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快速成型制造工藝i-在線瀏覽

2025-07-18 04:43本頁面
  

【正文】 國專利,是最早發(fā)展起來的快速成型技術(shù)。它以光敏樹脂為原料,通過計算機控制紫外激光使其凝固成型。 ξ2 快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 一、 光固化成型的基本原理和特點 光固化成型工藝的成型過程如圖 22示。一層固化完畢后,工作臺下移一個層厚的距離,以使在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂,刮板將粘度較大的樹脂液面刮平,然后進(jìn)行下一層的掃描加工,新固化的一層牢固地粘結(jié)在前一層上,如此重復(fù)直至整個零件制造完畢,得到一個三維實體原型。采用刮板刮切后,所需數(shù)量的樹脂便會被十分均勻地凃敷在上一疊層上,這樣經(jīng)過激光固化后可以得到較好的精度,使產(chǎn)品表面更加光滑和平整。 SLA原型的尺寸精度可以達(dá)到 177。 ? 優(yōu)良的表面質(zhì)量 雖然在每層固化時側(cè)面及曲面可能出現(xiàn)臺階,但上表面仍可得到玻璃狀的效果。 成型過程中材料發(fā)生物理和化學(xué)變化 ?需要二次固化 經(jīng)快速成型系統(tǒng)光固化后的原型樹脂并未完全被激光固化。 (一) 前處理 前處理階段主要是對原型的 CAD模型進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、擺放方位確定、施加支撐和切片分層,實際上就是為原型的制作準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。 ?CAD三維造型 三維實體造型是 CAD模型的最好表示,也是快速原型制作必須的原始數(shù)據(jù)源。 CAD模型的三維造型可以在 UG、 Pro/E、 Catie等大型 CAD軟件以及許多小型的 CAD軟件上實現(xiàn),圖 22a給出的是小扳手在 UG 。STL數(shù)據(jù)處理實際上就是采用若干小三角形片來逼近模型的外表面,如圖 22b所示。目前,通用的 CAD三維設(shè)計軟件系統(tǒng)都有 STL數(shù)據(jù)的輸出。一般情況下,從縮短原型制作時間和提高制作效率來看,應(yīng)該選擇尺寸最小的方向作為疊層方向。有時為了減少支撐量,以節(jié)省材料及方便后處理,也經(jīng)常采用傾斜擺放。 對于上述的小扳手,由于其尺寸較小,為了保證軸部外徑尺寸以及軸部內(nèi)孔尺寸的精度,選擇直立擺放,如圖 22c所示。 ξ2 快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC a) CAD三維原始模型 b) CAD模型的 STL數(shù)據(jù)模型 c) 模型的擺放方位 d) 模型施加支撐 圖 22 光固化快速原型前處理 ξ2 快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC ?施加支撐 擺放方位確定后 , 便可以進(jìn)行支撐的施加了 。 對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型 , 支撐的施加是費時而精細(xì)的 。 支撐施加可以手工進(jìn)行 , 也可以軟件自動實現(xiàn) 。 為了便于在后續(xù)處理中支撐的去除及獲得優(yōu)良的表面質(zhì)量 ,目前 , 比較先進(jìn)的支撐類型為點支撐 , 即在支撐與需要支撐的模型面是點接觸 , 圖22d示意的支撐結(jié)構(gòu)就是點支撐 。 圖 23給出的是該扳手的光固化原型 。在原型制作前,需要提前啟動光固化快速成型設(shè)備系統(tǒng),使得樹脂材料的溫度達(dá)到預(yù)設(shè)的合理溫度,激光器點燃后也需要一定的穩(wěn)定時間。一般來說,疊層制作控制軟件對成型工藝參數(shù)都有缺省的設(shè)置,不需要每次在原型制作時都進(jìn)行調(diào)整,只是在固化特殊的結(jié)構(gòu)以及激光能量有較大變化時需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒后,就可以啟動疊層制作了。下圖給出的是SPS600光固化成型設(shè)備在進(jìn)行光固化疊層制作時的界面。 ξ2 快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC ξ2 快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC (三) 光固化成型的后處理 在快速成型系統(tǒng)中原型疊層制作完畢后,需要進(jìn)行剝離等后續(xù)處理工作,以便去除廢料和支撐結(jié)構(gòu)等。 ξ2 快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 原型疊層制作結(jié)束后,工作臺升出液面,停留 5~10min,以晾干多余的樹脂。持續(xù) 45min左右后放入水池中清洗工作臺約 5min。 再次清洗后置于紫外烘箱中進(jìn)行整體后固化。目前,激光束固化光敏樹脂 常用的三種方法是 ACESTM, STARWEAVETM和 QuickCastTM。 特點: ACESTM方法是低變形樹脂材料固化成型中精度最高的。 圖 23 ACESTM光固化方式 ξ2 快速成型制造工藝 模具工程技術(shù)研究中心 METRC 圖 24 STARWEAVETM光固化方式 (二) STARWEAVETM方法 建造方式: 柵格是在每隔一層成型時在每半個間距中產(chǎn)生的,如圖 24所示。 適用于聚合時收縮率較高的丙烯酸樹脂,也適用于環(huán)氧樹脂材料。 特點: 便于排出多余的樹脂,主要用于中空的鑄件模型制造 。因此必須設(shè)計一些細(xì)柱狀或肋狀支撐結(jié)構(gòu) (如圖所示 ),并在成型過程中制作這些支撐結(jié)構(gòu),以便確保制件的每一結(jié)構(gòu)部分能可靠固定,同時也有助于減少制件的翹曲變形。 作用: 支撐作用和減少翹曲變形。 ?腹板 ?十字壁板 主要用于孤立結(jié)構(gòu)部分的支撐。 從分子學(xué)角度講,光敏樹脂的固化過程是從短的小分子體向長鏈大分子聚合體轉(zhuǎn)變的過程,其分子結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化,因此,固化過程中的收縮是必然的。常用樹脂的熱膨脹系數(shù)為 104左右,同時,溫度升高
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