片区域扫描、环形扫描和三角角剖分扫描）
第2章 光固化快速成型工艺
2.2
SLA材料
DSM公司的Somos ProtoTherm 14120光敏树脂：
材 料 及 设 备
★能制作具有高强度、耐高温、防水等功能的零件。 ★用此材料制作的零部件外观呈现为乳白色。 ★与其它耐高温光固化材料不同的是：此材料经过后期高 温加热后，拉伸强度明显增大，同时断裂延伸率仍然保持 良好。 ★能够理想地应用于汽车及航空等领域内需要耐高温的重 要部件上。
第2章 光固化快速成型工艺
2.1
缺点
1、需要专门实验室环境，维护费用高昂。
2、成型件需要后处理，二次固化，防潮处理等工序。 3、光敏树脂固化后较脆，易断裂，可加工性不好；工作温 度不能超过100℃，成形件易吸湿膨胀，抗腐蚀能力不强。
基 本 原 理 和 特 点
4、光敏树脂对环境有污染，使皮肤过敏。
5、需对整个截面进行扫描固化，成型时间较长，因此制作 成本相对较高。 6、需要设计工件的支撑结构，以便确保在成型过程中制作 的每一个结构部分都能可靠定位，支撑结构需在未完全固 化时手工去除，容易破坏成型件。
第2章 光固化快速成型工艺
2.1
优点
1、成形速度较快。 2、可以制作结构十分复杂的模型（复杂的内部结构、中空 结构等）。 3、系统工作稳定、分辨率较高。 4、尺寸精度高，可确保工件的尺寸精度在0.1mm（国内 SLA精度在0.1-0.3mm之间，且存在一定的波动性）。
基 本 原 理 和 特 点
5、表面质量较好，工件的最上层表面很光滑，侧面可能 有台阶不平及不同层面间的曲面不平；适合做小件及 精细、复杂件。
第2章 光固化快速成型工艺
SLA—StereoLithography Apparatus 光固化(立体光刻、光成形)等，是美国的C. Hull于 1986年研制成功的一种RP工艺，1987年获美国专 利，称为SL工艺，1988年美国3D Systems公司推 出第一台商用样机SLA-1。 SLA工艺是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛 的快速原型技术。
材 料 及 设 备
安装时，两部分合为一起保持 设备的整体性，分体的结构便 于包装和运输。
第2章 光固化快速成型工艺
2.2
CPS快速成型机 设备结构简介 1.机械结构 (1) Z轴升降工作台
材 料 及 设 备
完成托板的升降运动。 在制作过程中，进行每一层的步进， 制作完成后，实现工作台快速提升出 树脂液面，以方便零件的取出。
(2)加载成型数据文件
第2章 光固化快速成型工艺
2.3
2. 快速成型制作 SLA工艺原型制作实例
工 艺 过 程
(3) 选择工艺参数 (4)制作 (5)退出系统
第2章 光固化快速成型工艺
2.3
SLA工艺原型制作实例
工 艺 过 程
3.后处理 清洗 (酒精) 去支撑 (锉刀和刀片) 外表面打磨,去除多余的毛边
第2章 光固化快速成型工艺
2.1
基本原理
基 本 原 理 和 特 点
第2章 光固化快速成型工艺
2.1
基 本 原 理 和 特 点
第2章 光固化快速成型工艺
2.1
基 本 原 理 和 特 点
第2章 光固化快速成型工艺
2.1
基 本 原 理 和 特 点
第2章 光固化快速成型工艺
2.1
基 本 原 理 和 特 点
运动形式： 步进电机驱动，丝杠传动，导轨导向。 以保证Z向的运动精度。
第2章 光固化快速成型工艺
2.2
CPS快速成型机 设备结构简介 1.机械结构 (2) X-Y方向工作台 主要完成聚焦镜头在液面上 的二维精确扫描，实现每一 层的固化。 采用步进电机驱动、精密 同步带传动、精密导轨导向 的运动方式。
第2章 光固化快速成型工艺
2.2
CPS快速成型机 设备结构简介 2.光学系统 光源采用紫外汞氙灯， 用椭球面反射罩实现第 一次反射聚焦，聚焦后 经光纤耦合传导，再经 透镜实现二次聚焦，最 后将光照射到树脂液面 上。
材 料 及 设 备
第2章 光固化快速成型工艺
2.2
CPS快速成型机 设备结构简介 3.控制系统 工控机、分层处理软件、控制软件等组成。
第2章 光固化快速成型工艺
2.2
SLA材料
Vantico公司的SL系列 3D System公司的ACCURA系列 DSM公司的SOMOS系列
材 料 及 设 备
第2章 光固化快速成型工艺
2.2
SLA材料
Vantico公司： SL5510—可满足多种生产要求，由其制作了原型 精度的工业标准。
材 料 及 设 备
第2章 光固化快速成型工艺
2.2
SLA设备
研究单位
材 料 及 设 备
美国: 3D Systems公司——SLA系列
Aaroflex公司
日本: SONY/D-MEC公司 Teijin Seiki公司 德国: EOS公司 西安交通大学: SPS系列、LPS系列、CPS系列 上海联泰科技有限公司: RS系列
工作台升降时间
等待时间
扫描速度（V↑，单位长度的固化时间↓） 扫描间距（H ↑ ，单位面积的扫描路径↓ ， 扫描时间扫描） 扫描方式 分层厚度
根据工艺要求确定
第2章 光固化快速成型工艺
2.5
微 光 固 化 快 速 成 型 工 艺
应用领域 — 微机电和生物工程等领域
（微米或亚微米级的细微结构）
优化：光路系统、机械传动系统
第2章 光固化快速成型工艺
SLA应用
SLA-example1 （电子行业） SLA-example2 （ 玩具模型） SLA-example3（大型件）
2.2
材 料 及 设 备
加工尺寸： 508×508×600mm 激光扫描速度：9.52m/s 最小层厚：0.025mm
SLA7000机型
第2章 光固化快速成型工艺
2.2
材 料 及 设 备
第2章 光固化快速成型工艺
2.2
材 料 及 设 备
上海联泰科技有限公司 RS-350S机型
第2章 光固化快速成型工艺
2.3
2、原型制作 给定工艺参数，完成分层固化成型。
工 艺 过 程
清洗模型，去除多余的液态树脂。 去除并修整原型的支撑。 3、后处理 去除逐层硬化形成的台阶。 后固化处理。
第2章 光固化快速成型工艺
2.3Байду номын сангаас
SLA工艺原型制作实例
工 艺 过 程
某航空发动机上的一个小叶轮，其外圆内径 为100mm，高度为30mm，单个制作过程大 约需要1h。
光斑补偿设置误差 激光功率、扫描速度、扫描间距 固化深度∝P/V ∝1/H P19
第2章 光固化快速成型工艺
2.4
精 度 及 效 率
3、后处理误差
去除支撑引起的变形误差 后固化引起的误差 表面处理产生的误差
第2章 光固化快速成型工艺
2.4
SLA的制作效率
扫描固化时间 + 辅助时间
影 响 因 素
精 度 及 效 率
机器误差
树脂收缩变形
加工参数设置误差
第2章 光固化快速成型工艺
2.4
精 度 及 效 率
2、成型过程产生的误差
机器误差
●制样平台Z方向升降运动误差 Z方向的尺寸误差 ●激光束扫描的定位误差、扫描路径误差
匹配
堆积过程中的 层厚精度
第2章 光固化快速成型工艺
2.4
精 度 及 效 率
2、成型过程产生的误差
设备、工艺、材料
第2章 光固化快速成型工艺
2.4
精 度 及 效 率
1、数据处理产生的误差
STL格式转换造成的误差 分层切片造成的误差
第2章 光固化快速成型工艺
2.4
精 度 及 效 率
第2章 光固化快速成型工艺
2.4
精 度 及 效 率
第2章 光固化快速成型工艺
2.4
精 度 及 效 率
2、成型过程产生的误差
材 料 及 设 备
第2章 光固化快速成型工艺
2.2
CPS快速成型机 设备结构简介 1.机械结构 (3)树脂循环系统 保证在制作过程中树脂液面位置不变，以保证聚焦光斑大 小恒定。 利用树脂恒定补充，动态溢流的原理保持树脂液而不变。 基本结构: 树脂内槽、树脂外槽、排液口、液轮、 内流电机、溢流槽。
材 料 及 设 备
第2章 光固化快速成型工艺
2.3
SLA工艺原型制作实例 1. 数据准备 (1) STL格式转换 进入数据准备系统中，加载零件的STL文件。
工 艺 过 程
第2章 光固化快速成型工艺
2.3
1. 数据准备 SLA工艺原型制作实例 (2)零件定向 (3)参数设置 （分层参数） (4)分层切片 (5)支撑编辑
第2章 光固化快速成型工艺
2.2
SLA材料
SLA原型材料一般都是液态光敏树脂，如丙烯酸脂系、 环氧树脂系等(后者的性能优于前者)。
要求： ★在一定频率的单色光的照射下迅速固化并具有较大的固 化穿透深度;
材 料 及 设 备
★固化时树脂的收缩率要小；
★SLA原型要具有足够的强度和良好的表面光洁度，且成 型时毒性较小。
工 艺 过 程
防止零件的最底层 直接粘结在加工平台上
防止产生漂移
防止零件在完全固化前 发生翘曲或塌陷
第2章 光固化快速成型工艺
2.3
支撑结构
工 艺 过 程
1、用于大面积的支撑区域
2、狭长的支撑区域 3、用于非常小的支撑区域，并且要比待支撑区域稍大。 4、用于垂直悬臂，可以大大减少支撑体积，提高支撑的 可去除性。
第2章 光固化快速成型工艺
2.2
SLA设备
材 料 及 设 备
第一台RP商品化设备： 3D Systems公司的SLA250机型
第2章 光固化快速成型工艺
2.2
SLA设备
材 料 及 设 备
SLA5000机型
加工尺寸：508×508×584mm 激光扫描速度：5m/s 最小层厚：0.05mm
第2章 光固化快速成型工艺
2.2
CPS快速成型机
材 料 及 设 备
CPS快速成型机采用普通紫外光源，通过光纤将经过 一次聚焦后的普通紫外光导入透镜，经过二次聚焦后， 照射在树脂液液面上。
二次聚焦镜夹持在二维数控工作台上，实现X-Y二维 扫描运动，配合Z轴升降运动，从而获得三维实体。
第2章 光固化快速成型工艺
2.2
CPS快速成型机 设备结构简介 整套设备分为两部分，即成型 室部分和电器控制部分。
工 艺 过 程
(6)输出当前模型 成型数据文件 (7)退出
第2章 光固化快速成型工艺
2.3
2. 快速成型制作 SLA工艺原型制作实例
工 艺 过 程
(1)设备调整 如刮板和托板的零位调整准确，光路光斑调整合理， 等等。
第2章 光固化快速成型工艺
2.3
2. 快速成型制作 SLA工艺原型制作实例
工 艺 过 程
SL7540—制作的原型性能类似于聚丙烯。 SL5530HT—使用温度可超过200℃。
第2章 光固化快速成型工艺
2.2
SLA材料
3D Systems公司的SLA材料Accura Si 40：
材 料 及 设 备
★可以达到ABS工程塑料的膨胀、弯曲性能； ★有着与ABS工程塑料相同的耐高温性能，是第一 种既具有高耐热性、又有韧性的材料，适用于汽车 应用,其性能与尼龙66相似。 ★部件透明，能被钻孔，攻螺纹和用螺栓连接。