一例快速成型制件缺陷的解决

1 引言

快速成型是制造技术的一次飞跃，它从成型原理上提出一个全新的思维模式，为制造技术的发展创造了一个新的机遇。现已开发出了许多快速成型技术，如光固化成型(SL)、粉末烧结成型(SLS)、层叠法成型(LOM)、熔积成型(FDM)等多达十余种工艺方法。其中光固化成型(SLA)在尺寸精度、表面光洁度、精细结构的加工性方面有着其它快速成型工艺所无法比拟的优势，是所有快速成型中制造精度较高的一种成形方法，但是，如果不能合理地优化制作参数，会大大降低制件原始尺寸精度并导致制件的翘曲变形、起皮等缺陷，甚至彻底损坏制件。

笔者曾按客户要求，采用SLA工艺制作快速成型制件，当制件制作完成后，在去除支撑后发现制件底部出现翘曲变形，底部平面变成类似抛物线形状，如图1所示。

我们在调整填充扫描速度和轮廓扫描速度的同时对其它制作参数进行了尝试性的调整。

2试验过程

2.1第一次试验

分析:由于原来制作情况一直较好，这次制件底部变形，且制件较硬，考虑可能是制件底部平面较大，光敏树脂过固化，制件内部产生的应力较大引起的制件应力变形。

措施:在原来参数的基础上，将涂铺前等待时间和涂铺后等待时间加长，让制作有足够的时间释放应力，具体参数如下:

激光功率:350mW(以下同);填充扫描速度:5100mm/s
填充向量间距:0.lmm;支撑扫描速度:3400mm/s
轮廓扫描速度:4100mm/s;
涂铺前等待时间和涂铺后等待时间总计:22s(原来为7s)
结果:制件和原参数制作的基本一致，底部变形情况没有改变

2.2第二次试验

分析:跟据第一次制作情况，加长涂铺前等待时间和涂铺后等待时间不能完全释放制件应力。

措施:增加填充向量间距，减少单位面积树脂接收的能量，避免过固化，减少制件内应力。由于填充向量间距增加了50%，为保证树脂完全固化，在提高填充向量间距同时降低了填充扫描速度和轮廓扫描速度，具体参数如下:

填充扫描速度:4700mm/s;填充向量间距:0.15mm
支撑扫描速度:3400mm/s;轮廓扫描速度:3700mm/s
涂铺前等待时间和涂铺后等待时间总计:22s

结果:底部变形情况得以解决.但底部平面出现了条状起皮现象。如（图2）。

2.3第三次试验

分析:第二次制作的制件较软，判断为增加填充向量后，制件欠固化。
措施:降低填充向量间距，具体参数如下:
填充扫描速度:4700mm/s;填充向量间距:0.13mm
支撑扫描速度:3400mm/s;轮廓扫描速度:3700mm/s
涂铺前等待时间和涂铺后等待时间总计:22s
结果:与第二次制件基本一致，但起的皮较第二次细。

2.4第四次试验

分析:第三次制作的制件顶部较硬，考虑起皮是否与制件成型过程中摆放力向有关。
措施:改变制件制作过程中的摆放方向，将制件沿Z轴旋转45度，其它参数不变
结果:还是有起皮现象。起皮与制件制作过程中摆放方向无关，如图3

2.5第五次试验

分析:虽然制件顶部较硬，但底部较软，判断为制件底部欠固化
措施:继续降低填充扫描速度和轮廓扫描速度，具体参数如下:
填充扫描速度:4400mm/s ;填充向量间距:0.13mm
支撑扫描速度:3100mm/s;轮廓扫描速度:3400mm/s
涂铺前等待时问和涂铺后等待时问总计:22s
结果:底部平面起皮现象基本消失，制件很硬，底部又出现翘曲变形

2.6第六次试验

分析:增加填充向量间距不能很好解决问题。现在减小填充向量问距，增加扫描重叠量，寻找合适的制作参数。
措施:减小填充向量间距，增加填充扫描速度和轮廓扫描速度，具休参数如下:
填充扫描速度:7500mm/s;填充向量间距:0.05mm
支撑扫描速度:4800mm/s;轮廓扫描速度:6500mm/s
涂铺前等待时间和涂铺后等待时间总计:13s.
结果:底部平面没有起皮、变形，但制件发黄，很硬，制件已经过固化。

2. 7第七次试验

第六次制件形状和尺寸都较好，但制件过固化，很硬。采取增加填充向量间距的措施，具体参数如下:
填充扫描速度:7500mm/s;填充向量间距:0.07mm
支撑扫描速度:2500mm/s;轮廓扫描速度:6500mm/s
涂铺前等待时间和涂铺后等待时间总计:8s。
结果:制件形状完好和尺寸精度在公差范围内，且硬度比较合适

3工艺探讨

试验完成后，我们发现激光光斑的形状不是理想的圆形，而是椭圆形的，结合对制件参数的调整的制作过程及制件制作情况，我们可以发现制件起皮现象与参数填充向量间距有密切的关系:

在理想的激光光斑和适合填充向量间距的情况，激光光斑成型一个正方形轮廓时，激光光斑点及运动轨迹如图4所示，两条扫描路径有一定的重叠量，保证整个面粘结在一起;在理想激光光斑和过大的适合填充向量间距的情况F，激光光斑点及运动轨迹如图5，没有重叠量，整个面不能良好粘结在一起，将出现起皮现象;在激光光斑形状不理想情况下，激光光斑点及运动轨迹如图6所示。按理想的激光光斑形状所给的填充向量间距，对于不理想的激光光斑来说已经不能保证有足够的重叠量，也将出现起皮的现象。

4结论

这次制件起皮的原因是由于成型设备激光发生器不稳定，使得激光光斑形状发生变化，使得实际需要的填充向量间距变小，而我们按理想激光光斑形状所给的填充向量间距已经大于实际需要的间距，所以产生了如图6所示的情况，激光光斑扫描路径重叠量不够，导致制件起皮。这次试验也让我们对制作参数有了进一步的了解，将这次试验过程记录下来，希望能给同行个有益的借鉴。