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《特种加工技术智能化与精密化——第17届全国特种加工学术会议论文集(摘要)》2017年
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多材料面曝光增材制造方法与加工工艺研究

武向权  连芩  何晓宁  孟佳丽  刘小栋  李涤尘  靳忠民  
【摘要】:光固化原型技术是最早开发和应用的一种增材制造技术,这种技术具有加工精度高、可加工材料种类多、应用范围广的优点。通过使用含有不同成分的光敏材料,该技术可以加工具有不同用途的各种零件。光固化原型技术按照固化方式的不同,可以分为激光扫描光固化和面曝光光固化。其中面曝光技术可以一次曝光加工一整个层面,具有加工效率高的优点。自底向上投影的面曝光技术具有节省材料、对不同材料粘度适应性好的优点。目前,商用光固化原型技术只能用来加工单一材料,同一个零件中只含有当次加工槽中的材料,这就限制了该技术的进一步发展空间。使用多种不同性质材料实现功能结构的成形,是增材制造技术发展的新挑战。零件的多材料组成可以改变其机械性能,并增加其他附属功能。本研究提供了一种分区旋转槽多材料面曝光增材制造系统及方法,解决光固化原型技术较难应用于多材料加工领域的问题。该装置运用自底向上面曝光固化材料的形式,通过配合三分区旋转式材料槽和掩膜更换算法,并加入自动清洗步骤,解决了两种材料加工从模型设计到掩膜生成,再到两种材料加工和清洗的问题。对两种树脂材料的临界曝光量和透射深度进行了测试,通过实物加工,验证了设备及算法的可行性,完成了含有两种树脂材料的复杂结构零件的加工。对零件的加工质量和加工精度进行了分析,在加工中,一次加工的零件越多、截面积越大,最终材料间的相互污染就越严重,。这是因为清洗功能的不完善,在清洗过程中,清洗液所起到的作用较小,而清洗海绵自身的清洁能力有限,在进行多次清洗后,清洗海绵本身会成为材料污染的原因。由于工作台与树脂槽底面平行度较差,在加工固化厚度较小的材料时,容易发生工作台一侧的固化层无法粘接到工作台底面的问题。综上,打印槽的清洗功能有待完善,应加入球铰链调平机构,使得工作台与树脂槽底面达到较高平行度。进行了多材料界面结合的抗拉和抗剪性能测试,拉伸应力作用下5组断裂实验只有一组是在多材料界面处断裂,剪切应力作用下5组断裂实验没有一组实验剪切面被破坏。实验结果表明本文所采用的多材料加工方式可以加工出界面结合性能良好的零件。

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