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光固化连续液面成型工艺关键技术研究

光固化连续液面成型工艺关键技术研究

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作者：李仕浩山东大学

学位级别：硕士

随着工艺和材料的发展,3D打印技术已逐渐从简单的原型制造转向越来越多地用于制造最终用途部件。传统3D打印技术成型速率低下和成型件不具有各向同性的固有缺陷限制了3D打印工艺的发展和这种转变。然而,2015年出现的连续液面成型工艺(Co... 详细信息

随着工艺和材料的发展,3D打印技术已逐渐从简单的原型制造转向越来越多地用于制造最终用途部件。传统3D打印技术成型速率低下和成型件不具有各向同性的固有缺陷限制了3D打印工艺的发展和这种转变。然而,2015年出现的连续液面成型工艺(Continous Liquid Interface Production,CLIP)完美解决了上述问题。该工艺自问世以来就以其惊人加工效率和良好的加工质量,备受瞩目。但该工艺在成型效率和质量上仍存在待优化的问题,本文对存在的问题进行了研究。本文分析了 CLIP工艺的过程、原理以及死区形成机理。根据CLIP工艺的原理,搭建了原型机,分别对原型机的机械系统、软件系统和控制硬件系统进行了设计,为该工艺的进一步探索奠定了基础。为了保障顺利成型,本文基于CLIP工艺的特点对模型处理进行了研究。设计了符合CLIP工艺特点的支撑结构以及为STL模型手动添加支撑的算法。针对CLIP工艺下大横截面积模型树脂填充效率低下的问题,提出了将模型镂空并为镂空模型内外自动生成树形支撑的算法;通过区分内外轮廓,改进了传统扫描线算法,解决了支撑与STL模型相交造成的切片图像孔洞问题,成功生成了无缺陷图像。通过实验证明了该算法镂空后的模型在顺利成型的基础上,有效提升了成型效率和节省了材料。由于CLIP过程中死区太薄,树脂填充效率受限。本文针对不同粘度树脂提出了两种工艺优化方案。为了解决小粘度树脂在模型的不同截面积部分中填充率不同的问题,提出一种基于工件模型信息的变速CLIP运动方案,并通过对掩膜图像的灰度处理,改变投影机辐照度,使工件达到最佳固化精度,实验结果表明该方案在不牺牲精度情况下能最大程度利用树脂流动性,实现更大的成型效率。对于连续运动CLIP工艺不能填充的大粘度树脂,根据平行板间隙流动理论,提出了一种旋转树脂盘加速树脂填充方案,探究了旋转树脂盘方案下的树脂填充能力,通过成型实验证明了该方案能有效提升树脂填充的效率和扩展可用树脂种类。最终,将模型镂空算法和变速CLIP工艺两种方案融合进一步提升小粘度树脂的成型效率。然后,又将模型镂空、变速CLIP工艺和旋转树脂盘工艺三种方案融合进行大粘度树脂的成型实验,进一步提升成型效率和扩展该工艺可利用树脂的种类。

关键词：立体光固化连续液面成型工艺模型镂空速度规划树脂填充

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