疊層制造及其它快速成型工藝與設(shè)備

疊層制造及其它快速成型工藝與設(shè)備第一頁，共60頁。概述研究LOM工藝的有Helisys公司、華中科技大學(xué)、清華大學(xué)、Kira公司、Sparx公司和Kinergy公司。Helisys公司除原有的LPH、LPS、LPF三個(gè)系列紙材品種以外，還開發(fā)了塑料和復(fù)合材料品種。華中科技大學(xué)推出的HRP系列成形機(jī)和成形材料，具有較高的性價(jià)比。清華大學(xué)推出了SSM系列成型機(jī)及成型材料。第二頁，共60頁。LOM成形的基本原理第三頁，共60頁。LOM成形的基本原理1.工作開始時(shí)，送料機(jī)構(gòu)把單面涂有熱溶膠的紙片送至工作臺(tái)的上方；熱溶膠的特點(diǎn)：加熱時(shí)具有粘性。熱溶膠的作用：把各層材料黏和在一起。2.激光束按計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)系統(tǒng)提取的截面輪廓線，把工作臺(tái)上方的材料切除，得到工件的截面形狀，并把周圍多余的材料切碎。3.然后工作臺(tái)下降一個(gè)層厚(紙片厚）的高度，送料機(jī)構(gòu)再鋪新一層紙片。由熱黏壓機(jī)構(gòu)將新一層材料黏合在上層材料上。第四頁，共60頁。LOM成形的基本原理4.激光束按照指定的截面輪廓再次切割。5.如此反復(fù)，最終得到由許多小廢料塊包圍的三維原型零件，然后取出工件，將多余的廢料小塊剔除，最終獲得三維產(chǎn)品。第五頁，共60頁。LOM成形的后處理第六頁，共60頁。LOM成形系統(tǒng)的組成LOM成形系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)及控制軟件、原材料存儲(chǔ)及送料機(jī)構(gòu)、熱碾壓機(jī)構(gòu)、激光切割系統(tǒng)、可升降工作臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)、模型取出裝置和機(jī)架組成。第七頁，共60頁。計(jì)算機(jī)及控制軟件LOM成形用計(jì)算機(jī)為工業(yè)計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)中配有如下控制軟件：1.STL格式文件的糾錯(cuò)和修補(bǔ)文件用來標(biāo)識(shí)讀入的STL格式文件中三角形的錯(cuò)誤，并由操作者修改。2.三維模型的切片用來對(duì)三維模型的STL格式文件，沿成形的高度方向，每隔一定的厚度，自動(dòng)提取截面的邊界輪廓信息。3.激光切割速度與切割功率的自動(dòng)匹配根據(jù)激光的瞬時(shí)切割速度自動(dòng)調(diào)節(jié)激光的輸出功率，從而得到合適尺寸的零件，防止過切。第八頁，共60頁。計(jì)算機(jī)及控制軟件4.激光光束寬度的自動(dòng)補(bǔ)償可以自動(dòng)識(shí)別截面的內(nèi)、外輪廓邊界，根據(jù)激光的光束寬度（0.3～0.4mm），控制切割頭，相對(duì)理論內(nèi)、外輪廓邊界，自動(dòng)向內(nèi)或向外偏移半個(gè)光束寬度，從而保證實(shí)際切出的輪廓邊界和理論輪廓邊界重合。第九頁，共60頁。原料存儲(chǔ)及送料機(jī)構(gòu)、熱黏壓機(jī)構(gòu)原料存儲(chǔ)及送料機(jī)構(gòu)：依靠電機(jī)運(yùn)動(dòng)，送進(jìn)成形所需的薄層材料，如紙片、塑料薄膜或復(fù)合材料等，每次送進(jìn)一個(gè)層厚的材料。熱黏壓機(jī)構(gòu)：利用步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)熱壓輥，使其在工作臺(tái)上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)熱壓輥上的發(fā)熱元件發(fā)熱，促使材料發(fā)生黏結(jié)。第十頁，共60頁。激光切割系統(tǒng)

對(duì)激光器的要求：1.激光器輸出的能量必須穩(wěn)定并能調(diào)整。2.激光器能夠快速輸出和關(guān)閉。3.激光器能夠長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作。因此，在LOM快速成形系統(tǒng)中，激光切割單元應(yīng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、可自動(dòng)控制、監(jiān)測(cè)、響應(yīng)快速、運(yùn)行可靠等功能，多選用CO2激光器。激光器電源多為開關(guān)電源。第十一頁，共60頁?？缮倒ぷ髋_(tái)

用來支撐成形的工件，并在每一層成形后，下降一個(gè)層厚，厚度一般為0.1mm～0.2mm（和所選材料厚度一致），以便送進(jìn)、黏合和切斷新的材料。第十二頁，共60頁。LOM成形用材料LOM快速成形采用經(jīng)過快速處理的紙作原材料，這種紙由紙質(zhì)基底和涂覆在上面的一層黏結(jié)劑、改性添加劑組成。成本低，大約在人民幣50～60元/Kg。紙質(zhì)基底在激光切割過程中一直保持為固態(tài)，不發(fā)生狀態(tài)改變，因而翹曲變形小。經(jīng)表面涂覆后，不吸水，有良好的穩(wěn)定性。第十三頁，共60頁。LOM快速成形技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)一.LOM快速成形技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)1.設(shè)備價(jià)格低廉（與SLA相比），采用CO2激光器，成本低廉，使用壽命長(zhǎng)，造型材料成本低。2.由于只需要使激光束沿著物體的輪廓進(jìn)行切割，無需掃描整個(gè)斷面，所以這是一個(gè)高速的快速原型工藝。常用于加工內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的大型零件，體積越大，效率越高。3.無需設(shè)計(jì)和構(gòu)建支撐結(jié)構(gòu)。4.易于使用，無環(huán)境污染。第十四頁，共60頁。LOM快速成形技術(shù)的缺點(diǎn)1.需要專門實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，維護(hù)費(fèi)用高昂。2.可實(shí)際應(yīng)用的原材料種類較少，盡管可選用若干原材料，例如紙、塑料、陶土以及合成材料，但目前常用的只是紙，其它的仍在研制開發(fā)中。3.材料利用率低，當(dāng)制作薄殼類零件時(shí)，材料利用率可能不足20%。4.后處理工藝?yán)щy，因?yàn)閺U料較多，并且快速成型制件鑲嵌于其中，剝離廢料相當(dāng)麻煩。5.制件層與層之間粘結(jié)強(qiáng)度較低，特別是在環(huán)境溫度、濕度變化的情況下，層與層之間容易發(fā)生開裂。

第十五頁，共60頁。LOM快速成形技術(shù)的缺點(diǎn)6.表面比較粗糙，工件表面有明顯的臺(tái)階紋，成型后要進(jìn)行打磨；且紙制零件很容易吸潮，必須立即進(jìn)行后處理、上漆。7.難以構(gòu)建精細(xì)形狀的零件，即僅限于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的零件。8.由于難以（雖然并非不可能）去除里面的廢料，該工藝不宜構(gòu)建內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。9.當(dāng)加工室的溫度過高時(shí)常有火災(zāi)發(fā)生，因此，工作過程中需要專職人員職守。第十六頁，共60頁。LOM快速成形技術(shù)的應(yīng)用LOM快速原型工藝適合制作大中型原型件，翹曲變形較小，成型時(shí)間較短，激光器使用壽命長(zhǎng)，制成件有良好的機(jī)械性能，適合于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的概念建模和功能性測(cè)試零件，且由于制成的零件具有木質(zhì)屬性，特別適合于直接制作砂型鑄造模。第十七頁，共60頁。面曝光快速成型MPSL(MaskProjectionStereolithography)面曝光快速成型與掃描式固化快速成型最大的不同在于采用片層掩膜技術(shù)，一次曝光固化一個(gè)層面的實(shí)體。MPSL的關(guān)鍵技術(shù)之一是如何生成圖形動(dòng)態(tài)掩膜（DynamicMask）。圖形掩膜的生成方式有多種，早期是利用靜電復(fù)印技術(shù)原理，在玻璃底版上生成圖形掩膜。目前，比較典型的圖形生成工藝是采用液晶顯示技術(shù)（LiquidCrystalDisplay，LCD）和數(shù)字投影技術(shù)（DigitalLightProcessing，DLP）。下面對(duì)這兩種技術(shù)分別進(jìn)行簡(jiǎn)單地介紹，著重說明一下DLP的技術(shù)原理。第十八頁，共60頁。面曝光快速成型—掩膜生成技術(shù)斷電狀態(tài)通電狀態(tài)123564圖1-2光線阻斷（左）和穿透（右）示意圖1-偏光器；2-通電層；3-液晶分子；4-電源；5-通電層；6-偏光器LCD（LiquidCrystalDisplay，LCD）基本原理

第十九頁，共60頁。LCD（LiquidCrystalDisplay）

液晶顯示技術(shù)偏光板上玻璃下玻璃液晶第二十頁，共60頁。LCD（LiquidCrystalDisplay）

液晶顯示技術(shù)

液晶顯示器由上、下玻璃板和液晶組成，從圖中我們可以知道,

當(dāng)上下兩塊玻璃之間沒有施加電壓時(shí),

液晶的排列會(huì)依照上下兩塊玻璃的配向膜而定。對(duì)于TN型的液晶來說,

上下的配向膜的角度差恰為90度。所以液晶分子的排列由上而下會(huì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)90度,

當(dāng)入射的光線經(jīng)過上面的偏光板時(shí),

會(huì)只剩下單方向極化的光波。通過液晶分子時(shí),

由于液晶分子總共旋轉(zhuǎn)了90度,

所以當(dāng)光波到達(dá)下層偏光板時(shí),

光波的極化方向恰好轉(zhuǎn)了90度。而下層的偏光板與上層偏光板,

角度也是恰好差異90度，所以光線便可以順利的通過。第二十一頁，共60頁。LCD（LiquidCrystalDisplay）

液晶顯示技術(shù)

但是如果我們對(duì)上下兩塊玻璃之間施加電壓時(shí),

由于TN型液晶多為介電系數(shù)異方性為正型的液晶(ε//

>ε⊥，代表著平行方向的介電系數(shù)比垂直方向的介電系數(shù)大，因此當(dāng)液晶分子受電場(chǎng)影響時(shí)，其排列方向會(huì)傾向平行于電場(chǎng)方向)，所以我們從圖10中便可以看到，液晶分子的排列都變成站立著的。此時(shí)通過上層偏光板的單方向的極化光波，經(jīng)過液晶分子時(shí)便不會(huì)改變極化方向，因此就無法通過下層偏光板。

第二十二頁，共60頁。面曝光快速成型—掩膜生成技術(shù)圖4兩個(gè)DMD像素圖(微鏡畫成透明的)DLP（DigitalLightProcessing）

數(shù)字投影技術(shù)原理第二十三頁，共60頁。DLP（DigitalLightProcessing）

數(shù)字投影技術(shù)原理DLP（DigitalLightProcessing）數(shù)字投影技術(shù)即數(shù)字光處理，該技術(shù)是基于德州儀器公司（TexasInstruments）開發(fā)的數(shù)字微鏡（DigitalMicromirrorDevice，DMD）來完成顯示數(shù)字可視信息的最終環(huán)節(jié)。DMD是在CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)的標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制程上，加上一個(gè)可以調(diào)整反射面的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)形成的器件，因此一個(gè)DMD可被簡(jiǎn)單描述成為一個(gè)半導(dǎo)體光開關(guān)。成千上萬個(gè)微小的方形13×13μm鏡片被固定在靜態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存（SRAM）上方的鉸鏈結(jié)構(gòu)上而組成DMD，如圖1-3所示。每一個(gè)鏡片可以通斷一個(gè)象素的光。鉸鏈結(jié)構(gòu)允許鏡片在兩個(gè)狀態(tài)之間傾斜，+10度為“開”。-10度為“關(guān)”，當(dāng)鏡片不工作時(shí)，它們處于0度“停泊”狀態(tài)。第二十四頁，共60頁。DLP（DigitalLightProcessing）

數(shù)字投影技術(shù)原理成像面光吸收裝置投影鏡頭DMD光源微鏡片圖1-3數(shù)字微鏡[7]圖1-4單個(gè)微鏡片投影成像示意圖DLP（DigitalLightProcessing）原理第二十五頁，共60頁。第二十六頁，共60頁。DLP（DigitalLightProcessing）

數(shù)字投影技術(shù)原理

視頻或圖形信號(hào)經(jīng)DLP視頻處理轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)平面后，就被送入DMD。信息的每一個(gè)象素按照1:1的比例被直接映射在相應(yīng)的微鏡片上，通過對(duì)每一個(gè)微鏡片下的存儲(chǔ)單元以二進(jìn)制平面信號(hào)進(jìn)行電子化尋址，DMD陣列上的每個(gè)微鏡片被以靜電方式傾斜為“開”或“關(guān)”狀態(tài)。因此對(duì)于一個(gè)微鏡片來說，DLP成為一個(gè)簡(jiǎn)單的光學(xué)系統(tǒng)，如圖1-4所示。三個(gè)鏡片不同的反射狀態(tài)，就可以相應(yīng)地生成黑或白的光點(diǎn)。全部DMD微鏡就可以按上面的方法產(chǎn)生整幅畫面。第二十七頁，共60頁。DLP（DigitalLightProcessing）

數(shù)字投影技術(shù)特點(diǎn)與LCD相比，DMD具有以下特點(diǎn)產(chǎn)生無縫圖像。

DMD上的小微鏡面積為13×13μm，每?jī)蓚€(gè)間隔1μm，填充因子大于90%的，使投影的畫面過渡自然，更加真實(shí)。而在LCD圖像顯示中，則會(huì)明顯看到投影屏幕上的像素點(diǎn)，屏幕門效應(yīng)，柵格化非常嚴(yán)重。2.反射優(yōu)勢(shì)明顯。

DMD是一種反射器件，DMD的光反射率、填充因子、衍射效率和實(shí)際鏡片“開”時(shí)間使它有超過60%的光效率。而LCD依賴于偏振，所以其中一部分偏振光沒有用。剩下的光除了光損失外，液晶材料本身吸收了一部分光，結(jié)果是只有一少部分入射光透過LCD面板照到屏幕上。第二十八頁，共60頁。DLP（DigitalLightProcessing）

數(shù)字投影技術(shù)特點(diǎn)3.可靠性更高。

DLP系統(tǒng)成功地完成了一系列環(huán)境下的應(yīng)用測(cè)試。其中的DMD元件可長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受紫外光的照射而不發(fā)生老化。而LCD則由于吸光發(fā)熱，以及紫外光長(zhǎng)時(shí)間照射液晶，導(dǎo)致液晶分子發(fā)生變化，造成LCD失效，致使該種投影儀工作時(shí)間較短。第二十九頁，共60頁。MPSL技術(shù)基本原理

由分析可以看出，相比于LCD，DMD能更好地適應(yīng)快速成型加工所需要的高精度、高可靠性以及對(duì)紫外光源能量較高的承受能力。因此將DLP技術(shù)應(yīng)用到光固化快速成型技術(shù)的面曝光快速成型具有更好的發(fā)展前景。它主要包括兩大部分：固化成像器件即掩膜發(fā)生器和機(jī)械輔助裝置即升降、涂覆系統(tǒng)等。掩膜發(fā)生器負(fù)責(zé)完成每層圖像的生成，由紫外光照射投影到成像位置，即光敏樹脂液面處，曝光固化一次樹脂，再通過升降裝置以及涂覆系統(tǒng)完成新一層樹脂的準(zhǔn)備工作，從而開始下一層的固化。第三十頁，共60頁。MPSL技術(shù)基本原理掩膜發(fā)生器光敏樹脂升降裝置第三十一頁，共60頁。MPSL技術(shù)特點(diǎn)面曝光快速成形技術(shù)具有以下特點(diǎn)：面曝光固化工藝克服了SL掃描固化時(shí)的枕形誤差、Z軸焦距誤差等問題。面曝光成形速度與成形面積無關(guān)，只與層數(shù)有關(guān)，和掃描固化相比有明顯的速度優(yōu)勢(shì)。面曝光過程中，成形面積隨投影高度而變化，而分辨率不變，因此可在較小面積上實(shí)現(xiàn)精細(xì)加工。面曝光工藝中，樹脂發(fā)生液態(tài)到固態(tài)的相變時(shí)，體積發(fā)生較大程度的變化，翹曲變形現(xiàn)象比較突出。第三十二頁，共60頁。其它的面曝光快速成型—復(fù)印固化成型技術(shù)

以色列的Cubital公司在1995年推出一種掩膜曝光快速成形設(shè)備，Solider4600，它采用了一種以面成形為特征的復(fù)印固化成形（SolidGroundCuring,SGC）技術(shù)。該技術(shù)形成掩膜的基本過程如圖1-6所示：電子成像系統(tǒng)先在一塊特殊玻璃板上高壓充電，使其一側(cè)表面帶靜電，然后通過離子譜印刷（IonographicPrinting）技術(shù)根據(jù)數(shù)字圖形有選擇性地用噴射離子流去除與截面形狀相一致區(qū)域的靜電，剩下的就是與截面形狀相反的靜電潛像，再吸附上石墨粉形成掩膜。完成一個(gè)層面的曝光固化后，擦除玻璃板上的靜電和石墨粉，開始準(zhǔn)備生成下一層掩膜。并且采用分區(qū)域或多次曝光和樹脂改性的辦法來解決由于大面積曝光所帶來的層面變形問題。

第三十三頁，共60頁。（SolidGroundCuring,SGC）技術(shù)離子譜印刷術(shù)生成掩膜掩膜擦除充電(c).清除未固化部分樹脂，填充石蠟，快速冷卻石蠟后研磨整個(gè)層面(a).在玻璃板上靜電吸附碳粉形成截面負(fù)像(b).強(qiáng)紫外燈曝光固化(d).升降臺(tái)下降，開始下一層制作第三十四頁，共60頁。（SolidGroundCuring,SGC）技術(shù)SGC形成掩膜的技術(shù)與靜電復(fù)印有相似之處，采用大面積的玻璃板作轉(zhuǎn)印面，存在著每次放電不徹底，殘留石墨現(xiàn)象，多次的殘留靜電和殘留石墨的積累，導(dǎo)致圖像灰影，圖形的對(duì)比度降低，一方面導(dǎo)致紫外光透過率下降，影響了快速成形速度，更嚴(yán)重的是降低了固化層面的輪廓清晰度，影響到快速成形精度。第三十五頁，共60頁。LCD掩膜微光固化技術(shù)12345768圖1-7微光固化成型系統(tǒng)原理圖1-光源；2-開關(guān)；3-LCD；4-反射鏡；5-聚光系統(tǒng)；6-樹脂槽；7-升降臺(tái)；8-計(jì)算機(jī)第三十六頁，共60頁。LCD掩膜微光固化技術(shù)

瑞士聯(lián)邦技術(shù)研究所的ArnaudBertsch等人利用LCD生成動(dòng)態(tài)模版（DynamicPattern），對(duì)幾毫米的微小件的成形工藝進(jìn)行了研究，其成型原理如圖1-7所示。平面紫外光穿透LCD動(dòng)態(tài)模版，經(jīng)聚焦透鏡組會(huì)聚后，照射到樹脂液面處，即可一次性固化一層樹脂。成形件的尺寸小，層厚薄（5～20μm），層曝光時(shí)間短，曝光固化成形較為容易，同時(shí)無需過多考慮變形問題。與同類型的SL設(shè)備相比，該技術(shù)加工的零件精度較高，顯示出該技術(shù)在處理較小件時(shí)的高分辨率優(yōu)勢(shì)。

第三十七頁，共60頁。LCD掩膜微光固化技術(shù)LCD液晶可以做到較大面積，平行面光源直接照射就可固化得到尺寸較大的零件，而且縮小光束固化微小零件也較為簡(jiǎn)單。但其液晶分子開關(guān)反應(yīng)速度慢，對(duì)比度低，造成快速成型掩膜邊界輪廓不清晰，影響制件表面粗糙度。并且，高能紫外光子會(huì)打斷長(zhǎng)鏈液晶分子的化學(xué)鍵，發(fā)生裂解，導(dǎo)致分子排列變差，隨著LCD接受光輻照時(shí)間的積累，其液晶織構(gòu)逐漸發(fā)生變化，黑色條紋失去旋光性，形成的黑洞逐漸增大，圖形生成性能下降。這些都制約著LCD掩膜快速成形系統(tǒng)的研究與發(fā)展。第三十八頁，共60頁。DMD掩膜快速成型系統(tǒng)

德國的EnvisionTec公司于2003年推出一種基于掩膜曝光的快速成型設(shè)備Perfactory。利用DLP技術(shù)生成層面的輪廓掩膜，其技術(shù)原理如圖1-8所示。采用下照式的照射方式和較淺的樹脂槽，利用透明石英玻璃板制造樹脂槽底板，完成一個(gè)層面的固化后，電子開關(guān)關(guān)閉遮擋光路，升降臺(tái)上升一個(gè)層厚的高度，同時(shí)通過剝離機(jī)構(gòu)完成已固化層與石英玻璃板的分離，新的樹脂液會(huì)由于毛細(xì)作用自動(dòng)流入其間的空隙形成新的待固化層，更換下一層輪廓圖片，打開電子開關(guān)，開始下一層的曝光固化。反復(fù)進(jìn)行以上過程完成整個(gè)實(shí)體的固化。第三十九頁，共60頁。DMD掩膜快速成型系統(tǒng)DMD35電腦圖像處理系統(tǒng)142圖1-8Perfactory系統(tǒng)原理圖1-透明底板的淺樹脂槽；2-紫外光源；3-投影鏡頭；4-電子開關(guān)；5-剝離機(jī)構(gòu)

該技術(shù)最大的特點(diǎn)在于約束式的涂覆方式，較好地解決了翹曲變形問題，成形速度快，精度高，設(shè)備體積小，使用一般的高壓紫外汞燈作光源，加工方式簡(jiǎn)單可靠，在加工較小件時(shí)，更能體現(xiàn)其高精度的特點(diǎn)。第四十頁，共60頁。DMD掩膜快速成型系統(tǒng)

加州大學(xué)洛杉機(jī)分校的C.Sun等人將DMD掩膜系統(tǒng)應(yīng)用到MEMS領(lǐng)域，開發(fā)了高分辨率微固化（highresolutionProjectionMicro-Stereolithography,PμSL）系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)可以生成一般微成形系統(tǒng)所不能生成的細(xì)節(jié)，特別是具有極高高寬比的部分。同時(shí)鑒于普通紫外光透射深度較大，不能適用于微成形中，因此采用了在樹脂中添加UV添加劑的方法，控制透射深度，提高了微成形的精度。第四十一頁，共60頁。DMD掩膜快速成型制造圖120/90度直交結(jié)構(gòu)多孔性薄膜圖1360/120度直交結(jié)構(gòu)多孔性薄膜圖14多孔性薄膜—0/90度直交結(jié)構(gòu)圖15多孔性薄膜—60/120度交錯(cuò)結(jié)構(gòu)(a)孔洞大小300um(b)孔洞大小200um(a)放大30X(b)放大60X第四十二頁，共60頁。掩膜快速成型系統(tǒng)比較以色列Solider與德國Perfactory主要加工參數(shù)比較第四十三頁，共60頁。面曝光快速成型系統(tǒng)組成部分MPSL實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要包括兩大組成部分：一是光路部分，即光源和掩膜發(fā)生裝置；二是機(jī)電輔助部分，即升降和涂覆系統(tǒng)，三是數(shù)據(jù)處理以及控制軟件系統(tǒng)。為了更好地利用現(xiàn)有資源和成功經(jīng)驗(yàn)，光路部分可直接改造商用DLP投影儀，輔助部分可利用現(xiàn)有的SL機(jī)架改造。第四十四頁，共60頁。面曝光快速成型系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)光能量的分布經(jīng)過改造的投影儀光路系統(tǒng)，投射到曝光面上的光斑成像質(zhì)量以及光能量分布都不可能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。通過鏡頭的設(shè)計(jì)、制造，保證能量均勻。固化深度確定從固化的能量需求角度來看，光源能量越高，固化速度越快。但考慮到成型精度，則需要確定一個(gè)合適的能量參數(shù)。在光源的出光功率一定的情況下，曝光程度與曝光時(shí)間成正比。時(shí)間越長(zhǎng)，固化程度越高，但固化深度也會(huì)隨之增大，成型速度也相應(yīng)降低。第四十五頁，共60頁。面曝光快速成型系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)精度的控制紫外光固化精度包括兩個(gè)方面，一是平面精度，二是垂直精度。平面精度主要由系統(tǒng)成型精度決定。系統(tǒng)成型精度和掩膜圖形精度、光能量、樹脂的特性匹配以及光能量分布等因素有關(guān)。掩膜圖形精度由圖形像素所決定。垂直精度和系統(tǒng)的升降運(yùn)動(dòng)精度以及整個(gè)層面的固化深度有關(guān)。變形的控制面曝光時(shí)，整個(gè)層面同時(shí)固化，同時(shí)產(chǎn)生收縮，容易發(fā)生翹曲變形，將對(duì)涂層的鋪設(shè)帶來困難?？刹捎梅謪^(qū)域曝光固化工藝予以解決。第四十六頁，共60頁。MPSL面曝光快速成型數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

面成型加工需要BMP位圖文件。因此需要將三維數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)化為STL格式后，對(duì)模型進(jìn)行分層處理，提取出每層數(shù)據(jù)輪廓再進(jìn)行填充，最終輸出BMP位圖文件。這里采用RPData10.0軟件對(duì)零件模型進(jìn)行添加支撐和分層處理，最終得到位圖文件。圖片生成過程如圖2-2所示。開始加工時(shí)，由RPData軟件輸出的圖片按1:1比例置中全屏顯示。第四十七頁，共60頁。MPSL面曝光快速成型數(shù)據(jù)準(zhǔn)備(a)加載模型(b)添加支撐(c)分層處理(d)某一層支撐(e)某一層模型第四十八頁，共60頁。MPSL面曝光快速成型光路部分

紫外光源選用北京師范大學(xué)光電儀器廠生產(chǎn)的CHG-200型紫外照射裝置。該燈為高壓汞燈，輸出光譜范圍250～400nm，峰值最大輸出功率4000mW/cm2。原始的光路輸出能量極為分散且很不均勻，需要進(jìn)行改造。為提高光能量且約束光束口徑，在出口光處添加匯聚鏡頭。(a)紫外光源(b)匯聚鏡頭第四十九頁，共60頁。MPSL面曝光快速成型光路部分

使用的投影儀型號(hào)為明基（BENQ）PB6215，該投影儀有一片0.7英寸的DMD芯片，微鏡片偏轉(zhuǎn)角度±12°，標(biāo)準(zhǔn)分辨率XGA（1024×768像素），投影鏡頭F=2.4~2.6，焦距f=24.0~29.1，當(dāng)投影最近距離300mm時(shí)，屏幕對(duì)角線尺寸可達(dá)到181~223mm。該投影儀本身并不適合紫外光，特別是其投影鏡頭，需要設(shè)計(jì)制造石英鏡頭。第五十頁，共60頁。MPSL面曝光快速成型光路部分123456投影儀電路（左）、光路（右）系統(tǒng)1-光通道；2-匯聚鏡頭；3-凹面反射鏡；4-平面反射鏡；5-投影鏡頭；6-DMD第五十一頁，共60頁。MPSL面曝光快速成型工藝研究(a)臨界曝光(