杨继全[1]2002年在《光固化快速成型的理论、技术及应用研究》文中认为光固化快速成型(Rapid Prototyping：RP)系统一般体积过大、投资巨大、零件制造成本及系统运行费用昂贵，这严重阻碍了该种先进技术及系统的推广与应用。在全面了解市场需求的前提下，开发小体积、低成本的光固化RP系统使其和谐地成为办公设备、甚至走入家庭是本文研究工作的背景。 从理论上统一描述了所有RP的成型过程，推导出普通紫外光与树脂作用过程的关系公式，首次配制了纤维—树脂复合材料，并进行了其相关性能的测试与预测；为揭示RP零件变形的本质，提出研究RP零件的层内应力及层间应力的新内容及其新方法，根据理论分析的结论，指出减小或消除零件变形及抑制分层破坏的措施，并对零件的精度进行了理论和实验研究；深入探讨了光固化快速成型中涉及的光学理论与技术，开发出小体积、低成本的新型光固化RP用光学系统；介绍了研制的台式低成本快速成型系统的结构、功能及基于参数管理数据库的台式RP集成软件系统，对该台式RP系统进行了性能测试。论文研究的理论与技术可推广及应用到其它RP工艺中。
王虎[2]2016年在《纳米改性光固化快速成型树脂性能的研究》文中指出光固化快速成型技术是光固化树脂在光照条件下逐层固化、迭加形成叁维制品的一种成型技术。本文主要对光固化成型树脂进行纳米改性研究。光固化成型材料对成型产品的尺寸精度和力学性能具有直接影响,目前国内紫外光固化成型材料存在尺寸收缩大、一次性固化强度低、力学性能差等缺点,这些缺点限制了光固化快速成型技术的发展,因此研发性能优异的光固化成型树脂具有重要意义。本文以双酚A型环氧丙烯酸酯为预聚物制备了基体树脂,并利用无机纳米粒子对其进行改性。(1)石墨烯和炭黑改性基体树脂分别利用石墨烯和炭黑对基体树脂进行改性,研究了石墨烯和炭黑对基体光固化成型树脂性能的影响,并将石墨烯和炭黑改性后的树脂性能进行对比。测试结果表明,在树脂中分别加入0.25wt‰的石墨烯和炭黑后,树脂粘度下降。透射电镜显示石墨烯在基体树脂中分散效果良好,炭黑在基体树脂中发生团聚。热失重分析显示,石墨烯和炭黑提高了基体树脂的最快分解温度,并且使基体树脂的最大分解速率下降,说明石墨烯和炭黑可以提高基体树脂的热稳定性。力学性能测试结果显示,经炭黑改性后,树脂的拉伸强度下降了32.8%,弯曲模量下降了46.88%;经石墨烯改性后,树脂的拉伸强度提高了8.39%,弯曲模量下降了46.79%。(2)纳米SiO_2改性基体树脂首先,使用硅烷偶联剂KH570对纳米二氧化硅颗粒进行表面接枝改性,然后利用机械共混的方法将改性粒子与基体树脂进行共混,制备纳米复合材料,研究了改性纳米颗粒对基体树脂性能的影响。粘度测试表明,纳米SiO_2含量在1~5wt%范围内,树脂的粘度随着粒子质量分数的增加而增加,但仍具有良好的流动性,符合DLP成型机对成型树脂粘度的要求。复合材料的体积收缩率随改性纳米SiO_2含量的增加而减小,改性纳米二氧化硅质量分数为5%时的体积收缩率为6.94%。通过对复合材料凝胶率的测定,研究了改性纳米SiO_2对光固化树脂固化速率的影响。与未加改性纳米粒子的光固化树脂相比,加入纳米粒子后树脂的凝胶率增加,且随着纳米粒子质量分数的增加而降低,改性纳米二氧化硅质量分数为1%时,凝胶率最大,为88.19%。通过对固化后树脂的热失重测试,研究了改性纳米SiO_2对树脂热稳定性的影响,实验结果表明,改性纳米SiO_2的加入使树脂的最快分解速率降低,提高了树脂的热稳定性。拉伸测试结果显示,随着改性纳米SiO_2质量分数的增加,复合材料的拉伸强度先升高后下降,当改性纳米二氧化硅质量分数为2%时,复合材料的拉伸强度最大,为23.19MPa,与未改性树脂相比,拉伸强度提高了69.83%。(3)纳米Al_2O3_改性基体树脂首先,使用硅烷偶联剂KH570对纳米叁氧化二铝颗粒进行表面接枝改性,然后利用机械共混的方法将改性无机粒子与基体树脂进行共混,制备纳米复合材料,研究了改性纳米颗粒对基体树脂性能的影响。粘度测试结果表明,纳米Al_2O3含量在1~5wt%范围内,树脂的粘度随着粒子质量分数的增加而增加,但仍具有很好的流动性,符合DLP成型机对树脂粘度的要求。复合材料的体积收缩率随改性纳米叁氧化二铝含量的增加而减小,改性纳米粒子质量分数为5%时的体积收缩率为6.48%。通过对复合材料凝胶率的测定,研究了改性纳米叁氧化二铝对光固化树脂固化速率的影响,实验结果表明,随着改性纳米叁氧化二铝质量分数的增加,复合材料的凝胶率先上升后下降,纳米粒子质量分数为2%时,树脂的凝胶率最大,为88.3%。通过对固化后树脂的热失重测试,研究了改性纳米Al_2O3对树脂热稳定性的影响,实验结果表明,改性纳米叁氧化二铝降低了树脂最快分解速率,提高了树脂的热稳定性。拉伸性能显示,随着改性纳米叁氧化二铝质量分数的增加,复合材料的拉伸强度先升高后下降,当改性纳米叁氧化二铝质量分数为3%时,复合树脂拉伸强度最大,为34.74MPa,与未改性树脂相比,拉伸强度提高了108.27%。
李东方, 陈继民, 袁艳萍, 黄宽, 方浩博[3]2015年在《光固化快速成型技术的进展及应用》文中认为光固化快速成型是最早发展起来的一种快速成型技术,在制造业、材料科学与工程、医学、文化艺术等领域有广阔的应用前景.介绍了传统光固化成型技术在数据格式、光斑补偿等精度方面的研究.对喷射固化成型技术、面曝光光固化成型技术、光敏树脂的研究进行了阐述,并介绍了最新的CLIP技术.对目前光固化技术的发展和应用现状、对未来光固化成型技术的发展进行了展望.
丁云雨[4]2016年在《3D打印用光敏树脂的制备及膨胀单体改性光敏树脂》文中研究说明3D打印是近几十年来发展的一项新技术,已被越来越多的人所接受。光固化快速成型技术(SLA)是3D打印领域中发展最早,最成熟的技术。受国外技术垄断的制约,国内无法自主生产高性能的光敏树脂,这导致了光固化快速成型技术在国内发展缓慢。光敏树脂的短缺已成为限制我国光固化快速成型技术的瓶颈,光敏树脂国产化显得尤为重要。为制备高性能的光敏树脂,进行了如下工作:(1)对混杂型光敏树脂体系进行了详尽的研究,确定了不同组分对树脂粘度,收缩率,力学性能,凝胶含量及固化厚度的影响。通过对比不同种类的引发剂、稀释剂和低聚物确定了混杂型光敏树脂各组分的种类和含量。(2)对光敏树脂进行了优化。通过对光敏树脂后固化现象的研究发现当后固化温度为70℃,后固化时间为8小时时,凝胶含量可提升20%左右。光敏剂蒽的加入可以提高凝胶含量。经红外表明当添加量为0.07%时效果最好。二氧化硅可有效降低树脂收缩率。当添加1%二氧化硅后,树脂的收缩率下降至5.45%,拉伸强度升高了约20%。二氧化钛可以提高光敏树脂的临界曝光量,提高树脂的储存稳定性。(3)为解决光敏树脂收缩率大的问题,通过两步法合成一种3,9二羟甲基-3’,9’二乙基-1,5,7,11-四氧螺杂[5,5]十一烷的膨胀单体。对合成产物进行了红外和核磁的表征确定了产物的结构。通过测定树脂的收缩率和拉伸强度等性能,确定膨胀单体的添加量为10%。
马兆允[5]2002年在《快速成型工艺用光固化功能性材料的研究》文中认为目前光固化快速成型工艺所用的材料缺乏合适的性能，使得该工艺无法直接成型具有功能性(如导电性、导磁性等)的零件，加工出的零件一般只能作为模型，这严重阻碍了该种先进技术的推广与应用。在此背景下，本文主要的研究工作是开发导电性且性能优良的光固化快速成型用的功能性复合材料。 从理论上深入探讨了开发导电性光固化复合材料应注意的问题，指出了填料的性能与添加量对复合材料性能的影响；提出了开发导电性复合材料的涂层工艺及一些简易的实验方法；利用不同的填料、不同的工艺方式开发出不同的导电性光固化复合材料，并对其多种性能进行了实验测定或估测；根据理论分析，研究了材料性能与零件变形的关系，配制出纤维—树脂复合材料。
刘杰[6]2014年在《光固化快速成型技术及成型精度控制研究》文中研究表明快速成型技术的产生掀起了制造业巨大的变革浪潮，而作为其最典型工艺技术之一的光固化快速成型技术更是国内外公认的一种应用前景最为广阔、技术最成熟、发展最迅速、研究最深入的成型方法。尤其被应用于产品的样机制造、功能性试验、缩短研发时间和提高市场竞争力方面。但用该方法制成的零件的精度却一直难以提高，严重地困扰着整个制造业，限制了该技术的实际应用和推广。本文针对光固化快速成型技术的工艺过程及精度控制方法展开详细研究。主要研究内容有以下几点：（1）系统分析光固化快速成型技术的成型原理、工艺过程、适用范围和特点。介绍实验研究工作所用设备SPS350B和光敏树脂的组成及其光固化特性，作为本课题开展研究的基础；（2）根据成型工艺的前处理、成型加工和后处理叁个阶段，对影响快速成型制件精度的因素进行理论分析及确定。（3）重点对影响成型制件形状精度的翘曲变形和圆柱形侧孔椭圆畸变现象进行实验研究，并提出具体的改进途径；（4）对影响成型制件尺寸精度的Z轴方向尺寸变化情况进行详细实验研究，并提出具体的优化方案；（5）对影响成型制件表面精度的台阶纹现象进行实验研究，并提出具体改善方法。本课题以光固化快速成型工艺过程中的相关参数以及影响成型件精度的因素为研究对象，针对其存在的主要问题进行较深入的理论分析和实验研究，提出可行的改进措施，为实际应用提供理论和工艺方面的指导。
黄宽[7]2016年在《含蜡型树脂材料面曝光快速成型技术研究》文中认为面曝光固化快速成型技术是在光固化立体造型(Stereolithography Appearance:SLA,现多指激光扫描固化成型方式)技术基础上发展而来的直接利用紫外光掩膜成像进行光敏树脂固化的快速成型方法。面曝光固化成型方式具有设备成本低、成型速度快、成型件表面质量好的优点,是光固化快速成型技术的重要发展方向。目前国内外研究工作主要集中于自由型液面成型过程中产生的小挠度变形方面,但对约束型液面成型过程中的树脂行为研究较少。随着树脂材料技术的发展,市场上已出现可直接应用于失蜡铸造的含蜡型树脂,此类新型树脂固化成型过程的收缩机理并不明确。针对上述问题,本文主要从成型设备及固化件收缩变形两方面对约束液面含蜡型树脂材料面曝光快速成型技术进行研究。首先介绍了约束型面曝光固化成型技术的成型原理与工艺特点,设计了基于DLP(Digital Light Procession)技术的含蜡型面曝光固化快速成型机。曝光时间是重要的加工参数,对无约束情况下固化厚度进行了实验,研究了曝光时间对薄壁凹槽成型性能以及悬臂悬梁变形的影响。分析了约束型液面成型系统中成型件受力情况,对硅胶膜厚度与固化层之间的拉力关系进行了测试,得到最佳膜厚为2mm左右,克服了固化件在成型过程中由于树脂槽粘附力而脱落的问题。论述了含蜡树脂对光引发剂浓度的要求,通过实验对含蜡型树脂基础性能进行了测试,表明其光吸收率较低、蜡粉颗粒粒径80-100μm。石蜡熔点一般为55-65℃,温度过高石蜡熔化会增加树脂粘度,流动性变差,影响成型件质量。本系统采用405nm偏紫外LED冷光源,同时控制光源功率,设备成型时固化层最高温度可以控制在50℃以内。对影响面曝光固化快速成型零件精度的因素进行了归类,将其概述为成型前数据处理导致的误差、成型过程中产生的误差以及成型后后期处理误差,对每种影响因素进行了详细分析,结合实验重点研究了含蜡型树脂在成型以及后固化过程中的收缩行为,与普通树脂有明显不同。分析了含蜡树脂收缩变形的机理,通过数学推导得到了固化层应力-应变、热应力关系表达式。针对成型过程中产生的典型变形设计了对应叁维模型,确定了悬臂长度、曝光时间对悬臂翘曲变形的影响关系,通过对H4标准件成型实验分析了悬梁结构收缩对两端支撑脚变形的影响,对复杂模型添加支撑、确定工艺参数提供了参考。
王浩宇[8]2017年在《面向效率的光固化快速成型技术研究》文中指出近年来,快速成型技术的出现推动了传统制造行业的变革,已成为国内外众多高校和企业的研究热点。光固化快速成型技术作为出现最早、技术最成熟、应用最广的快速成型技术,人们对其工艺、材料和应用方面已进行了相对充分的研究。相比而言其效率的研究还较为薄弱,因此,本文针对光固化快速成型效率问题进行了相关研究。首先,本文根据光固化快速成型的工艺过程,从前期数据预处理开始直至零件制作后期处理过程,分析了光固化快速成型一个制作周期内生产加工过程效率的影响因素。其中,通过数学建模详细分析了激光器的功率和激光器的扫描速度对光敏树脂固化效率的影响,得到了针对光敏树脂理论固化效率最高的激光器功速匹配公式。其次,本文对光固化快速成型中的成型方向影响因素进行数学建模,建立了成型方向的叁个优化目标。其中,采用成型方向上的分层数目代替成型方向上的零件高度表示成型时间目标,更为贴近真实情况。利用NSGA-Ⅱ遗传算法对该多目标问题进行了优化,得到了较为满意的成型方向以及与该方向匹配的最大分层厚度,从而提高了成型效率。然后,本文针对自适应分层算法进行了研究。在分层算法方面,以层间局部拓扑信息代替整体拓扑信息,减少了内存消耗,提高了运算效率。在自适应规则方面,建立了一种以固定体积误差率为标准的自适应分层算法。该算法对模型形状发生突变的地方敏感,切片情况能较好反应零件的真实轮廓,有效降低了零件的分层数目,提高了成型效率。最后,本文分析了光固化快速成型的应用场合,建立了一种针对小批量多零件生产场合的成型效率优化方法。分析了影响多零件生产效率的影响因素,并结合聚类分析的方法,改善了多零件生产中零件选取组合排版问题,在一定程度上提高了多零件光固化快速成型的生产效率。本文通过成型方向优化选择、自适应分层切片、多零件光固化快速成型的零件优化选取及排版提高光固化快速成型的效率,为今后光固化快速成型效率的研究打下了一定基础。
贺敏锐[9]2017年在《环氧丙烯酸酯基光固化3D打印材料成型与固化机制研究》文中研究说明光固化叁维打印(3D打印)技术将喷射成型技术和光固化成型技术有机结合,具有成型精度高、成型速度快等特点,广泛应用于教育、医学、建筑设计等领域。目前国内外对光固化3D打印材料的成型机制与固化机理缺乏系统研究,导致所研制的光固化材料难以满足3D打印成型的要求。本文以环氧丙烯酸酯基光固化3D打印材料为研究对象,通过数学建模和实验验证,研究了光固化3D打印材料的喷射成型机制,探讨了光固化3D打印材料的喷射性能要求,分析了材料性能参数对打印成型的影响;同时对环氧丙烯酸酯基光固化3D打印材料的固化机理进行了探索,讨论了材料的光固化性能参数对成型制件固化质量的影响。本文首先研究了环氧丙烯酸酯基光固化3D打印材料的喷射机制。通过建立光固化3D打印喷射模型,引入了无纲量参数R/W值作为参考值,探索了材料的粘度、表面张力以及R/W值对环氧丙烯酸酯基光固化3D打印材料喷射性能的影响。在此基础上研究了环氧丙烯酸酯基光固化3D打印材料的喷射机制。结果表明,环氧丙烯酸酯基光固化3D打印材料的粘度为10~25mPa·s、R/W值在2~3时的喷射效果最佳;本实验所配制的光固化3D打印材料预聚体和单体配比为6:4、喷射温度为65℃时,可在打印机上稳定、流畅喷射。分析了光固化3D打印材料成型时,液滴自喷出后在成型面上的运动状态,建立了液滴铺展的数学模型,预测了液滴直径对成型面形态的影响,并通过光固化3D打印机进行了实际测试与实验验证。结果表明,液滴直径的实测值与预测值十分相近,证明该模型具有较高的精度;成型面的形态与液滴直径和打印分辨率相关,该模型可以对制件的成型面精度和厚度进行预测。最后对环氧丙烯酸酯基光固化3D打印材料的固化机理进行了研究探索,红外光谱分析表明环氧丙烯酸酯基光固化3D打印材料的固化过程为双键打开的连锁聚合反应。讨论了光引发剂对环氧丙烯酸酯基3D打印材料的光固化性能和固化后材料力学性能的影响。结果表明,添加3%复合型光引发剂369+ITX(1:1)的环氧丙烯酸酯基3D打印材料的光固化性能较好,固化后的制件具有较高的力学性能。
刘利[10]2005年在《光固化快速成型制件的精度研究》文中研究表明快速成型技术(RP技术)是当代先进制造技术之一,用于快速制造出复杂形状的原型,实现产品快速开发的目的。 光固化快速成型(SLA)是最早发展起来的快速成型技术。大多数的SLA成型设备都是以激光为光源,该类型机器成型精度较高,但设备造价及运行成本也高,限制了SLA技术的推广应用。近年来出现的紫外光快速成型机,造价及运行成本明显低于激光成型机,但其成型精度也比较低。本文针对紫外光快速成型精度问题进行了专题研究。以国产CPS350成型机为试验对象,在理论分析的基础上,进行了大量的基础性实验研究。 影响光固化快速成型制件精度的因素较为复杂,涉及到机械、光学、材料、控制和CAD等多个领域。本文从理论上较深入地论述了光固化快速成型的基本原理,系统地分析了快速成型数据处理阶段和成型阶段中各种因素对成型精度的影响。 针对紫外光快速成型制件的“溶胀”问题,设计了实验模型,进行了试验分析;针对尺寸偏差及其变化规律性问题,通过实验分析得出了树脂特性、扫描线长及扫描系统加减速运动等因素对制件精度的影响规律,提出了光扫描运动控制系统在换向阶段采用变加速度运动模式的改进措施。 “X”型缺陷是SLA型表面质量的最大问题之一。本文对此也进行了重点研究,在实验分析的基础上,提出了增加可控遮光系统的观点。 针对紫外光快速成型制件精度的多工艺参数影响,以叁方向尺寸误差为测量指标,设计并进行了四因素叁水平正交试验,利用方差分析的方法,研究了光斑直径补偿、分层厚度、扫描速度及扫描间距对成型质量的影响规律,给出了一定范围内的最佳工艺参数组合。 最后,提出了提高制件精度的措施和方法,这对光固化快速成型技术的发展及应用有一定的指导意义。
参考文献：
[1]. 光固化快速成型的理论、技术及应用研究[D]. 杨继全. 南京理工大学. 2002
[2]. 纳米改性光固化快速成型树脂性能的研究[D]. 王虎. 青岛科技大学. 2016
[3]. 光固化快速成型技术的进展及应用[J]. 李东方, 陈继民, 袁艳萍, 黄宽, 方浩博. 北京工业大学学报. 2015
[4]. 3D打印用光敏树脂的制备及膨胀单体改性光敏树脂[D]. 丁云雨. 青岛科技大学. 2016
[5]. 快速成型工艺用光固化功能性材料的研究[D]. 马兆允. 南京理工大学. 2002
[6]. 光固化快速成型技术及成型精度控制研究[D]. 刘杰. 沈阳工业大学. 2014
[7]. 含蜡型树脂材料面曝光快速成型技术研究[D]. 黄宽. 北京工业大学. 2016
[8]. 面向效率的光固化快速成型技术研究[D]. 王浩宇. 西南石油大学. 2017
[9]. 环氧丙烯酸酯基光固化3D打印材料成型与固化机制研究[D]. 贺敏锐. 南京航空航天大学. 2017
[10]. 光固化快速成型制件的精度研究[D]. 刘利. 大连理工大学. 2005