面曝光快速成形制作参数优化研究

发布时间：2018-02-09 08:43

本文关键词： 面曝光快速成形畸变校正过固化田口方法工艺优化　出处：《西安工程大学》2012年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：快速成形（Rapid Prototyping，简称RP）是一种全新的先进制造技术，制造原理上与传统去除材料的加工方式截然不同，能快速将零件的CAD模型转换为实体原型。面曝光快速成形是近几年才提出的一种快速成形技术，其原理是：零件的三维模型经切层后，切层数据存储为能生成零件截面形状的视图文件，由该文件驱动视图发生器，在树脂表面形成相应的视图，以该视图为掩模，实现对树脂的选择性固化。在面曝光快速成形系统中，视图发生器的光学系统对零件的制作精度影响较大，但是光学系统存在制作误差、装配误差，从而使镜片在成像过程中都存在一定程度的光学畸变，使生成的视图大小和形状发生了一定程度的变化，造成视图质量下降，给光固化单层截面尺寸及形状带来误差；因此需要对光学系统造成的图像畸变进行校正。针对面曝光快速成形系统存在的图像畸变，本文根据几何像差理论，建立了二元三次多项式的图像畸变校正模型，再利用空间可变双线性插值进行灰度重建实现畸变校正，从而保证在树脂表面获得一个精确的掩膜图案，提高零件制作精度。在面曝光快速成形制作工艺中，制件是通过层层累积而成的，每个薄层是组成制件的最小单元，只有对薄层的固化深度进行控制，才能减小过固化现象，提高制件精度。而薄层固化深度主要与曝光时间间隔、辐照度、掩膜图案等因素相关。通过对薄层固化模型进行研究，一方面确定树脂的临界能量及透射深度等参数；另一方面确定固化深度与能量之间的关系。在此基础上，研究影响固化深度的因素，发现固化深度随着曝光时间间隔的增加而减少，其原因是因自由基的扩射和氧气的阻聚作用，降低了已固化层底部能量，因此曝光时间间隔对控制过固化有一定的积极作用；此外，固化深度与辐照度、掩膜图案有关。当曝光能量一定时，固化深度随着辐照度的减小而降低，但是辐照度过低，曝光时间较长，制作效率较低，，因此需选择合适的辐照度值。掩膜图案是零件的切层图片经过反色处理后的用于曝光的视图，掩膜图案对固化深度的影响，其根本原因是与能量的叠加有关。通过对以上影响固化深度的因素进行控制后，进行制作过固化实验模型，零件的过固化现象得到了明显的改善。为了提高面曝光快速成形系统曝光平面内的制作精度，应用田口方法的信噪比（SN）对辐照度、曝光时间、曝光时间间隔及面收缩补偿系数四个主要影响面曝光快速成形的因素进行分析。采用自由度为26的L27(313)形式的正交表，得到各个因素不同水平对应的制作零件尺寸误差的信噪比；通过对正交表的直观分析和方差分析，可知面收缩补偿系数、辐照度及其交互作用、曝光时间间隔对曝光平面内制作精度影响显著，面收缩补偿系数与曝光时间间隔之间的交互作用对制作精度有一定的影响。实验验证表明：在最佳的制作工艺参数条件下，制作的零件曝光平面内的误差在±10μm之内，显著提高了面曝光快速成形制作精度。最后，基于对以上研究的内容，本文详细介绍了面曝光快速成形的制作过程，通过制作国际象棋的三维模型，展示了本系统对控制过固化现象取得显著成果；另外，通过制作平面特征测试件，测试件的测量尺寸及分析结果表明：平面内测量尺寸的均方根误差为0.011mm，平面内的尺寸误差在±0.020mm范围内的测量尺寸占到95.6%，零件的制作精度得到明显提高，对面曝光快速成形技术的推广具有重大意义。
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【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH16

【引证文献】