对连续光固化面成型工艺参数与成型精度的关系研究.pdf
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1、 TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化94 科学与信息化2023年10月上对连续光固化面成型工艺参数与成型精度的关系研究陈伟强1,21.江西理工大学 江西 南昌 330013;2.中国福建光电信息科学与技术创新实验室 福建 福州 350108摘 要 本文研究的主要内容是通过工艺实验获取连续面成型中工艺参数与成型精度之间的具体关系,并对工艺参数进行优化,获取高精度的制件。关键词 连续面成型;工艺参数;成型精度Research on Relationship Between Process Parameters and Forming Accuracy of Conti
2、nuous Light Curing Surface FormingChen Wei-qiang1,21.Jiangxi University of Science and Technology,Nanchang 330013,Jiangxi Province,China;2.Fujian Science&Technology Innovation Laboratory for Optoelectronic Information of China,Fuzhou 350108,Fujian Province,ChinaAbstract This paper mainly studies the
3、 specific relationship between process parameters and forming accuracy of continuous surface forming obtained through process experiments,and optimizes the process parameters to obtain high-precision parts.Key words continuous surface forming;process parameters;forming accuracy引言区别于传统的SLA工艺,连续面成型过程的
4、工艺参数优化无法直接参考SLA工艺的研究结果,需要在对连续面成型工艺过程进行具体研究后,根据分析结果具体筛选影响制件成型精度的主要因素,再通过工艺实验对参数进行优化。1 成型精度影响因素分析连续面成型的实际成型过程包括:已固化树脂形成的制件随着成型平台的运动,与树脂槽底部成型区域形成空隙;四周的树脂迅速流入,填补成型区域;光源连续投影制件截面的特征图像,光敏树脂接收到的能量逐渐累积,新补充至成型区域的树脂发生固化。该过程在制件成型过程中不断重复,直至整个制件的成型完成。在树脂固化的同时打印台沿Z向连续运动,成型区域出现短暂的树脂缺失现象,需要四周的树脂补充。对于本文中所搭建的实验平台,由于存在
5、液体高度差,四周的树脂会在压力差的作用下向成型区域流动。根据之前对树脂流平过程的分析,可以发现树脂的流平速度受到流动过程中损失的压力降P、待流平区域大小以及树脂本身流动特性的影响,而与树脂上下表面接触到的固体界面的粗糙度无关1。因为将树脂从四周流平到中心成型位置的过程视作为管内流动过程,且为非圆管的层流流动,因此需要计算该过程的等效水力直径,有:(1)式中:A 树脂流经的截面积/mm2;p 流体接触的固体周边长度/mm;h 树脂流经区域厚度/mm;b 树脂流经区域宽度/mm。根据管内流动公式,考虑流动过程的对称性,计算管内流动过程中的平均流动速度:(2)式中:a 树脂实际流经距离/mm;管内流
6、动的压力差/Pa;树脂粘度/。根据平均速度,可求得在成型平台以速度v匀速下降时的树脂的流动距离l为:TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化科学与信息化2023年10月上 95 (3)考虑管内树脂可通过四周补充,因此可假设,在此假设下,可得出树脂完全补充至一定面积区域的流平时间t与树脂黏度、树脂深度、打印速度等参数间存在以下关系:(4)根据Beer-Lambert定理,有:(5)公式(5)说明随着树脂与光源间距离的不断增大,该层树脂所能接收到的能量也在逐渐减小。如图3所示,考虑树脂的填充时间,为保证最终成型件无表面缺陷,对于树脂完全填充成型区域前接收的能量以及该层移动至
7、不再接收照射能量前的总能量,需要满足以下的边界条件:树脂在完成成型区域的填充前保持液态状态,即此时所吸收的能量小于树脂的临界曝光量,;在该层远离光源照射区域不再吸收能量继续固化前,该层树脂完成固化,因而有。根据分析可知,为了保证光固化连续成型的制件精度,需要严格控制成型过程中的曝光强度与打印速度。因此,本章将通过设计工艺实验,研究曝光强度、打印速度与制件成型精度间的具体关系。2 工艺参数对连续成型制件精度的影响根据对连续面成型过程的分析,可知在连续成型过程中,曝光强度与打印速度是主要影响制件成型精度的工艺参数,因此本节针对曝光强度与打印速度设计工艺实验,研究这两项参数对制件成型精度的影响。2.
8、1 打印速度对成型精度的影响为了研究在实际的成型过程中打印速度与树脂固化厚度之间的具体关系,利用已知固化特性的树脂制作H型悬臂件。其悬臂部分能够良好反映在不受限制的情况下采用不同打印速度制件的固化厚度,可用于测试不同打印速度设置下树脂的实际固化厚度与设计厚度间的关系。为了较为准确的分析打印速度对制件固化厚度的影响,设置5个组别的实验,各分组实验环境相同,均采用曝光强度相同、打印速度改变的实验模式。实验具体包括五组不同曝光强度(1018mW/cm2),各组中打印速度均按照0.02mm/s的间隔从0.09mm/s增长至0.17mm/s。使用千分尺测量H制件的固化厚度,测量精度为0.001mm。将测
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