3D打印應(yīng)用技術(shù)與創(chuàng)新 第2版 課件 項目4、5 光固化成型工藝（SLA）、疊層實體制造工藝（LOM）

項目四光固化成型工藝（SLA）3D打印技術(shù)（亦稱增材制造）已發(fā)展成為融合材料設(shè)計、制造工藝、應(yīng)用開發(fā)為一體的功能化制造技術(shù)。聚酰亞胺作為3D打印成型一種特種工程材料，已廣泛應(yīng)用于航空、航天、微電子、納米、液晶等領(lǐng)域。然而，對于聚酰亞胺開展復(fù)雜成形與數(shù)字加工極為困難，造成其應(yīng)用對象受限。只有創(chuàng)新才有發(fā)展，只有發(fā)展才有出路。創(chuàng)新是一個民族發(fā)展進(jìn)步的靈魂精神，是一個國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動力，新時代青年要具備創(chuàng)新的意識，發(fā)揚創(chuàng)新的精神，不斷開拓，實現(xiàn)新發(fā)展。翻轉(zhuǎn)課堂的起源翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課堂的對比光固化成型工藝原理光固化成型工藝特點4.14.24.34.44.5

光固化成型技術(shù)以光敏樹脂為原料，利用光能的化學(xué)和熱作用使樹脂材料固化，通過計算機(jī)控制光源的移動使其凝固成型。傳統(tǒng)的光固化成型工藝主要以激光作為光源的掃描線掃描方式。隨著光固化成型工藝的發(fā)展，又產(chǎn)生了以LCD、DLP投影燈作為光源的面掃描式成型工藝。4.1光固化成型工藝原理4.1光固化成型工藝原理1.

激光掃描光固化成型4.1光固化成型工藝原理2.面掃描光固化成型4.2光固化成型工藝特點一、光固化成型工藝的優(yōu)點：1.尺寸精度高。SLA原型的尺寸精度可以達(dá)到±0.1mm。2.成型過程自動化程度高。SLA系統(tǒng)非常穩(wěn)定，加工開始后，成型過程可以完全自動化，直至原型制作完成。3.表面質(zhì)量較好。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。

4.可以制作結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的模型。5.可以直接制作面向熔模精密鑄造的具有中空結(jié)構(gòu)的消失型。4.2光固化成型工藝特點二、光固化成型工藝的缺點：1.制件易變形。成型過程中材料發(fā)生物理和化學(xué)變化，制件較易彎曲。2.需要設(shè)計工件的支撐結(jié)構(gòu)，否則會引起成型件變形。3.設(shè)備運轉(zhuǎn)及維護(hù)成本較高。液態(tài)樹脂材料和激光器的價格較高。4.可使用的材料種類較少。目前可用的材料主要為感光性的液態(tài)樹脂材料。5.液態(tài)樹脂具有氣味和毒性，并且需要避光保護(hù)。6.成型后的原型樹脂一般并未完全固化，為提高模型的使用性能和尺寸穩(wěn)定性，通常需要二次固化。4.3光固化成型工藝過程光固化成型技術(shù)的工藝過程如圖所示。一、CAD模型創(chuàng)建及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換二、模型擺放及添加支撐4.3光固化成型工藝過程三、模型切片分層四、分層疊加成形過程五、后處理4.3光固化成型工藝過程

整個零件完整成型后，需要借助工具從成型設(shè)備上取下，進(jìn)行零件的清洗、未固化樹脂排出、支撐去除、表面打磨和涂覆等處理，以后將制件置于大功率紫外燈箱中作進(jìn)一步的內(nèi)腔固化。一、光固化成型加工材料的基本要求4.4光固化成型工藝的適用材料

光敏性好，受到加工光照迅速固化。加工固化后質(zhì)量高。非加工狀態(tài)下穩(wěn)定性好。環(huán)境友好性，應(yīng)當(dāng)是無毒、無污染的，以避免對加工者和環(huán)境造成危害。較低的成本。為了能使光固化成型加工更易推廣。二、光敏樹脂4.4光固化成型工藝的適用材料

基于光固化成型加工方式的要求，光敏樹脂類材料成了目前應(yīng)用最為廣泛、主流的光固化成型3D打印材料。所謂光敏樹脂又被稱為UV（UltravioletRays）樹脂，是一種對紫外線敏感的正常（加工之前）形態(tài)為液態(tài)的樹脂。目前應(yīng)用的光敏樹脂有多種，其成分也不盡相同。但典型光固化成型用光敏樹脂均由以下幾種基本成分組成：低分子聚合物、活性單體、光引發(fā)劑、填料和助劑。三、光敏樹脂的分類4.4光固化成型工藝的適用材料根據(jù)光引發(fā)劑的引發(fā)機(jī)理，光固化樹脂可以分為三類：自由基光固化樹脂、陽離子光固化樹脂和混雜型光固化樹脂。四、光敏樹脂研究現(xiàn)狀光固化成型誤差分類4.5光固化成型工藝的精度一、前期數(shù)據(jù)處理誤差

1.STL格式文件轉(zhuǎn)換誤差4.5光固化成型工藝的精度

2.分層處理誤差4.5光固化成型工藝的精度4.5光固化成型工藝的精度二、成型加工誤差1.機(jī)器誤差設(shè)備誤差主要是成型機(jī)造成的，也就是所謂設(shè)備誤差。設(shè)備誤差是提高制件精度的硬件基礎(chǔ)，不容忽視。設(shè)備誤差主要是體現(xiàn)在三個方向上。工作臺軸方向的運動誤差。X、Y方向同步帶變形。成型制作的掃描工作中，還會存在另外兩個問題：其一，制成件精度會受系統(tǒng)運動慣性左右。其二，掃描機(jī)構(gòu)振動對成型制件精度的影響。4.5光固化成型工藝的精度2.樹脂收縮變形產(chǎn)生的誤差光固化成型工藝中，制件的質(zhì)量產(chǎn)生影響的主要因素是光敏樹脂固液態(tài)的變化。液態(tài)光敏樹脂在固化過程中都會發(fā)生收縮，收縮會在工件內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，沿層厚從正在固化的層表面向下，隨固化程度不同，層內(nèi)應(yīng)力呈梯度分布。在層與層之間，新固化層收縮時要受到層間粘合力限制。層內(nèi)應(yīng)力和層間應(yīng)力的合力作用致使工件產(chǎn)生翹曲變形。4.5光固化成型工藝的精度3.加工參數(shù)設(shè)置誤差4.5光固化成型工藝的精度三、后處理誤差光固化快速成型過程完成后，要從成型機(jī)上將已成型的制件取出，將支撐結(jié)構(gòu)剝離，如果工件內(nèi)有沒有被凝結(jié)充分的樹脂還需進(jìn)行再次固化處理。之后還要對實體原型進(jìn)行后處理，即拋光、上色和打磨等，依然會影響制成件精度?，F(xiàn)將其主要影響分為以下三種：4.5光固化成型工藝的精度三、后處理誤差光固化快速成型過程完成后，要從成型機(jī)上將已成型的制件取出，將支撐結(jié)構(gòu)剝離，如果工件內(nèi)有沒有被凝結(jié)充分的樹脂還需進(jìn)行再次固化處理。之后還要對實體原型進(jìn)行后處理，即拋光、上色和打磨等，依然會影響制成件精度?，F(xiàn)將其主要影響分為以下三種：去除支撐引起的誤差，濕度、溫度以及自然光等環(huán)境情況的影響產(chǎn)生的制件精度誤差，二次固化處理及表面處理產(chǎn)生的誤差。課堂作業(yè)課堂作業(yè)

光固化成型對材料的要求？ThankYou!項目五疊層實體制造工藝（LOM）

目前我國的高端3D打印技術(shù)，主要是應(yīng)用在航空航天，工業(yè)機(jī)械以及航空發(fā)動機(jī)等領(lǐng)域關(guān)鍵部件的制造上。應(yīng)用3D打印技術(shù)，幾乎能制造出任何復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件，且能實現(xiàn)減重，這是傳統(tǒng)技術(shù)無法相提并論的。同時，中國是第一個掌握了大型構(gòu)件激光立體成形技術(shù)的國家，復(fù)雜精密金屬結(jié)構(gòu)件的增材制造裝備與應(yīng)用已達(dá)到世界先進(jìn)水平，并且第一個將其應(yīng)用在了戰(zhàn)斗機(jī)和民航客機(jī)上。翻轉(zhuǎn)課堂的起源翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課堂的對比疊層實體制造工藝原理疊層實體制造工藝特點5.15.25.35.45.5

用CO2激光器在剛粘接的新層上切割出零件截面輪廓和工件外框，并在截面輪廓與外框之間多余的區(qū)域內(nèi)切割出上下對齊的網(wǎng)格；激光切割完成后，工作臺帶動已成形的工件下降，與帶狀片材(料帶)分離；供料機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動收料軸和供料軸，帶動料帶移動，使新層移到加工區(qū)域；工作臺上升到加工平面；熱壓輥熱壓，工件的層數(shù)增加一層，高度增加一個料厚；再在新層上切割截面輪廓5.1疊層實體制造工藝原理5.1疊層實體制造工藝原理

疊層實體制造成型工件5.1疊層實體制造工藝原理

一、光疊層實體制造優(yōu)點：1.制作精度高，翹曲變形較??；2.成型速度較快，易于制造大型零件；該工藝只需在片材上切割出零件截面的輪廓，而不用掃描整個截面，因此常用于加工內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單的大型零件。3.原材料價格便宜，原型制作成本低；4.成型時無須設(shè)計支承，前期處理的工作量?。?.原型具有較高的硬度和較好的力學(xué)性能，可進(jìn)行切削加工。5.2疊層實體制造工藝特點

二、疊層實體制造缺點1.材料利用率低，并且廢料不能重復(fù)利用；2.工件表面有臺階紋，其高度為材料的厚度（通常為0.1mm）。因此表面質(zhì)量相對較差，成型后需進(jìn)行表面打磨；3.工件易吸濕膨脹變形，成型后應(yīng)盡快進(jìn)行表面防潮處理；4.工件特別是薄壁件的抗拉強(qiáng)度和彈性不夠好；5.去除廢料的工作比較費時，并且有些廢料剝離比較困難；6.疊層方向和垂直于疊層方向上的機(jī)械特性差異非常大。5.2疊層實體制造工藝特點

LOM成型的一般工藝過程：5.3疊層實體制造工藝過程

疊層塊的濕變形引起的尺寸和重量變化：5.3疊層實體制造工藝過程

打磨成型表面：5.3疊層實體制造工藝過程

表面涂覆滲透：5.3疊層實體制造工藝過程

拋光后的表面：5.3疊層實體制造工藝過程

一、疊層實體制造工藝材料之一———紙5.4疊層實體制造工藝的適用材料（1）紙纖維的組織結(jié)構(gòu)要好。（2）紙的厚薄要適中。（3）要有一定的力學(xué)性能，能承受一定的拉力。（4）涂膠后的紙厚薄必須均勻。1.紙的要求

5.4疊層實體制造工藝的適用材料（1）多孔性（2）反應(yīng)性（3）化學(xué)特性和機(jī)械特性2.紙的一般特性

5.4疊層實體制造工藝的適用材料

纖維結(jié)構(gòu)較長較粗大，在各個方向上交織緊密，就具有較強(qiáng)的力學(xué)性能，可有效改善剝離分層。表面纖維具有一定的空隙，有利于膠的滲透和粘合。3.紙的性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系

二、疊層實體制造工藝材料之一———熱熔膠5.4疊層實體制造工藝的適用材料（1）熔點不太高(70一120O℃)，室溫固化比較快，有利于涂布。（2）熔融狀態(tài)下與紙具有較好的涂掛性和涂勻性。（3）在紙纖維中有一定的滲透能力，和紙有較好的潤濕性和親和性，粘結(jié)牢固。（4）吸濕性較低，在制件保存過程中不會引起較大的形變。（5）有利于廢料的剝離，后處理方便。1.疊層實體制造工藝用膠的基本要求

5.4疊層實體制造工藝的適用材料

熱熔膠在一定溫度范圍內(nèi)熔融具有一定的流動性在LOM機(jī)的加熱輥下，把紙層層牢固粘合。切割時如果在激光的能量范圍內(nèi)，熱熔膠能夠發(fā)生分解或炭化，將有利于廢料剝離。2.熱熔膠的一般性能

5.5疊層實體制造工藝的精度一、分層切片產(chǎn)生誤差1.分層產(chǎn)生的臺階誤差分析2.減小