光固化快速成型工藝一般可以分為三個主要工藝步驟,分別為:前期數(shù)據(jù)處理過程、成型制造過程、后期處理過程。
一、數(shù)據(jù)處理
前期數(shù)據(jù)處理作為快速成型的第一步有著至關(guān)重要的作用,是能否獲得優(yōu)質(zhì)成型件的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)處理主要包括數(shù)據(jù)模型獲取、模型格式轉(zhuǎn)換、成型方向選擇、支撐設(shè)計(jì)以及分層切片幾個方面,其中的關(guān)系如圖2-2所示。
(1)數(shù)據(jù)模型獲取
數(shù)據(jù)模型獲取通常有兩種方式,一種是通過CAD設(shè)計(jì)軟件自行設(shè)計(jì)所要成型物體的三維造型。由于CAD設(shè)計(jì)軟件廣泛普及,此種方式也是現(xiàn)今采用最多的數(shù)據(jù)模型獲取手段。隨著逆向工程技術(shù)的發(fā)展,反求所得的模型精度越來越高,并且該方式方便快捷,采用逆向工程反求模型也是一種可行的手段。
(2)模型格式轉(zhuǎn)換
三維模型在進(jìn)行切片操作前,通常需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。這是因?yàn)槿S模型一般是由許多不規(guī)則自由曲面組成,直接對三維模型進(jìn)行切片的技術(shù)受制于該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)目前還高度依賴各三維造型軟件內(nèi)核的強(qiáng)大處理功能,所以普適性較差。目前常用的方法是轉(zhuǎn)換為STL格式文件。該文件是用一系列小三角面片近似逼近自由曲面。其中,每個三角面片是由三個頂點(diǎn)坐標(biāo)和一個與三個頂點(diǎn)滿足右手螺旋法則的法向量組成。STL格式文件表述簡單,實(shí)現(xiàn)方便,幾乎所有三維造型軟件都支持,已成為快速成型的實(shí)際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
(3)成型方向選擇
物體成型方向需要綜合考慮成型精度和成型效率。簡單物體的成型方向往往一目了然,而復(fù)雜物體的成型方向選擇則需經(jīng)過計(jì)算機(jī)的精確計(jì)算。
(4)支撐設(shè)計(jì)
通過相應(yīng)的快速成型軟件自動添加支撐。支撐的形式有很多,比如點(diǎn)支撐、網(wǎng)狀支撐、樹狀支撐等。支撐的設(shè)計(jì)和添加需保證制件能順利成型,不能破壞物體的表面精度,還要考慮在成型加工完成后支撐去除的方便性。
(5)分層切片
在機(jī)器允許范圍內(nèi)合理選擇切片層高,同樣需兼顧成型效率和成型精度。層高直接影響物體的成型效率和成型精度,是快速成型中非常重要的參數(shù)之一,需慎重決定。分層的大小根據(jù)被成型件精度和生產(chǎn)效率的要求選定,但總的思想是在滿足制件精度的同時盡量增加層厚,提高效率。
二、成型制造
完成前述數(shù)據(jù)處理過程后,需對成型加工設(shè)備進(jìn)行工藝參數(shù)的設(shè)定。對于光固化快速成型機(jī),主要工藝參數(shù)包括:掃描速度、掃描間距、支撐掃描速度、空行程跨越速度、刮板涂敷速度、層間等待時間、光斑補(bǔ)償半徑等參數(shù)。設(shè)置完成后,在系統(tǒng)控制下進(jìn)行固化成型。首先調(diào)整工作臺的高度,使其在液面下一個分層厚度,開始成型加工,計(jì)算機(jī)按照分層參數(shù)指令驅(qū)動鏡頭使光束沿著X-Y方向運(yùn)動,掃描固化樹脂,支撐截面粘附在工作臺上,工作臺下降一個層厚,光束按照新一層截面數(shù)據(jù)掃描、固化樹脂,同時牢牢地粘結(jié)在底層上。依次逐層掃描固化,最終形成實(shí)體原型。
三、后處理
后處理是指整個零件成型完成后進(jìn)行的輔助處理工藝,包括零件的清洗、支撐去除、打磨、表面涂覆以及后固化等。零件成型完成后,將零件從工作臺上分離出來,用酒精清洗干凈,用刀片等其它工具將支撐與零件剝離,之后進(jìn)行打磨噴漆處理,為了獲得良好的機(jī)械性能,可以在固化箱內(nèi)進(jìn)行二次固化。