光固化快速成型叠层方向精度研究

论文摘要

光固化快速成型是目前技术最成熟、应用领域最广的快速成型技术，但是其中的深潜式涂覆光固化快速成型技术在成型0.1mm层厚的工件时，工件叠层方向表面凸起，致使叠层方向精度失效，限制了深潜式涂覆光固化快速成型技术的应用。本文主要针对这个问题进行了深入研究。首先，通过实验研究，初步认为影响工件叠层方向精度失效的主要因素可能是树脂液面的流动；第二，从流体力学的角度研究了工件上方树脂液面的流动情况，推导出树脂液面在工件上方区域的流体边界层厚公式，从理论上证明了上述实验研究结果。第三，运用ANSYS10.0有限元分析软件，针对树脂槽内树脂的加热流场、搅拌流场、加热与搅拌耦合流场的情况分别进行了有限元仿真，得出了与理论和实验研究相一致的流场分布，为工艺的改进提供了指导方案；最后，在仿真结果和理论公式的指导下，提出了提高工件叠层方向精度的工艺改进方案，并进行了精度实验，结果表明，工件叠层方向精度得到了显著提高。改进后的成型工艺能保证成型工件叠层方向尺寸误差控制在±0.5mm内，满足了深潜式涂覆光固化快速成型加工的精度要求（500层工件制作，叠层方向尺寸误差小于±0.5mm），解决了生产难题。本研究对快速成型技术的发展有一定的促进作用，对生产实际有一定参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 快速成型技术的基本原理和特点
• 1.2.1 快速成型基本原理
• 1.2.2 快速成型技术特点
• 1.3 叠层方向精度研究现状
• 1.3.1 基于表面张力因素的叠层方向精度研究
• 1.3.2 基于涂覆因素的叠层方向精度研究
• 1.4 研究内容及工艺路线
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 2 叠层方向精度的主要影响因素
• 2.1 成型设备对叠层方向精度的影响
• 2.1.1 刮板运动速度
• 2.1.2 刮板材料
• 2.2 树脂材料对叠层方向精度的影响
• 2.2.1 表面张力
• 2.2.2 粘度
• 2.3 树脂液面的流动对叠层方向精度的影响
• 3 叠层方向精度失效机理分析
• 3.1 树脂槽加热引起的树脂热流动
• 3.2 工件升降引起的搅拌效应
• 3.3 树脂流场的理论计算
• 4 树脂流场仿真
• 4.1 树脂热流场仿真
• 4.1.1 建立仿真模型
• 4.1.2 网格划分
• 4.1.3 施加载荷
• 4.1.4 求解计算
• 4.1.5 结果分析
• 4.2 树脂搅拌流场仿真
• 4.2.1 建立仿真模型
• 4.2.2 网格划分
• 4.2.3 施加载荷
• 4.2.4 结果分析
• 4.3 热流场与搅拌流场的耦合场仿真
• 4.3.1 建立耦合场模型
• 4.3.2 网格划分
• 4.3.3 载荷施加
• 4.3.4 结果分析
• 5 工艺优化
• 5.1 深潜式涂覆工艺研究
• 5.2 深潜式涂覆工艺改进
• 6 结论
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 6.2.1 目前工艺现状
• 6.2.2 快速成型自动化工艺系统
• 6.2.3 光固化快速成型专家系统
• 致谢
• 参考文献
• 附录