增材制造模型設計（制件及后處理技術）課件 第2 章 LCDSLA 光固化增材制造技術

2.1LCD光固增材制造技術演講人011LCD光固增材制造技術1.1LCD光固化技術增材制造技術的基本概念3D打印技術的發(fā)展于20世紀80年代末至90年代初，作為實體制造快速成形技術被人們所了解。后來，隨著發(fā)展，近些年又被稱之為快速制造、疊層制造、逐層制造等技術名稱，工業(yè)上統(tǒng)稱這些為快速成形技術。在所有3D打印技術使用的材料中，聚合物可以說是3D打印技術能用到的最先進的材料。結合前面的內容我們知道FDM技術3D打印所使用的是高溫融化耗材，通過層層堆積的方式完成的模型打印。究其根本，主要是依靠XYZ三個軸上的互相配合實現(xiàn)的，而光固化技術相對于FDM技術來說，省略了機械在X軸和Y軸上的左右前后移動只保留了Z軸的上下移動。成形方式也從高溫熔化耗材變成了通過固化對光比較敏感的光固聚合物來實現(xiàn)，所以這種技術被統(tǒng)稱為光固化技術。1.2LCD光固化技術的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀LCD光固化技術的歷史最早的光固化技術，是美國的SLA技術（StereolithographyAppearance，SLA，立體光固化），它利用了紫外激光為光源，通過振鏡控制激光在裝滿樹脂材料的料槽上方進行掃描，掃過的地方就被固化了。隨著時間的推移，以面狀光為光源的DLP技術(DigitalLightProcessing，DLP，數(shù)字光處理)誕生，使用投影的技術將每層的圖案投影在樹脂上，效率更高。而隨著技術的不斷發(fā)展，物料成本的不斷降低，出現(xiàn)了一種更適合中、小尺寸打印的技術——LCD光固化3D打印技術（LiquidCrystalDisplay，LCD）。這個技術所使用的是LCD屏來規(guī)劃每層的圖案，能夠查到的資料顯示，LCD光固化技術從2013年開始就有人在研發(fā)，通過簡單的硬件垂直組合，能夠完成基本的固化任務，但是因為硬件的穩(wěn)定性較差，導致在長時間打印之后，很難繼續(xù)保證其打印質量。1.2LCD光固化技術的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀LCD光固化技術的歷史直到2014年，才在國外的眾籌平臺上形成第一個商業(yè)化的LCD光固化3D打印機項目，可能也是作為第一臺LCD光固化3D打印機的原因，技術和硬件的成熟度都比較低，導致其除了第一臺商用LCD光固化3D打印機這個標簽之外還多了容易出故障、使用門檻高、易用性差的負面評價，它的出現(xiàn)主要作為一種概念將LCD技術引領到了3D打印的舞臺，如圖2-1所示。1.2LCD光固化技術的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀LCD光固化技術的歷史圖2-1光固化3D打印技術1.2LCD光固化技術的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀LCD光固化技術的現(xiàn)狀隨著這些年軟、硬件技術的不斷發(fā)展，LCD技術的3D打印設備也得到了質的飛躍，市面上采用了5.5寸2K屏幕的LCD技術3D打印機已經(jīng)普遍存在且技術成熟，這類設備有著價格便宜、成形精度高、屏幕使用壽命長（相對）、使用成本低等優(yōu)點，如圖2-2所示。圖2-2LCD光固化打印機1.2LCD光固化技術的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀LCD光固化技術的現(xiàn)狀不過，LCD技術的3D打印機問題也是顯著存在的，作為重要部件的LCD屏依然只能作為耗材存在，即使使用壽命被延長了接近1000小時，但是相對其他技術類型的設備，這個時長還是遠遠不夠。同時，LCD屏的尺寸決定了設備的成形尺寸，小尺寸的屏幕是無法保證市面上的大部分打印需求的。為了解決這一問題，眾多企業(yè)將LCD屏幕作為突破口，在2020年的時候已經(jīng)能夠在市場上見到采用了4K（3840x2400）屏幕的設備了。同時，隨著這兩年材料的推進，單層曝光時間已經(jīng)可以壓縮到1秒，極大的縮短了打印時間。有的設備甚至額外增加了遠程控制功能，即使沒有身處設備旁，也可以操控設備開啟打印。1.3材料的選用及特性如圖2-3所示，LCD光固化技術使用的是樹脂材料，樹脂有天然樹脂和合成樹脂之分。天然樹脂是指由自然界中動植物分泌物所得的無定形有機物質，如松香、琥珀、蟲膠等。合成樹脂是指由簡單有機物經(jīng)化學合成或某些天然產(chǎn)物經(jīng)化學反應而得到的樹脂產(chǎn)物，如酚醛樹脂、聚氯乙烯樹脂等，其中合成樹脂是塑料的主要成分。圖2-3光敏樹脂1.3材料的選用及特性在合成樹脂中，有一種可以被紫外光引起聚合反應的材料，其正常狀態(tài)下呈現(xiàn)液體狀態(tài)，因此被稱為液態(tài)光固化樹脂。3D打印用光敏樹脂和其他行業(yè)使用的光敏樹脂基本一樣是由以下幾個組分構成。1.3材料的選用及特性光敏預聚體光敏預聚體是指可以進行光固化的低分子量的預聚體，其分子量通常在1000～5000之間。它是材料最終性能的決定因素。光敏樹脂材料預聚體主要有丙烯酸酯化環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯、聚氨酯和多硫醇/多烯光固化樹脂體系幾類。1.3材料的選用及特性活性稀釋劑活性稀釋劑主要是指含有環(huán)氧基團的低分子量環(huán)氧化合物，它們可以參加環(huán)氧樹脂的固化反應，成為環(huán)氧樹脂固化物的交聯(lián)網(wǎng)絡結構的一部分?；钚韵♂寗┌雌涿總€分子所含反應性基團的多少，可以分為單官能團活性稀釋劑、雙官能團活性稀釋劑和多官能團活性稀釋劑，如單官能團的苯乙烯(St)、乙烯基吡咯烷酮(NVP)、醋酸乙烯酯(VA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸異辛酯(EHA)、(甲基)丙烯酸羥基酯(HEA、HEMA、HPA)等；雙官能團的1，6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、新戊二醇二丙烯酸酯(NPGDA)等；多官能團的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)等。按官能團的種類，則可分為(甲基)丙烯酸酯類、乙烯基類、乙烯基醚類、環(huán)氧類等。按固化機理也可分為自由基型和陽離子型兩類。從結構看，自由基型的活性稀釋劑都是具有C=C不飽和雙鍵的單體，如丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基、乙烯基、烯丙基，光固化活性依次為：丙烯酰氧基>甲基丙烯酰氧基>乙烯基>烯丙基。1.3材料的選用及特性光引發(fā)劑和光敏劑光引發(fā)劑和光敏劑都是在聚合過程中起促進引發(fā)聚合的作用，但兩者又有明顯區(qū)別，光引發(fā)劑在反應過程中起引發(fā)劑的作用，本身參與反應，反應過程中有消耗；而光敏劑則是起能量轉移作用，相當于催化劑的作用，反應過程中無消耗。光引發(fā)劑是通過吸收光能后形成一些活性物質如自由基或陽離子從而引發(fā)反應，主要的光引發(fā)劑包括安息香及其衍生物、苯乙酮衍生物、三芳基硫鈴鹽類等。光敏劑的作用機理主要包括能量轉換、奪氫和生成電荷轉移復合物三種，主要的光敏劑包括二苯甲酮、米氏酮、硫雜蒽酮、聯(lián)苯酰等。謝謝2.2LCD光固增材制造設備演講人012LCD光固增材制造設備2.1LCD光固化技術增材制造工藝的優(yōu)缺點每一種打印技術都不能保證可以完全符合每一個用戶的需求，只有了解了不同打印技術的特征和優(yōu)缺點，才能找到最適合的生產(chǎn)工藝。LCD光固化技術優(yōu)點主要集中在：打印精度高，模型的層高精度很容易就可以達到50微米，相比于第一代SLA技術的設備要好很多，通過軟件的進一步優(yōu)化，與目前的桌面級DLP技術設備在最終產(chǎn)品的效果上可以說是不相上下。性價比高，與SLA和DLP相比整體造價低，因為這種技術沒有過多昂貴的電子件，比如SLA的激光頭等元器件，如圖2-4所示。2.1LCD光固化技術增材制造工藝的優(yōu)缺點圖2-4SLA和DLP技術設備的結構簡單，因為沒有振鏡和投影模塊，結構整體很簡單，在拆裝耗材和維修配件時更容易。耗材更容易獲取，成熟的DLP技術的耗材和SLA技術的耗材略微調整下配方就能直接用在LCD設備上，不用單獨重新研發(fā)耗材。因為是面光源的成形方式，打印速度更快，同一平臺的多個零件的打印時間以最高的那一個零件為準。相對于SLA、FDM技術來說，打印同樣多且數(shù)量相同的零部件，LCD技術打印速度會更快。2.1LCD光固化技術增材制造工藝的優(yōu)缺點LCD光固化技術最大的問題主要集中在LCD屏，一方面，所使用的LCD屏需要對405納米紫外光有很好的選擇透過性，同時還需要經(jīng)得住幾十瓦LED燈珠的烘烤，如果散熱性能和耐溫性能都不達標的話，會極大的縮短LCD屏的使用壽命。也是因為這個問題，3D打印設備的廠家都是將LCD屏作為一種耗材來定義的，并不是將它看做一個普通的硬件。當然，這個問題也在隨著技術的革新不斷發(fā)生著變化，與前幾年LCD技術3D打印機相比，現(xiàn)在的屏幕耐用程度已經(jīng)要翻了很多倍了。2.2LCD光固化技術設備的結構與調試LCD光固化技術設備的結構LCD光固化設備，整體的結構就像如圖2-5所示，平臺是在最上方，光源在最下方。從這張圖我們可以看到，紫外光線穿過菲涅耳透鏡、LCD屏、離型膜，照射到料槽最底部的光敏樹脂上，光敏樹脂遇紫外光固化，在打印平臺上形成實體，也就是我們的模型。圖2-5LCD光固化設備結構2.2LCD光固化技術設備的結構與調試LCD光固化技術設備的結構由于點狀光源的衰減原因，越靠近燈光中心的位置，模型固化效率就越高、呈現(xiàn)效果越好，越靠近邊緣處，固化效率越低，甚至無法完成固化。為了解決這一問題，就需要用到菲涅爾透鏡。菲涅爾透鏡是由法國物理學家奧古斯汀.菲涅爾（Augustin.Fresnel)發(fā)明的，透鏡連續(xù)表面部分“坍陷”到一個平面上。從剖面看，其表面由一系列鋸齒型凹槽組成，中心部分是橢圓型弧線。每個凹槽都與相鄰凹槽之間角度不同，但都將光線集中一處，形成中心焦點，也就是透鏡的焦點。每個凹槽都可以看做一個獨立的小透鏡，把光線調整成平行光或聚光。這種透鏡還能夠消除部分球形像差，如圖2-6所示。2.2LCD光固化技術設備的結構與調試LCD光固化技術設備的結構圖2-6普通透鏡和菲涅爾透鏡通過菲涅爾透鏡將底部發(fā)散的紫外光轉換為平行光，只有這種平行的光線向上繼續(xù)投射到料槽的底部樹脂上時，才能保證所打印的模型在整個料槽范圍內都是平均成形的，不會在打印時出現(xiàn)中間實四周虛的情況。另外一種LCD光固化設備的解決辦法，就是將發(fā)射的紫外光變成由LED燈珠組成的面光源，這種光源可以保證燈光的平行，向上投射時，光不會出現(xiàn)點光源那種光線發(fā)散問題，如圖2-7所示。2.2LCD光固化技術設備的結構與調試LCD光固化技術設備的結構圖2-7LED燈珠組成的面光源如圖2-8所示，再往上是LCD屏，LCD即LiquidCrystalDisplay的首字母縮寫，意為“液態(tài)晶體顯示器”，即液晶顯示器。這個屏會顯示模型的每一層形成相應的切片結果，影像有透光和不透光區(qū)域，在紫外光源的照射下，透光區(qū)域會將樹脂固化；不透光區(qū)域遮擋了紫外光線，被遮擋部分的樹脂就仍然保持液態(tài)。經(jīng)過固化的樹脂就是我們3D打印產(chǎn)品的一部分。2.2LCD光固化技術設備的結構與調試LCD光固化技術設備的結構圖2-8LCD屏在剛開始沒打印時，已經(jīng)復位的平臺和離型膜是貼合在一起的，設備開始運行后，打印平臺向上抬升一層的厚度。這時，樹脂填充在平臺與離型膜之間，紫外光就會固化這部分樹脂，這一層被固化完成后，平臺向上抬升，將粘在離型膜上的這部分樹脂拉扯下來，抬升一層的高度，繼續(xù)完成下一層的固化，通過一次次的抬升、拉扯，整個模型就被打印完成。2.2LCD光固化技術設備的結構與調試LCD光固化技術設備的結構在這個過程中，有兩個關鍵部分值得注意，一個是離型膜必須達到一定的透明度，這樣才能保證紫外光可以透過。平臺和離型膜二者之間被固化的模型，需要平臺向上拉扯才能將它從離型膜上拉扯掉，在這個動作中，還需要離型膜有較好的質量，能承受成千上萬次拉扯才行。通過這些組件的協(xié)同配合，LCD光固化設備就完成了模型的打印：發(fā)散的紫外光通過菲鏡變?yōu)槠叫泄饩€，平行光線穿過LCD屏對光敏樹脂進行固化，屏幕依據(jù)模型形狀，對每一層進行了透光與不透光的區(qū)分，逐層固化疊加，最后形成了我們想要的模型。2.2LCD光固化技術設備的結構與調試LCD光固化技術設備的調試-平臺調平只有經(jīng)過調試的設備，才能保證后續(xù)打印任務的順利進行。第一步：擰下固定料槽的料槽鎖定螺絲，如圖2-9所示。圖2-9擰螺絲第二步：將料槽取下，放置一張A4紙，如圖2-10所示。2.2LCD光固化技術設備的結構與調試LCD光固化技術設備的調試-平臺調平圖2-10放置A4紙第三步：擰松四個平臺調整螺絲，如圖2-11所示。2.2LCD光固化技術設備的結構與調試LCD光固化技術設備的調試-平臺調平圖2-11擰松螺絲第四步：擰松位于頂部的平臺固定螺栓，如圖2-12所示。2.2LCD光固化技術設備的結構與調試LCD光固化技術設備的調試-平臺調平logo圖2-12擰松平臺固定螺栓第五步：點擊操作屏幕上手動模塊中的復位按鈕，平臺開始下降，如圖2-13所示。2.2LCD光固化技術設備的結構與調試LCD光固化技術設備的調試-平臺調平圖2-13復位按鈕第六步：保證平臺已經(jīng)回到復位點并壓住紙張，如圖2-14所示。2.2LCD光固化技術設備的結構與調試LCD光固化技術設備的調試-平臺調平圖2-14壓住紙第七步：擰緊位于頂部的平臺固定螺栓，如圖2-15所示。2.2LCD光固化技術設備的結構與調試LCD光固化技術設備的調試-平臺調平圖2-15擰緊平臺固定螺栓第八步：使用六角扳手擰緊兩側四個平臺調整螺絲，如圖2-16所示。2.2LCD光固化技術設備的結構與調試LCD光固化技術設備的調試-平臺調平圖2-16擰緊平臺調整螺絲第九步：點擊操作屏幕上手動模塊中的向上按鈕，將打印平臺抬升至一定高度，并取出A4紙，如圖2-17所示。2.2LCD光固化技術設備的結構與調試LCD光固化技術設備的調試-平臺調平圖2-17取出A4紙第十步：安裝料槽，并擰緊兩側的料槽固定螺絲，如圖2-18所示。2.2LCD光固化技術設備的結構與調試LCD光固化技術設備的調試-平臺調平圖2-18安裝料槽2.2LCD光固化技術設備的結構與調試LCD光固化技術設備的調試-填充樹脂第一步：點擊操作屏幕上手動模塊中的復位按鈕，將平臺復位至初始位置，如圖2-19所示。圖2-19復位按鈕第二步：將光敏樹脂沿料槽一角緩慢倒入料槽中，倒入過程中可以稍作停頓，等待流平后繼續(xù)傾倒，如圖2-20所示。2.2LCD光固化技術設備的結構與調試LCD光固化技術設備的調試-填充樹脂圖2-20倒入光敏樹脂第三步：在料槽的內部有參考的刻度線，在加注樹脂時注意不要超過該刻度，以免在打印時導致樹脂溢出，造成設備損壞，如圖2-21所示。2.2LCD光固化技術設備的結構與調試LCD光固化技術設備的調試-填充樹脂圖2-21最大刻度〖小結〗市面上采用了5.5寸2K屏幕的LCD技術3D打印機已經(jīng)普遍存在且技術成熟，LCD與SLA和DLP相比整體造價低，因為這種技術沒有過多昂貴的電子件，比如SLA的激光頭等元器件。LCD光固化技術最大的問題主要集中在LCD屏。LCD光固化設備，平臺是在最上方，光源在最下方。紫外光線穿過菲涅耳透鏡、LCD屏、離型膜，照射到料槽最底部的光敏樹脂上，光敏樹脂遇紫外光固化，在打印平臺上形成實體，也就是我們的模型?！颊n后練習與思考〗1.相對于其他的光固化技術，LCD技術的優(yōu)勢是什么？2.LCD技術的3D打印機主要由哪些部件構成？3.根據(jù)學到的內容，對LCD光固化設備進行平臺調平。2.3LCD光固化技術設備的基本操作認識操作界面如圖2-22所示，“首頁”界面分為工具、系統(tǒng)和打印三個模塊。圖2-22首頁界面如圖2-23所示，工具模塊由六個小部分組成，分別是：手動、曝光測試、設Z為零、緊急停止、料盤清理、返回。2.3LCD光固化技術設備的基本操作認識操作界面曝光測試：取下料槽后，點擊曝光測試，可以使曝光屏全屏發(fā)光，用來檢測屏幕及屏幕相關的硬件故障。設Z為零：將打印平臺上下移動至任意位置，點擊設Z為零按鈕，可以將該位置的坐標設置為0，之后點擊復位都將以該位置為初始位置。設備重啟后此項設置自動取消。緊急停止：打印過程中如遇突發(fā)情況，點擊該按鈕，可以強行中斷設備的運行。料盤清理：長時間打印后，料槽中有可能會有殘余的料渣，可以使用“料盤清理”功能，將料槽底部的殘渣固化后取出。返回：點擊后返回至“首頁”界面。2.3LCD光固化技術設備的基本操作認識操作界面圖2-23工具模塊手動部分的主要功能：如圖2-24所示，控制打印平臺上下移動；打印平臺復位；移動單位設置；打印平臺移動過程中的停止。2.3LCD光固化技術設備的基本操作認識操作界面圖2-24手動主要功能如圖2-25所示，“系統(tǒng)”界面也是由六個小部分組成，分別是：系統(tǒng)信息、網(wǎng)絡、售后服務、語言、觸摸校正、返回。系統(tǒng)信息：會顯示當前版本的操作系統(tǒng)信息。網(wǎng)絡：填寫IP地址、密碼等信息后，可以對設備進行聯(lián)網(wǎng)，通過電腦進行簡單遠程控制、2.3LCD光固化技術設備的基本操作認識操作界面?zhèn)鬏斘募Ｊ酆蠓眨狐c開后會顯示售后服務信息。圖2-25“系統(tǒng)”界面語言：點擊后進行中英文界面的切換，如圖2-26所示。2.3LCD光固化技術設備的基本操作認識操作界面圖2-26語言切換觸摸校正：如圖2-27所示，點擊屏幕操作時，響應位置不正確或者無法響應，可以使用該功能對觸摸屏進行校正。屏幕上會顯示紅色十字，點擊不同位置的十字，可以對觸摸屏進行校正。2.3LCD光固化技術設備的基本操作認識操作界面圖2-27觸摸校正如圖2-28所示，“打印”界面中可以顯示U盤內切片導出“ctb”格式的文件，選擇對應文件后可以開始打印。2.3LCD光固化技術設備的基本操作認識操作界面圖2-28U盤文件2.3LCD光固化技術設備的基本操作打印第一步：將U盤插入打印機。第二步：在打印機操作屏幕上找到“打印”界面，選擇需要打印的模型文件，如圖2-29所示。圖2-29選擇打印模型文件第三步：確認模型縮略圖后，點擊開始打印，如圖2-30所示。2.3LCD光固化技術設備的基本操作打印圖2-30點擊開始打印謝謝2.3LCD光固化切片軟件及模型后處理演講人013LCD光固化切片軟件及模型后處理3.1LCD光固化切片軟件的認識認識界面如圖2-31所示，切片軟件界面主要分為菜單欄、工作區(qū)、左側工具欄、視角立方、切片設置、支撐界面切換、文件列表這七個部分。工作區(qū)是我們操作模型的主要區(qū)域，將模型導入切片軟件后，模型就會在工作區(qū)內呈現(xiàn)，工作區(qū)同時還表示了打印范圍，這個范圍可以在切片設置中根據(jù)設備的打印平臺大小進行調整。支撐界面切換主要是把當前界面和支撐添加界面進行切換。導入模型文件后，會在文件列表內顯示文件信息。點擊右下角的切片按鈕，會對導入的模型進行切片，拖動右側的預覽滑塊，可以通過觀察不同層的切片結果，來判斷這個切片能否正常進行打印。3.1LCD光固化切片軟件的認識認識界面圖2-31切片軟件界面如圖2-32所示，菜單欄包括打開文件、保存項目、屏幕截圖和記錄、撤銷、重做、復制、自動布局、鏤空、挖洞和修復這十個部分。3.1LCD光固化切片軟件的認識認識界面圖2-32菜單欄如圖2-33所示，左側工具欄包括了移動、旋轉、縮放、鏡像四個部分。3.1LCD光固化切片軟件的認識認識界面圖2-33左側工具欄3.1LCD光固化切片軟件的認識切片軟件設置第一步：如圖2-34所示，將設備與軟件參數(shù)匹配，點開位于右側的切片設置。圖2-34切片設置第二步：如圖2-35所示，在切片設置中導入U盤中的配置文件。3.1LCD光固化切片軟件的認識切片軟件設置圖2-35導入U盤中的配置文件第三步：下拉找到配置文件即可，如圖2-36所示。3.1LCD光固化切片軟件的認識切片軟件設置圖2-36配置文件第四步：點擊左上角打開文件，在彈出的對話框中選擇STL格式的模型，點擊打開，如圖2-37所示。3.1LCD光固化切片軟件的認識切片軟件設置圖2-37選擇STL格式的模型第五步：如圖2-38所示，導入成功后，旋轉視角至模型底部，檢查底部是否與打印平臺有接觸，以及側面的傾斜角度是否需要添加支撐。檢查確認無誤后，點擊界面右側的切片按鈕。3.1LCD光固化切片軟件的認識切片軟件設置圖2-38旋轉視角第六步：切片完成，會在右側顯示切片結果，滑動滑竿可以觀察每層切片的圖形，進一步檢查切片文件，如圖2-39所示。3.1LCD光固化切片軟件的認識切片軟件設置圖2-39檢查切片文件第七步：確認無誤后，點擊右側保存按鈕導出后綴為“.ctb”的文件，如圖2-40所示。3.1LCD光固化切片軟件的認識切片軟件設置圖2-40保存文件第八步：文件導出成功，復制到U盤中即可，如圖2-41所示。3.1LCD光固化切片軟件的認識切片軟件設置圖2-41保存后的文件3.2模型支撐的添加如圖2-42所示，對于需要添加支撐的模型，可以在軟件的右側切換為支撐添加界面。圖2-42添加支撐如圖2-43所示，支撐添加界面中可以分別設置頂部、中部、底部不同部分的支撐參數(shù)，也可以點擊下方的“+所有”按鈕，自動添加各個部分的支撐。3.2模型支撐的添加圖2-43支撐添加界面如圖2-44所示，如果認為自動添加的支撐存在問題的話，也可以切換為手動添加，對已經(jīng)生成部分支撐的模型進行補充添加。3.2模型支撐的添加logo圖2-44手動添加支撐添加完支撐后切換為切片界面，進行切片導出即可，如圖2-45所示。3.2模型支撐的添加圖2-45導出3.2模型支撐的添加〖小結〗LCD光固化技術的設備操作界面中，“打印”界面中可以顯示U盤內切片導出“ctb”格式的文件，選擇對應文件后可以開始打印。切片軟件界面主要分為菜單欄、工作區(qū)、左側工具欄、視角立方、切片設置、支撐界面切換、文件列表這七個部分。模型文件切片完成，會在右側顯示切片結果，滑動滑竿可以觀察每層切片的圖形，進一步檢查切片文件?！颊n后練習與思考〗1.LCD光固化設備操作屏幕中急停按鈕的作用是？2.操作LCD光固化設備的打印步驟是什么？3.在切片軟件中，支撐界面切換的主要作用是？3.3認識LCD光固化技術增材制造模型后處理工具超聲波清洗機21使用光敏樹脂材料打印的工件，表面往往粘附大量的液態(tài)樹脂，如果直接晾干或者是二次固化，很容易導致表面的細節(jié)結構被殘余的樹脂覆蓋住，影響我們最終的模型效果或裝配結果。如果打印的工件尺寸較大，無法放置在超聲波清洗機中，也可以使用傳統(tǒng)的軟毛刷配合針管的方式對工件進行清洗。如圖2-46所示，這個時候就可以使用超聲波清洗機，利用超聲波把表面粘附的多余樹脂清洗掉。超聲波清洗機中一般會放置酒精，對于水洗樹脂也可以放清水和一點洗潔精。33.3認識LCD光固化技術增材制造模型后處理工具超聲波清洗機圖2-46超聲波清洗機3.3認識LCD光固化技術增材制造模型后處理工具UV固化箱用超聲波清洗機洗完工件后，等待表面的酒精或清水徹底晾干。這時如果用手去觸摸模型，會發(fā)現(xiàn)其表面還處于未完全固化的狀態(tài)，這時，可以將模型放置在陽光下，利用自然界中的紫外光對其表面進行二次固化。當然，如果沒有那么多的時間等待其自然固化，就可以使用UV固化箱，通過人工的方式，對工件的表面進行二次固化，保證零部件的強度和表面效果，如圖2-47所示。圖2-47UV固化箱3.3認識LCD光固化技術增材制造模型后處理工具其他工具除了上面兩種光固化3D打印機專用的工具外，還有一些通用的小工具，如圖2-48所示。比如砂紙、銼刀、打磨筆、偏口鉗等，對于需要后期上色的模型，除了可以使用之前講過的手涂、自噴漆之外，還可以使用噴筆進行上色。圖2-48其他工具3.3認識LCD光固化技術增材制造模型后處理工具其他工具噴筆是使用壓縮空氣將模型漆噴出的一種工具。利用噴筆上色可節(jié)省大量時間，涂料也能均勻的涂在模型表面上，還能噴出漂亮的迷彩及舊化效果。適用于小型和精細的模型上色，例如手辦、創(chuàng)客模型等。噴筆在使用時有很多需要提前注意的地方，噴筆溶劑揮發(fā)性強，液滴微粒在空氣中長期懸浮，對人體的呼吸道、眼部黏膜及皮膚刺激損傷較大，操作時要佩戴防毒面具和乳膠手套；噴筆要在通風環(huán)境中使用，調漆的瓶罐需在通風、無陽光照射處保存；噴筆所接氣泵，不使用時及時停機；使用噴筆時不要穿易產(chǎn)生靜電的衣物，防止引發(fā)爆炸。3.4LCD光固化技術增材制造模型后處理裝配3D打印生產(chǎn)、制作出的產(chǎn)品，從類型上來看主要分為兩種，一種是獨立個體的單個產(chǎn)品，這種類型的產(chǎn)品無需組裝裝配，制作完成后就可以單獨使用。另一種產(chǎn)品則是由若干個零件和部件組成的。按照規(guī)定的技術要求，將若干個零件接合成部件或將若干個零件和部件接合成產(chǎn)品，組裝的過程就稱為裝配。這些零件和部件統(tǒng)稱為組裝件或裝配件。3D打印制作的裝配件，如果有規(guī)定的技術要求，按照技術要求進行建模、打印即可。如果沒有技術要求，我們就要在建模的階段考慮最終產(chǎn)品的裝配、粘接方式。一般會根據(jù)產(chǎn)品的最終使用的性能要求、產(chǎn)品結構、外觀效果等因素，選擇合適的裝配、粘接方式。3.4LCD光固化技術增材制造模型后處理平面粘接如圖2-49所示，最基本的裝配、粘接方式就是平面粘結，在產(chǎn)品需要拆分成零件的位置直接切開。切開的截面是平面，無其他的輔助裝配結構，不需要考慮后續(xù)的裝配方法、裝配公差等問題，直接使用強力膠進行粘接。圖2-49平面粘接3.4LCD光固化技術增材制造模型后處理平面粘接這種粘接方法的優(yōu)點是操作簡單，完成產(chǎn)品的建模后，直接進行拆分即可。粘接方法也無任何特殊要求，將兩個形狀相同、位置合理的裝配件直接進行粘接即可。過于簡單的拆分導致了這一方式存在著很多的問題：第一，拆分方式過于簡單粗暴，在粘接時對兩個粘接面的位置匹配度有很高的要求，一旦粘接位置沒有對齊，就會導致裝配位置錯位，相互粘接的這兩個配件就需要重新打印裝配；第二，對粘接所使用的膠有很高的要求，因為產(chǎn)品配件之間沒有其他的固定方式，完全依靠膠的粘接，由于膠的老化，長時間使用后，產(chǎn)品配件粘接處容易出現(xiàn)開裂的情況；第三，粘接的接觸面小，產(chǎn)品的粘接面積只局限于切割開的兩個平面大小，當粘接所使用的膠徹底凝固后，較小的粘接面會導致產(chǎn)品在碰撞時粘接面極易出現(xiàn)斷裂的情況。3.4LCD光固化技術增材制造模型后處理拼插結構粘接如圖2-50所示，拼插結構的粘接方式是在平面粘接的基礎上改進而來的，有著更好的粘接效果，更高的強度，在對兩個裝配件進行連接時也更容易操作，是現(xiàn)在市面上使用頻率最高的一種裝配方式。圖2-50拼插結構粘接3.4LCD光固化技術增材制造模型后處理拼插結構粘接拼插結構粘接主要有兩種方式，不論哪種方式都需要在我們前期建模過程中做好準備工作。第一種是以我們前面提到的平面粘接的模型為基礎，在模型切開的平面處增加一個凸出的方形或者圓柱形的結構，相對的在另外一個接觸面開槽，保證兩者形狀一致，大小不同。在這里，開出的槽和凸出的結構之間要留好足夠的公差，以免在后期裝配、粘接時無法完成裝配。公差是軸或孔尺寸的可能范圍，裝配公差又名配合公差，是軸和孔配合之后間隙的可能范圍，是指組成配合的孔、軸公差之和，它是允許間隙或過盈的變動量?？缀洼S配合公差的大小表示孔和軸的配合精度。這個值根據(jù)加工產(chǎn)品的設備不同也有著不同的要求，傳統(tǒng)的機加工精度較高，裝配公差值較小。3D打印的產(chǎn)品裝配精度相對一般，裝配公差的數(shù)值較大，一般裝配公差范圍是在±0.1~±0.6之間，具體公差的選擇還要根據(jù)不同的設備、調試程度的不同以及模型的結構來進行選擇。3.4LCD光固化技術增材制造模型后處理拼插結構粘接圖2-51兩個凹槽的拼插結構粘接如圖2-51所示，第二種方式是直接在模型切開的平面增加兩個凹槽，額外準備強度較大的木質或者金屬等材質的輔助粘接填充物。這種方式需要我們根據(jù)輔助粘接填充物的尺寸反向去推算凹槽的尺寸。絕大多數(shù)的填充物都是可以購買到的標準件，我們可以根據(jù)標準件的尺寸加上公差，計算出凹槽的尺寸。至于選擇哪種類型的填充物，就要根據(jù)對產(chǎn)品強度的實際需求來決定了。3.4LCD光固化技術增材制造模型后處理拼插結構粘接拼插結構粘接的主要優(yōu)點是：第一，粘接面面積更大，相對來說強度更大，特別是增加輔助粘接填充物的粘接方式，配合使用高強度膠的粘接，連接處的整體強度都會很大；第二，相對于平面粘接，兩個裝配件的裝配位置更容易對齊。其主要問題存在于：第一，第一種拼插結構的粘接從強度上來看，雖然比平面粘接強度要大，但是在長時間使用后粘膠老化，就完全要依靠凸出的圓柱或者方柱來進行強度支撐，凸出的柱狀結構斷裂后，產(chǎn)品的兩個裝配部分也會隨之斷裂開；第二，第二種拼插結構粘結的強度幾乎完全取決于中間的輔助粘接填充物，填充物的強度大，產(chǎn)品裝配連接部分的強度也會隨之增大。這就導致該方式對輔助粘接填充物有很高的要求。3.4LCD光固化技術增材制造模型后處理球頭粘接如圖2-52所示，球頭粘接主要是針對有特定角度需求或者是圓柱形結構的裝配件。圓柱形結構的兩個裝配件，裝配二者之間不存在明顯的特征差別，如果對于裝配時的角度沒有要求，使用球頭粘接的方式就會更加方便。相對于平面粘接，球頭粘接有效增大了裝配平面的接觸面積，同時避免了拼插結構粘接長時間使用后因受力問題導致的方柱、圓柱底端出現(xiàn)斷裂的情況。3.4LCD光固化技術增材制造模型后處理球頭粘接圖2-52球頭粘接球頭粘接的制作方式比較簡單，在完成平面粘接的切割后，在一個切割面上做一個半球形狀的凸起結構，該結構的尺寸加上公差的數(shù)值就是另一個切割面上所需要制作凹槽的尺寸，根據(jù)這個尺寸我們制作出該凹槽，將這兩個裝配件進行組裝后，使用強力膠水進行固定、粘接。3.4LCD光固化技術增材制造模型后處理榫卯結構裝配榫卯是古代中國建筑、家具及其它器械的主要結構方式，是在兩個構件上采用凹凸部位相結合的一種連接方式。凸出部分叫榫；凹進部分叫卯。其特點是在物件上不使用釘子，利用卯榫加固物件，體現(xiàn)出中國古老的文化和智慧。3D打印的榫卯結構裝配就是從古代的榫卯結構上改變得來的。圖2-53榫卯結構裝配3.4LCD光固化技術增材制造模型后處理榫卯結構裝配如圖2-53所示，榫卯結構裝配的制作方法是：首先選擇一款適合產(chǎn)品裝配結構的榫卯，設計建模、打印出連接裝配件的楔釘，在完成平面粘接的切割后，在兩者的中間位置，開一個楔釘形狀的凹槽，將裝配件打印完成后，使用木錘、橡膠錘將楔釘釘入凹槽內。這里要注意的是，榫卯結構裝配的前提是配件之間的緊配合，只有較小的公差才能保證楔釘?shù)耐昝狼度?，過松或者過緊都無法保證榫卯結構的穩(wěn)定。在選擇榫卯結構時要根據(jù)我們的裝配件模型結構具體分析。榫卯結構的種類有很多，一類主要是作面與面的接合，也可以是兩條邊的拼合，還可以是面與邊的交接構合。如槽口榫、企口榫、燕尾榫、穿帶榫、扎榫等。另一類是作為“點”的結構方法。主要用于作橫豎材丁字結合，成角結合，交叉結合，以及直材和弧形材的伸延接合。如格肩榫、雙榫、雙夾榫、勾掛榫、鍥釘榫、半榫、通榫等等。還有一類是將三個構件組合一起并相互連結的構造方法，這種方法除運用以上的一些榫卯聯(lián)合結構外，都是一些更為復雜和特殊的做法。如常見的有托角榫、長短榫、抱肩榫、粽角榫等。3.4LCD光固化技術增材制造模型后處理榫卯結構裝配在右側編輯區(qū)輸入內容第一，不需要額外使用膠進行固定粘接；貳榫卯結構裝配的問題體現(xiàn)在：第三，楔釘和裝配件都是由3D打印的同一材質制作，裝配時又是緊配合，整體的強度大、穩(wěn)定性強。肆在右側編輯區(qū)輸入內容第二，使用榫卯結構裝配時，需要精確計算楔釘和裝配件之間的公差，不然很難達到完美裝陸在右側編輯區(qū)輸入內容榫卯結構裝配的優(yōu)點是：壹在右側編輯區(qū)輸入內容第二，不會因為膠的老化導致兩個裝配件之間松動；叁在右側編輯區(qū)輸入內容第一，榫卯結構裝配建模較為復雜，對于建模的技術、經(jīng)驗有較高的要求；伍3.4LCD光固化技術增材制造模型后處理榫卯結構裝配配的效果。不論是平面粘接，還是拼插結構粘接、球頭粘接、榫卯結構裝配，都各自存在不同的優(yōu)缺點，我們在使用時，需要根據(jù)產(chǎn)品的結構、性能、特性等因素綜合去分析，經(jīng)過測試驗證后，方可確定適合的裝配、粘接方式。謝謝2.4立體光固化成形（SLA）增材制造技術演講人014立體光固化成形（SLA）增材制造技術4.1立體光固化成形（SLA）增材制造技術的基本概念立體光固化成形工藝（StereolithographyApparatus，SLA），又稱立體光刻成形,屬成形技術中的一種，是最早發(fā)展起來且技術最成熟的快速成形技術之一。該工藝使用的耗材是光敏樹脂，將特定波長與強度的紫外光聚焦到光敏樹脂的液面，在樹脂液面上從點到線，從線到面的逐步開始固化，每打印完一面，打印平臺會下降一個面的高度，開始下一層的打印工作，這樣通過平臺逐漸的降低，三維的物體就逐漸被打印出來。光固化打印的效果，除了受打印機的影響，還受光敏樹脂材料性能的影響，用于光固化打印的材料必須具有合適的黏度，固化后還需要具備一定的強度，并且在固化時和固化后產(chǎn)生的收縮變形率要盡可能的低。最后，為了高速、精細的完成打印工作，所使用的材料也必須對紫外光的反應較為敏感，需要在較低的紫外光強度照射下完全固化。4.1立體光固化成形（SLA）增材制造技術的基本概念圖2-54SLA成形原理SLA技術的原理如圖2-54所示，在計算機軟件中將三維模型劃分為一層一層的截面數(shù)據(jù)，導入到3D打印機之后，液槽中會先盛滿液態(tài)的光敏樹脂，氦—鎘激光器或氬離子激光器發(fā)射出的紫外激光束在計算機的操縱下按工件的分層截面數(shù)據(jù)在液態(tài)的光敏樹脂表面進行逐行逐點掃描，這使掃描區(qū)域的樹脂薄層產(chǎn)生聚合反應，最終固化形成工件的一個薄層。4.1立體光固化成形（SLA）增材制造技術的基本概念當完成了這一層的固化操作后，打印平臺沿著Z軸下降一個層的厚度，由于液體的流動特性，打印材料會在原先固化好的樹脂表面自動再形成一層新的液態(tài)樹脂，照射的紫外激光繼續(xù)進行下一層的固化操作，新固化的部分牢固的黏合在上一層固化好的部件上，循環(huán)往復的進行照射下沉的操作，直到整個部件被打印完成。在打印完成后，將打印件從樹脂中取出，并把多余的樹脂清理干凈，將多余的支撐結構清除掉，在紫外光環(huán)境下進行二次固化，最后通過電鍍、噴漆或者著色等其他處理得到最終的產(chǎn)品。值得注意的是，因為一些光敏樹脂材料的粘性非常高，使得在每層照射固化之后，液面都很難在短時間內迅速的流平，這樣會對打印模型的精度造成影響。因此，大部分SLA設備都配有刮刀部件，每次下降后，都通過刮刀進行刮平操作，可以將樹脂十分均勻的涂抹在下一層疊層上，這樣經(jīng)過光照固化后，最終打印產(chǎn)品的表面才能更加光滑平整。4.2發(fā)展歷史及現(xiàn)狀光固化成形技術最早由美國的CharlesChuckHull在1983年發(fā)明了這種新技術。這是人類歷史上第一次制作出快速成形設備，并非像以往一樣只存在于科幻電影或者書籍中。ChuckHull也是第一個找到將計算機輔助設計與快速成形系統(tǒng)建立聯(lián)系方法的人，在他的努力下，計算機輔助設計軟件制作出的三維模型在計算機中模擬拆分成幾十甚至上百個薄片，每個片層通過3D打印機重新在現(xiàn)實中進行構建。經(jīng)過發(fā)展，該技術專利于1984年8月被提出申請，并于1986年獲得美國專利和商標局批準，成為快速成形領域的第一項專利。隨著學院和企業(yè)對3D打印技術的不斷推進，現(xiàn)在的SLA技術3D打印機更加的成熟、穩(wěn)定。越來越多行業(yè)意識到3D打印產(chǎn)業(yè)的豐厚利潤和市場前景，逐步的也加入到3D打印產(chǎn)業(yè)的隊伍中，使得市場發(fā)展更加迅速。在這近40年間，許多新型的3D打印技術被創(chuàng)造出來，既有從未出現(xiàn)過的全新技術，也有在傳統(tǒng)SLA基礎上升級革新出的技術。同時，3D打印所使用的耗材也在快速的發(fā)展，種類更加豐富、性能更加優(yōu)良。4.2發(fā)展歷史及現(xiàn)狀多年來，隨著技術的發(fā)展，3D打印制造出的原型和零件已經(jīng)可以用于各種環(huán)境中，日益發(fā)展的3D打印產(chǎn)業(yè)也已經(jīng)融入現(xiàn)有的工業(yè)體系中。隨著技術的進步和使用范圍的擴展，相信3D打印技術將繼續(xù)深入到工業(yè)生產(chǎn)和我們的生活中。4.3材料的選用及特性如圖2-55所示，SLA技術所使用的耗材是光敏樹脂。光敏樹脂俗稱紫外線固化無影膠，或者又稱之為UV樹脂，主要是由聚合物單體與預聚體組成，其中還加有光引發(fā)劑。在一定波長的紫外光照射下，會立刻引起聚合反應，完成固化反應。圖2-55SLA技術4.3材料的選用及特性傳統(tǒng)意義上，光敏樹脂一般是作為液態(tài)來進行保存的，常用于制作高強度、耐高溫、防水的材料，隨著SLA技術3D打印的發(fā)展，該材料開始應用于3D打印領域。由于通過紫外線照射便可固化，可以通過激光器成形，也可以通過投影直接以層為單位成形，因此，采用光敏樹脂作為原材料的3D打印機，普遍具備成形速度快，打印時間短的優(yōu)點。但光敏樹脂對打印的工藝過程要求較高，進行3D打印時，需要確保每一層鋪設的樹脂厚度完全一致。當聚合照射的深度小于層厚時，層與層之間將黏合不緊，甚至會發(fā)生分層脫落的情況；但如果聚合照射的深度大于層厚，將引起過度固化，從而產(chǎn)生較大的殘余應力引起翹曲變形，影響最終打印成形的精度。在掃描照射面積相等的情況下，待固化層越厚則需固化的體積越大，聚合反應產(chǎn)生的層間應力就越大，使得照射后的層厚難以控制。因而為了減小層間應力的影響，需盡可能的減小單層固化的厚度，以減小單次固化的體積，不過即使控制的非常精確，經(jīng)過照射固化后的光敏樹脂，還是難完全固化，往往需要對表面進行二次固化的加固處理。4.3材料的選用及特性并且由于材料本身的特性，固化的樹脂硬度普遍偏低、整體質感較脆、容易斷裂，性能往往不及常用的工業(yè)塑料。另外，日常保存環(huán)境也有更加嚴苛的要求，需要避光保護，才能防止遇到環(huán)境中的紫外光提前發(fā)生聚合反應。并且液態(tài)樹脂有異味和毒性，在打印時最好能在隔離、獨立的環(huán)境下進行，打印完成的物品也基本只能是本色材質，選擇比較單一。不過，隨著近幾年技術的發(fā)展和材料科學的進步，傳統(tǒng)光固化3D打印使用的樹脂材料也發(fā)生了變革，通過新材料研發(fā)的突破，市面上已經(jīng)出現(xiàn)了具備高性能的光敏樹脂，例如彈性樹脂、高強度樹脂、ABS樹脂、透明樹脂等等。4.4立體光固化成形（SLA）增材制造工藝的優(yōu)缺點在右側編輯區(qū)輸入內容2、立體光固化成形（SLA）增材制造工藝的缺點：1、立體光固化成形（SLA）增材制造工藝的優(yōu)點：（1）SLA技術出現(xiàn)的時間早，經(jīng)過多年發(fā)展，技術成熟度高。（2）系統(tǒng)工作穩(wěn)定，系統(tǒng)一旦開始工作，構建零件的全過程完全自動運行，無需專人看管，直到整個工藝過程結束。（3）打印速度快，光固化的過程短，無需額外的削切。（4）尺寸精度較高，可確保工件的尺寸精度在0.1mm以內。（5）表面質量較好，工件的最上層表面很光滑，側面可能有臺階不平及不同層面間的曲面不平。（6）系統(tǒng)分辨率較高，因此能構建復雜結構的工件。4.4立體光固化成形（SLA）增材制造工藝的優(yōu)缺點（1）SLA技術的設備普遍造價高昂，氦—鎘激光管的壽命僅3000小時，使用成本和維護成本很高。（2）隨著時間推移，樹脂會吸收空氣中的水分，導致軟薄部分的彎曲和卷翅。（3）可選擇的材料種類有限，必須是光敏樹脂。由這類樹脂制成的工件在大多數(shù)情況下都不能進行耐久性和熱性能試驗，且光敏樹脂對環(huán)境有污染，使皮膚過敏。（5）需要設計工件的支撐結構，以便確保在成形過程中制作的每一個結構部位都能可靠定位。（6）因樹脂本身具有微毒性，對使用環(huán)境有要求。4.5SLA后處理工藝流程及規(guī)范模型拆取、清洗從打印機托盤上用鏟刀將模型和支撐整體取出，放入托盤容器。因為大部分SLA技術3D打印機打印完成的模型都是完全浸泡在液態(tài)樹脂原材料中的，所以當打印模型從打印機取出來時，模型被未固化的樹脂完全覆蓋，必須將其沖洗干凈，才可以進行后面的后處理步驟。清洗過程可以使用超聲波清洗機，這是一種簡單高效的方法。在超聲波清洗機中加入異丙醇，確保完全覆蓋模型即可。啟動清洗機，經(jīng)過幾分鐘的超聲波清洗就能將模型表面的樹脂完全去除干凈，將取出的模