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1、 毕业设计文献综述 课程题目： SLA 450快速成型机总体设计 学生姓名： 123 学 号： 123 联系电话： 1523 232323 学 院： 理工学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 2013 年 1 月 23 日1 SLA(光固化成型)450快速成型机总体设计摘要：快速成型技术以其独特的特点和长处, 成为加速新产品开发及实现并行工程的有效技术,具有广泛的应用领域和应用价值, 发展十分迅猛, 该技术的重要性已不容忽视。快速成型技术是基于离散/ 堆积的原理。在计算机的控制下快速成型机的成型头选择性地固化一层层的液体材料( 或选择性的切割一层层的纸、烧结一层层的粉末材料、喷涂
2、一层层的热熔性材料等) , 形成各个截面轮廓并逐步顺序叠加成三维工件实体。RP 技术的主要方法有: 光固化立体造型SLA、分层物件制造LOM、选择性激光烧结法SLS、熔融沉积造型FDM, 应用前景十分广阔。1.课题研究的目的和意义1.2.1研究背景虽然SLA是公认的精度最高的RP方法，它具有材料利用率接近100%，制作效率高等优点，能够成形特别精细(如首饰、工艺品等)、形状特别复杂(如空心零件等)的零件;也适用于微小机械加工领域。用SLA制作的快速原型的表面光洁度好、透明晶莹、硬度和强度都很高，可直接作为功能件。但是，阻碍RP技术推广的原因除了即设备价格问题和材料问题外，成型精度是影响RP技术
3、发展的重要因素之一。SLA技术最突出的问题是:成型制件的几何质量比较差，表现在制件的表面粗糙、几何精度、尺寸精度过低。为此，本课题从提高制件精度，优化成型工艺参数出发，以SPS600激光快速成型机为实验设备，制定光固化成型工艺的实验方案，采用实验与理论分析的法，研究SLA工艺过程和加工工艺参数对制件精度的影响规律，并对其加工工艺参数进行优化，为实际应用提供理论和工艺方面的指导性依据。1.2.2研究目的及意义本课题来源于江西省教育厅科技项目“逆向工程与快速模具的开发研究”和江西省科技厅科技支撑项目“生物医用材料性能及其快速成形系统软件开发”。由于即工艺研究的不断深入，即零件精度也不断提高，并且随
4、着RP设备的制造商的不断增加，精度问题能够精确地、客观地评价一台机器或者一种成型工艺所能达到的精度能力，无论是对成形设备的制造商、用户还是研究者们，都具有非常重要的意义。对于 5LA，零件精度和零件的大小、结构特点具有十分密切的关系，而与复杂程度关系不大。因为成型工艺、材料的性能对零件精度起着非常重要的作用，所以为获得高精度零件，既需要比较高的机器精度，也必须有可靠的成型工艺做保证81。由于SLA具有多学科的交叉性和多项技术的集成性，其研究涉及的领域非常多，有待解决的问题也很多。为此，本课题从提高制件精度，优化成型加工工艺参数出发，制定光固化成型工艺的实验方案，采用实验与理论分析的方法，研究S
5、LA工艺过程和加工工艺参数对制件精度的影响规律，并采用人工神经网络和模拟退火一改进遗传算法对工艺参数进行优化。现在对于SLA中的工艺参数的取值基本是靠人的经验来确定的，若树脂材料、成形设备或成形制件的几何形状发生变化，则工艺参数必须重新通过大量的实验确定，而造成材料浪费严重、工作量大、导致成本增高和效率降低，因此将人工智能技术应用于RP技术中，已成为未来即技术发展的一个重要方向。2. 本课题所涉及的内容国内外研究现状综述3. 2.1国外RP技术的研究现状RP技术是多种技术的高度集成，涉及的研究领域较多。为提高即的质量(包括原型的强度、精度与制作效率等)，RP设备的开发者和相关技术的研究学者，进
6、行了大量的研究和实验工作，采取了大量的有效措施，使RP技术日趋成熟。近年来，对于各种RP技术，成型设备、材料等发面都有很大的发展。从1999年至今， 3Dsystems公司相继推出sLA700o、 ViperHASLA、 vipersLA等机型，尤其是最新的VIPrer系统，可同时实现整体与部分两种解决方案。Helisys公司研制出多种LOM工艺所用的成型材料，可以制造用金属薄板制作的成型件。AUTOSTRADE公司旧本)研制了以约为680刊m波长半导体激光器为光源的即系统和针对该波长的可见光敏树脂。澳大利亚的Swinb二工业大学研制了适用于LoM工艺的金属一塑料复合材料9。苏格兰的Dunde
7、e大学采用coZ激光器切割薄板，利用焊料或粘接剂制作成型。最近推出的TitanTM，EDEN333TM，FDMMaxumTM， ProdigyPlusTM， TdpletsTMandFnMvantageTM系列生产线，其备的尺寸逐渐减小，适应了当今社会桌面化的发展趋势。DTM公司研制出Sinierstatinn系列成型机和多种成型材料，其中Somos材料具有橡胶特性，抗化学腐蚀、耐热0。 3Dsystems新推出的 sinterstationHIQsystem拥有更高的生产效率与改善制件质量的智能热控系统;EOS公司推出PA32OOGF尼龙粉末材料，用其制作的零件具有较好的表面光洁度与较高的精
8、度。近年来，有关RP方面的书籍、杂志与国际会议相继出现，例如:Bums、Jacods、Johnson、Binstock和Wood等分别发表了有关即方面的著作或书籍。新出版的有关RP方面的学术期刊包括 RapidProto帅ing(季刊)、 RaPidPrototyPingJoumal(季刊)、 VirtualprototyPingJoumal和R即 idprototyPingReport(月刊)等。学术会议由全美快速原型制造会议、欧洲快速原型与制造技术会议、国际制造过程自动化会议和国际快速原型与制造会议等。快速原型和制造技术迅速在工业界和学术研究界占有了非常重要的地位，正如其本身所具备的快速特
9、征一样。2.2国内RP技术的研究现状国内RP技术的研究始于1991年，近几年，我国RP技术发展迅速，己研制出与国外SLA、LOM、SLS、FDM和3DP等工艺方法相似的设备，并逐步实现商品化，其设备性能达到了国际水平【11】，在国家教委、国家自然科学基金委员会、机械工业部和部分地方政府和科委的支持下，清华大学、华中科技大学、南京航空航天大学、西安交通大学等高等院校和北京隆源公司等高新技术开发公司等都在RP技术的研究与应用方面取得了显著成果，这些成果包括即理论、RP工艺原理、方法和控制技术、CAD数据处理软件、成型材料、成型设备和成型精度等方面。在基于RP技术的快速模具制造的技术方面，我国也取得
10、了很大的进步，清华大学最先引进美国 3Dsystems公司的sLA一250设备和技术，并且进行研究、开发，现已开发出“M一RPMs-n”型多功能RP的制造系统。这是我国自主知识产权的世界唯一拥有两种RP工艺的系统 l2。此外，清华大学主要研究RP方面的现代成型学理论与FDM工艺，并开展了基于SLA工艺的金属模具研究;南京航空航天大学研制了基于SLS的RAP系统;西安交通大学研制了基于SLA的LPS和CPS系统;华中科技大学开发了以纸为成型材料的基于LOM的HRP系统;北京隆源公司开发了基于SLS的AFS系统;在基于RP技术的快速制造模具方面，华中科技大学研究出一种复膜技术快速制造铸模，翻制出了
11、铝合金模具与铸铁模块;隆源公司的即服务中心为企业研制了多种精密铸模。在模具制造业，可以利用RP技术制得的快速原型，结合硅胶模、精密铸造、金属冷喷涂、离心铸造、电铸等方法生产模具;RP技术制造出来的快速原型也可直接作为模具。但总的说来，与工业化国家相比，我国RP技术的研究和应用仍存在一定的差距。3.各种快速成型工艺原理综述3.1光固化SLA快速成型工艺的原理。光固化立体造型又称SLA ( Ster eo lithog raphyApparatus) 。如图3.1所示SLA技术的发展从80年代中期到90年代后期，出现了十几种不同的RP技术，如:LOM、SLS、FDM、3DP、SGC、SDM和LEN
12、S等。由于SLA的一系列优点与用途，自问世以来，发展非常迅速，成为目前世界上技术最成熟、研究最深入、应用最广泛的即方法。从世界砂技术市场的发展与变化来看，SLA设备所占的市场份额最大，SLA技术逐渐在RP领域中占据主导地位。SLA也称为立体光刻、光造型、立体印刷等。SLA的基本原理如图3.2所示，以光敏树脂为原料，首先将三维CAD系统在计算机上构成产品的三维实体模型(图3.2a)，再生成并输出STL文件格式的模型(图3.2b)。然后利用切片软件，沿着模型的高度方向进行分层切片，得到该模型的各层断面的二维数据群s。(n=l，2，N)(图3.2e)，3。根据这些数据，计算机从下层51开始按照顺序将
13、数据取出，在液态光敏树脂的表面，通过一个扫描头控制紫外激光束，扫描出第一层模型的断面形状，被紫外激光束扫描过的部分，由于光引发剂的作用，引发预聚体和活性单体发生聚合而固化，产生一薄层固化层(图3.2d)。形成了第一层断面的固化层后，将基座下降一个设定高度d，在该固化层表面上再涂敷一层液态树脂。然后重复上述过程，第二层S:断面的数据进行扫描曝光、固化(图3.2e)。当树脂可以固化的厚度大于切片分层的高度d时，下层固化的树脂就可与上一层固化的树脂粘接在一起。然后第三层53、第四层54、，这样层层固化、粘接，逐步按顺序叠加，直到S。层为止，最终形成一个立体的实体原型(图3.2f)。 图3.1 光固化
14、制造示意图 图3.2 光固化成型过程3.2光固化快速成型工艺的特点和缺点3.2.1光固化快速成型工艺的特点(1)产品生产周期短。模具设计和产品可同步进行，几小时内便可完成传统加工工艺几个月的工作量。(2)制作过程智能化，成型速度快，自动化程度高。SLA系统极其稳定，从加工开始后，整个成型过程完全自动化、快速化、连续化，直至原型制作完成全部由计算机控制14l5;(3)尺寸精度高。快速激光原型真实、准确、完整地反映出所设计的制件，包括其内部结构和外形，使原型更逼近于真实的产品。SLA原型的尺寸精度可达到士0.1(在100nlrn范围内);(4)表面质量优良。虽然在每层固化时曲面和侧面可能出现台阶，
15、但是上表面仍然可以得到玻璃状的效果，达到磨削加工的表面效果;(5)无噪音、无振动、无切削，可以实现生产办公室化操作;(6)可直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失模;(7)可制造几何形状任意、复杂的零件。不管多么复杂的零件，都可以分解为二维数据进行加工，所以特别适合于传统加工工艺难以加工的形状复杂的零件。3.2.2光固化快速成型技术的缺点是：（1）需要设计支撑结构，才能确保成型过程中制件的每一个结构部位都可靠定位。（2）成本较高，可使用的材料较少。目前可用的材料主要为光敏液态树脂，强度较低不能进行力学测试。（3）液态树脂具有刺激气味和轻微毒性，应避光保护并防止发生聚光反应。（4）液态树脂固化后的性能不如常用的工程塑料，一般较脆、易断裂、不适宜机械加工。3.3 SLA快速成型系统
