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填充角度对3D打印原型件侧表面质量的影响

分享到: 本站编辑:gengxin 日期: 2018-05-02 11:37 点击:

  

 摘 要:对光敏树脂3D打印填充角度开展了工艺研究,并进行了光镜和表面粗糙度试验,获得了填充角度对侧表面质量的影响规律。实验结果表明:单轮廓填充角度对侧表面质量影响表现为随着填充角度的增大,表面粗糙度值越小,侧表面质量越好;三轮廓填充角度对侧表面质量影响很小,表面粗糙度值相差很小。
  关键词:3D打印;填充角度;侧表面质量
  中图分类号:U463.46 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2018)04-0028-03
  1 引言
  3D打印技术又称增材制造技术[1-3],它实际上是快速成型领域里面的一种新兴技术,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术[4]。就其打印设备来说分成熔融沉积式(FDM)、分层实体制造(LOM)、立体光固化成型法(SLA)、电子束自由成形制造(EBF)、直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔化成型(EBM)、选择性激光熔化成型(SLM)、选择性热烧结(SHS)和选择性激光烧结(SLS)等[5]。立体光固化成型是最早、最广泛用于工业上的3D打印技术,其具有成型速度快、精度高等优点。目前,立体光固化成型主要集中在扫描速度、激光功率、扫描间距,分层厚度等工艺研究,而填充角度对样件侧表面质量的影响的工艺研究较少。因此,本文着重研究了填充角度对成型件侧表面质量的影响,为进一步制作好的成型件提供了工艺参考。
  2 实验部分
  2.1 实验原料
  光敏树脂,陕西恒通智能机器有限公司自制。
  2.2 主要设备及仪器
  激光快速成型设备,SPS600陕西恒通智能机器有限公司;光学显微镜,上海万衡精密光学仪器厂;北京凯达科仪科技有限公司NDT150便携式表面粗糙度仪。
  2.3 样品制备
  用激光快速成型机将光敏树脂制成长×宽×高×厚为50mm×50mm×300mm×1mm中空的长条体,此样品作为光镜和表面粗糙度测试件。其中,工艺参数为:激光功率350mw,扫描速度7500mm/s,分层厚度为0.1mm。
  2.4 快速原型件侧表面质量测试
  使用光镜对制件侧表面质量进行测试,并使用表面粗糙度仪对制件表面的粗糙度进行测量。
  3 结果与讨论
  3.1 光敏树脂性能测试
  利用已经过设备标定和光斑标定后的SPS600设备,激光功率为400mw,扫描间距0.1mm,树脂工作温度32℃,扫描间距从1000~5000mm/s,平面扫描制作一层厚的20mm×20mm的正方形薄片,酒精清洗后,用游标卡尺测量薄片厚度。所测得的数据见表1所示,光敏树脂曝光能量自然对数与固化深度的关系曲线图1所示。
  根据最小二乘法拟合求出所用光敏树脂的特性参数[6-7],临界曝光量和透射深度分别为Ec=16.1mJ·cm-2,Dp=0.116mm。了解树脂的特性后,可以得到此光敏树脂最佳的扫描速度、扫描间距以及激光功率等工艺匹配,从而获得好的侧表面质量制件。
  3.2 单重轮廓填充角度对侧表面质量的影响
  由于样件制作时分层厚度为0.1mm,根据3D打印原理,都存在台阶效应,侧表面应是以0.1mm为单元的层层累加,肉眼看到的纹路也应该是比较均匀的0.1mm分层[8]。当改变填充角度从图2-6所示可以看出,填充角度对侧面的质量影响表现为以180°为一个周期产生明显条纹间距,如90°、60°、45°、30°、15°分别为约0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.6mm、1.2mm。图7所示填充角度为15°时的断面图,可以看出肉眼看到的纹路大概为1.2mm,即证明了上述填充角度对侧面纹路影响的规律。
  3.3 三重轮廓填充角度对侧表面质量的影响
  由图8-12所示可以看出,当轮廓增加到三条时,填充角度对侧面条纹不再产生影响,具有很明显的0.1mm分层,并且侧表面质量很好。这是由于当轮廓数增加到三条时,轮廓固化区域已经将填充固化区域超出部分全部覆盖,填充固化区域对侧表面产生不了影响,表现为侧表面质量变好。
  3.4 表面粗糙度表征侧表面质量
  由表2可以看出当填充角度越小时,表面粗糙度越大,侧表面质量越差,这是由于当角度越小时,填充固化范围超出轮廓固化范围越多,对侧表面质量影响越大。
  由表3可以看出,当轮廓为三条时,填充角度对表面粗糙度的影响很小。这是因为轮廓增多后,填充固化区域已全部被轮廓固化区域包围,提高了侧表面质量。
  3.5 制作零件
  在SPS600激光快速成型机上按照激光功率350mw,扫描速度7500mm/s,分层厚度为0.1mm,填充角度为90°打印三阳开泰模型,见图13所示。
  图13所示的制件,侧表面比较光滑,并且曲面部分台阶效应也不明显,说明目前所用的工艺参数,尤其是填充角度90°验证了侧表面良好的质量。
  4 结语
  (1)单轮廓填充角度对侧表面质量影响表现为,以180°为一个周期产生明显条纹间距,如90°、60°、45°、30°、15°分別为约0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.6mm、1.2mm,随着角度的增大,侧面表面粗糙度值越小,侧表面质量越好。(2)三轮廓填充角度对侧表面质量影响很小,表面粗糙度值相差也很小。考虑到实际制件中三轮廓会影响效率,因此如果只要精度不要效率可以用三轮廓,任意的填充角度,但是如果追求高效应选取单轮廓90°的填充角度。
  参考文献
  [1]Vassilios Canellidis, John Giannatsis, Vassilis Dedoussis.Efficient parts nesting schemes for improving stereolithography utilization[J].Computer-Aided Design,2013,45(5):875-886.
  [2]Pati Falguni, Shim J H,Lee J S, et al.3D printing of cellladen constructs for heterogeneous tissue regeneration[J].Manufacturing Letters,2013,1(1):49-53.
  [3]R Bibb , D Thompson , J Winder. Computed tomography characterisation of additive manufacturing materials[J].Medical Engineering & Physics,2011,33(5):590.
  [4]伍璧超,卢玉斌.三维激光成型固化光敏树脂的力学性能研究[J].西南科技大学学报,2015,(3):21-24.
  [5]孟庆华,汪国庆,姜宏,等.喷墨打印技术在3D快速成型制造中的应用[J].信息记录材料,2013,(5):41-51.
  [6]黄笔武.高精度、高韧性和高耐热性立体光刻快速成形材料的研究[D].华中科技大学,2005.
  [7]赵毅.激光快速成型中光敏树脂特性的实验研究[J].高分子材料科学与工程,2004,(1):184-186.
  [8]王雷,钦兰云,佟明,等.快速成型制造台阶效应及误差评价方法[J].沈阳工业大学学报,2008,(3):318-321.

  
  

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