光固化快速成形是公認(rèn)的精度最高的快速成形方法,其實(shí)質(zhì)就是將符合用戶要求的模型，無(wú)論其具有什么樣的結(jié)構(gòu)，都可以離散成一組二維薄層，對(duì)每層進(jìn)行掃描，層層凝固粘附，最終形成實(shí)體原型。它具有制作效率高、材料利用率接近100%的優(yōu)點(diǎn),能成形形狀特別復(fù)雜、特別精細(xì)零件.成型零件的精度與很多因素有著必然聯(lián)系。

今天我們一起從打印前、打印過(guò)程以及后處理三個(gè)過(guò)程中出現(xiàn)的影響成型件精度的因素進(jìn)行分析，希望對(duì)大家有所幫助。

打印前期數(shù)據(jù)處理誤差

在打印前，我們通常需要?jiǎng)?chuàng)建3D模型并對(duì)前期數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這一過(guò)程中影響成型件精度的誤差主要體現(xiàn)在STL格式的轉(zhuǎn)換和輸出及切片處理兩個(gè)過(guò)程。

1.STL 文件格式轉(zhuǎn)換誤差

由于3D打印設(shè)備只能接受所建模型的外部輪廓信息，只有將設(shè)計(jì)的三維圖形離散成一系列的二維博片之后才能被識(shí)別。而STL 是對(duì)CAD 三維模型進(jìn)行離散三角化處理后得到的模型文件，是用許多小三角形來(lái)逼近CAD 三維模型的自由表面形成的，小三角形數(shù)量的多少直接影響逼近精度。也就是說(shuō)精度越高，所用小三角形數(shù)量越多。但小三角形數(shù)量又不能無(wú)限制的增加，因?yàn)槟菢訒?huì)造成STL 文件的數(shù)據(jù)量急劇增加，加大計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理難度，因此精度不能提的過(guò)高。且當(dāng)模型完全是平面的組合時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生近似誤差；但對(duì)于曲面而言，無(wú)論精度怎么高，都不可能完全擬合出原始的圖形，所以這種逼近誤差是不可避免的，勢(shì)必會(huì)對(duì)成型件精度造成影響。

2.切片處理誤差

對(duì)3D模型進(jìn)行分層時(shí)不可避免地丟失了兩層間的信息，導(dǎo)致原型產(chǎn)生形狀和尺寸上的誤差。層厚越小，誤差越小。但層厚又受精度、制作時(shí)間和成本等的影響，并不是越小越好。所以，合理選擇分層厚度有助于減小或消除誤差。當(dāng)沿切層方向尺寸能被層厚整除時(shí)，則沒(méi)有誤差。

成型加工誤差

在打印過(guò)程中很多因素都會(huì)影響成型件精度，主要?dú)w結(jié)為設(shè)備誤差、樹(shù)脂收縮變形誤差、工藝參數(shù)選擇誤差幾個(gè)方面。

1.設(shè)備誤差

影響成型件精度最原始的因素是設(shè)備誤差。這種誤差主要是由成型機(jī)造成，可以從設(shè)計(jì)和硬件系統(tǒng)上加以控制，制造設(shè)備出廠前進(jìn)行調(diào)整，提高打印件的精度和設(shè)備硬件系統(tǒng)的可靠性。設(shè)備誤差主要表現(xiàn)在X、Y、Z三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)誤差，以及激光束或掃描頭的定位誤差。

（1）工作臺(tái)Z 向的運(yùn)動(dòng)誤差

工作臺(tái)就是托板，通過(guò)上下移動(dòng)來(lái)完成最終的零件加工，托班的上下移動(dòng)是通過(guò)絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所以工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)誤差直接影響成型件的層厚精度，最終導(dǎo)致Z 方向的尺寸誤差。且成型件的形狀、較大的粗糙度和位置誤差主要是由工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)直線度誤差導(dǎo)致的。因此，中瑞科技自有的光固化設(shè)備采用大理石一體化Z軸升降平臺(tái)，最大程度減少工作臺(tái)在垂直面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)直線度誤差，獲得更高的打印精度。


（2）掃描振鏡偏轉(zhuǎn)

掃描振鏡系統(tǒng)在掃描過(guò)程中，存在著固有掃描唱的幾何畸變，系統(tǒng)本身也存在著線性、非線性誤差及其它誤差，這些誤差會(huì)影響振鏡掃描系統(tǒng)在光固化工藝中的激光掃描質(zhì)量。


2.材料變形的影響

材料形態(tài)的變化對(duì)成型件精度有直接影響。在成型過(guò)程中，樹(shù)脂從液態(tài)到固態(tài)要產(chǎn)生線性收縮和體積收縮。線性收縮在逐層堆積時(shí)產(chǎn)生復(fù)雜的層間應(yīng)力，該應(yīng)力使制件發(fā)生翹曲變形，導(dǎo)致精度喪失；而這種變形的機(jī)理又相當(dāng)復(fù)雜，與材料的組分、光敏性、聚合反應(yīng)的速度均有關(guān)。而體積收縮在成型中對(duì)零件的翹曲有一定影響，但無(wú)直接的定量關(guān)系。翹曲主要來(lái)自于線性收縮。但翹曲和線性收縮之間確定的量關(guān)系并不恒定。故而為了提高精度，就應(yīng)減小材料的收縮率。除選擇低樹(shù)脂收縮率外，還可通過(guò)改進(jìn)材料的配方來(lái)降低收縮率。


3.工藝參數(shù)選擇誤差

（1）光斑直徑的影響

對(duì)于采用紫外光作為光源的光固化成型機(jī)，其光斑直徑要比激光的大很多，所以無(wú)法將其看作一個(gè)光點(diǎn)。實(shí)際固化線寬等于在一定掃描速度下實(shí)際光斑直徑大小。如果不采用補(bǔ)償，成型件實(shí)體部分周邊輪廓大了一個(gè)光斑半徑，導(dǎo)致零件的實(shí)體尺寸大了一個(gè)光斑直徑，使零件出現(xiàn)正偏差，尤其在轉(zhuǎn)角處還會(huì)出現(xiàn)圓角。直接影響成型件的尺寸，如圖所示。

（3）掃描速度的影響

掃描速度是指紫外光束掃描二維層片時(shí)的線速度。其大小與光敏樹(shù)脂的固化深度有關(guān)。掃描速度越低，樹(shù)脂吸收的能量越多，固化深度就越深，固化程度越高。尤其在靠近成型件邊緣處，掃描速度較低，且由于存在掃描方向的變換，有一定時(shí)間的滯留，因此邊緣處常會(huì)出現(xiàn)過(guò)固化現(xiàn)象。但掃描速度也不能一味的追求低，過(guò)低的掃描速度使各層樹(shù)脂固化速度太快，影響各層制件的連接，同樣會(huì)造成制件的翹曲。而當(dāng)掃描速度較高時(shí)，樹(shù)脂不能吸收足夠的能量使其固化，或固化深度不夠，使得工件相鄰層間粘合力變小，出現(xiàn)層間的粘貼不牢靠及滑移。

（4）掃描間距的影響

掃描間距是指紫外光束掃描二維區(qū)域時(shí)相鄰掃描線之間的距離。在掃描固化過(guò)程中，層面是由若干固化線組成的，相鄰線條相互嵌入成為一體。掃描間距的大小決定了同一層內(nèi)相鄰固化線間的嵌入程度和掃描線的數(shù)目。掃描間距較大時(shí)，掃描線的數(shù)目較少，相鄰固化線見(jiàn)得嵌入程度也較少，則會(huì)出現(xiàn)鋸齒效應(yīng)，嚴(yán)重影響成型件的表面質(zhì)量。當(dāng)掃描間距大于固化線寬時(shí)線條之間間會(huì)出現(xiàn)液態(tài)樹(shù)脂填充的空隙，使整個(gè)成型件破壞。掃描間距較小時(shí)，固化相同面積要求的掃描次數(shù)增加，固化線的數(shù)目較多，能量過(guò)高，后面掃描線的收縮變形將對(duì)已固化部分產(chǎn)生影響，易使成型件產(chǎn)生收縮和翹曲，甚至開(kāi)裂。所以掃描間距的選擇應(yīng)該兼顧制作精度、強(qiáng)度以及成型件效率的要求。

后處理誤差

光固化零件成型后，需將成型件取出并進(jìn)行后處理，處理包括：去除支撐、對(duì)于固化不完全的零件進(jìn)行二次固化、拋光、打磨、和表面處理等。這些過(guò)程都將對(duì)成型件精度造成一定的影響。比如：

（1）成型件在支撐去除后可能有形狀及尺寸的變化，破壞已有的精度。所以在支撐設(shè)計(jì)是應(yīng)選擇合理的支撐結(jié)構(gòu)，既能起到支撐作用又方便去除，且在允許范圍內(nèi)盡量減少支撐。

（2）由于溫度、環(huán)境等環(huán)境的變化，零件成型后可能會(huì)繼續(xù)變形導(dǎo)致誤差。并且由于成型工藝或零部件本身結(jié)構(gòu)工藝性等方面的原因，成型件內(nèi)會(huì)存在殘余應(yīng)力，由于時(shí)效的作用全部或者部分的消失，也會(huì)導(dǎo)致誤差。

（3）成型件在曲面上可能會(huì)存在因分層制造引起的小臺(tái)階、小缺陷或尺寸不精確等問(wèn)題，不能滿足用戶需求。因此，要進(jìn)行經(jīng)一部的打磨、修補(bǔ)、拋光和噴丸等處理，其中任一處理過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)對(duì)成型件的精度產(chǎn)生影響。

文章轉(zhuǎn)載自：中瑞3d打印

光固化快速成形是公認(rèn)的精度最高的快速成形方法,其實(shí)質(zhì)就是將符合用戶要求的模型，無(wú)論其具有什么樣的結(jié)構(gòu)，都可以離散成一組二維薄層，對(duì)每層進(jìn)行掃描，層層凝固粘附，最終形成實(shí)體原型。它具有制作效率高、材料利用率接近100%的優(yōu)點(diǎn),能成形形狀特別復(fù)雜、特別精細(xì)零件.成型零件的精度與很多因素有著必然聯(lián)系。

今天我們一起從打印前、打印過(guò)程以及后處理三個(gè)過(guò)程中出現(xiàn)的影響成型件精度的因素進(jìn)行分析，希望對(duì)大家有所幫助。

打印前期數(shù)據(jù)處理誤差

在打印前，我們通常需要?jiǎng)?chuàng)建3D模型并對(duì)前期數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這一過(guò)程中影響成型件精度的誤差主要體現(xiàn)在STL格式的轉(zhuǎn)換和輸出及切片處理兩個(gè)過(guò)程。

1.STL 文件格式轉(zhuǎn)換誤差

由于3D打印設(shè)備只能接受所建模型的外部輪廓信息，只有將設(shè)計(jì)的三維圖形離散成一系列的二維博片之后才能被識(shí)別。而STL 是對(duì)CAD 三維模型進(jìn)行離散三角化處理后得到的模型文件，是用許多小三角形來(lái)逼近CAD 三維模型的自由表面形成的，小三角形數(shù)量的多少直接影響逼近精度。也就是說(shuō)精度越高，所用小三角形數(shù)量越多。但小三角形數(shù)量又不能無(wú)限制的增加，因?yàn)槟菢訒?huì)造成STL 文件的數(shù)據(jù)量急劇增加，加大計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理難度，因此精度不能提的過(guò)高。且當(dāng)模型完全是平面的組合時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生近似誤差；但對(duì)于曲面而言，無(wú)論精度怎么高，都不可能完全擬合出原始的圖形，所以這種逼近誤差是不可避免的，勢(shì)必會(huì)對(duì)成型件精度造成影響。

2.切片處理誤差

對(duì)3D模型進(jìn)行分層時(shí)不可避免地丟失了兩層間的信息，導(dǎo)致原型產(chǎn)生形狀和尺寸上的誤差。層厚越小，誤差越小。但層厚又受精度、制作時(shí)間和成本等的影響，并不是越小越好。所以，合理選擇分層厚度有助于減小或消除誤差。當(dāng)沿切層方向尺寸能被層厚整除時(shí)，則沒(méi)有誤差。

成型加工誤差

在打印過(guò)程中很多因素都會(huì)影響成型件精度，主要?dú)w結(jié)為設(shè)備誤差、樹(shù)脂收縮變形誤差、工藝參數(shù)選擇誤差幾個(gè)方面。

1.設(shè)備誤差

影響成型件精度最原始的因素是設(shè)備誤差。這種誤差主要是由成型機(jī)造成，可以從設(shè)計(jì)和硬件系統(tǒng)上加以控制，制造設(shè)備出廠前進(jìn)行調(diào)整，提高打印件的精度和設(shè)備硬件系統(tǒng)的可靠性。設(shè)備誤差主要表現(xiàn)在X、Y、Z三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)誤差，以及激光束或掃描頭的定位誤差。

（1）工作臺(tái)Z 向的運(yùn)動(dòng)誤差

工作臺(tái)就是托板，通過(guò)上下移動(dòng)來(lái)完成最終的零件加工，托班的上下移動(dòng)是通過(guò)絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所以工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)誤差直接影響成型件的層厚精度，最終導(dǎo)致Z 方向的尺寸誤差。且成型件的形狀、較大的粗糙度和位置誤差主要是由工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)直線度誤差導(dǎo)致的。因此，中瑞科技自有的光固化設(shè)備采用大理石一體化Z軸升降平臺(tái)，最大程度減少工作臺(tái)在垂直面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)直線度誤差，獲得更高的打印精度。


（2）掃描振鏡偏轉(zhuǎn)

掃描振鏡系統(tǒng)在掃描過(guò)程中，存在著固有掃描唱的幾何畸變，系統(tǒng)本身也存在著線性、非線性誤差及其它誤差，這些誤差會(huì)影響振鏡掃描系統(tǒng)在光固化工藝中的激光掃描質(zhì)量。


2.材料變形的影響

材料形態(tài)的變化對(duì)成型件精度有直接影響。在成型過(guò)程中，樹(shù)脂從液態(tài)到固態(tài)要產(chǎn)生線性收縮和體積收縮。線性收縮在逐層堆積時(shí)產(chǎn)生復(fù)雜的層間應(yīng)力，該應(yīng)力使制件發(fā)生翹曲變形，導(dǎo)致精度喪失；而這種變形的機(jī)理又相當(dāng)復(fù)雜，與材料的組分、光敏性、聚合反應(yīng)的速度均有關(guān)。而體積收縮在成型中對(duì)零件的翹曲有一定影響，但無(wú)直接的定量關(guān)系。翹曲主要來(lái)自于線性收縮。但翹曲和線性收縮之間確定的量關(guān)系并不恒定。故而為了提高精度，就應(yīng)減小材料的收縮率。除選擇低樹(shù)脂收縮率外，還可通過(guò)改進(jìn)材料的配方來(lái)降低收縮率。


3.工藝參數(shù)選擇誤差

（1）光斑直徑的影響

對(duì)于采用紫外光作為光源的光固化成型機(jī)，其光斑直徑要比激光的大很多，所以無(wú)法將其看作一個(gè)光點(diǎn)。實(shí)際固化線寬等于在一定掃描速度下實(shí)際光斑直徑大小。如果不采用補(bǔ)償，成型件實(shí)體部分周邊輪廓大了一個(gè)光斑半徑，導(dǎo)致零件的實(shí)體尺寸大了一個(gè)光斑直徑，使零件出現(xiàn)正偏差，尤其在轉(zhuǎn)角處還會(huì)出現(xiàn)圓角。直接影響成型件的尺寸，如圖所示。

（3）掃描速度的影響

掃描速度是指紫外光束掃描二維層片時(shí)的線速度。其大小與光敏樹(shù)脂的固化深度有關(guān)。掃描速度越低，樹(shù)脂吸收的能量越多，固化深度就越深，固化程度越高。尤其在靠近成型件邊緣處，掃描速度較低，且由于存在掃描方向的變換，有一定時(shí)間的滯留，因此邊緣處常會(huì)出現(xiàn)過(guò)固化現(xiàn)象。但掃描速度也不能一味的追求低，過(guò)低的掃描速度使各層樹(shù)脂固化速度太快，影響各層制件的連接，同樣會(huì)造成制件的翹曲。而當(dāng)掃描速度較高時(shí)，樹(shù)脂不能吸收足夠的能量使其固化，或固化深度不夠，使得工件相鄰層間粘合力變小，出現(xiàn)層間的粘貼不牢靠及滑移。

（4）掃描間距的影響

掃描間距是指紫外光束掃描二維區(qū)域時(shí)相鄰掃描線之間的距離。在掃描固化過(guò)程中，層面是由若干固化線組成的，相鄰線條相互嵌入成為一體。掃描間距的大小決定了同一層內(nèi)相鄰固化線間的嵌入程度和掃描線的數(shù)目。掃描間距較大時(shí)，掃描線的數(shù)目較少，相鄰固化線見(jiàn)得嵌入程度也較少，則會(huì)出現(xiàn)鋸齒效應(yīng)，嚴(yán)重影響成型件的表面質(zhì)量。當(dāng)掃描間距大于固化線寬時(shí)線條之間間會(huì)出現(xiàn)液態(tài)樹(shù)脂填充的空隙，使整個(gè)成型件破壞。掃描間距較小時(shí)，固化相同面積要求的掃描次數(shù)增加，固化線的數(shù)目較多，能量過(guò)高，后面掃描線的收縮變形將對(duì)已固化部分產(chǎn)生影響，易使成型件產(chǎn)生收縮和翹曲，甚至開(kāi)裂。所以掃描間距的選擇應(yīng)該兼顧制作精度、強(qiáng)度以及成型件效率的要求。

后處理誤差

光固化零件成型后，需將成型件取出并進(jìn)行后處理，處理包括：去除支撐、對(duì)于固化不完全的零件進(jìn)行二次固化、拋光、打磨、和表面處理等。這些過(guò)程都將對(duì)成型件精度造成一定的影響。比如：

（1）成型件在支撐去除后可能有形狀及尺寸的變化，破壞已有的精度。所以在支撐設(shè)計(jì)是應(yīng)選擇合理的支撐結(jié)構(gòu)，既能起到支撐作用又方便去除，且在允許范圍內(nèi)盡量減少支撐。

（2）由于溫度、環(huán)境等環(huán)境的變化，零件成型后可能會(huì)繼續(xù)變形導(dǎo)致誤差。并且由于成型工藝或零部件本身結(jié)構(gòu)工藝性等方面的原因，成型件內(nèi)會(huì)存在殘余應(yīng)力，由于時(shí)效的作用全部或者部分的消失，也會(huì)導(dǎo)致誤差。

（3）成型件在曲面上可能會(huì)存在因分層制造引起的小臺(tái)階、小缺陷或尺寸不精確等問(wèn)題，不能滿足用戶需求。因此，要進(jìn)行經(jīng)一部的打磨、修補(bǔ)、拋光和噴丸等處理，其中任一處理過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)對(duì)成型件的精度產(chǎn)生影響。

文章轉(zhuǎn)載自：中瑞3d打印