光固化成形中的翘曲变形的动态分析.pdfVIP

胂技术与快速模具制造 光固化成形中的翘曲变形的动态分析+ 吴懋亮 诸文俊 李涤尘 (西安交通大学) j胄要激光快速成形过程中工件翘曲变形是影响加工精度的主要因素之一，本文设计了一种测定翘曲变形 的实验方案，并初步分析了翘曲变形的产生机理以厦各种加工因素对翘曲变形的彰响． 关t词 快速成形机理线性收缩体积收缩翘曲变形 激光快速成形技术是一种先进的加工技术．它采用材料累加成形原理，通过激光束在液 态树脂表面进行有序地扫描，从而实现工件(或工件原型)的逐层累加成形。快速成形技术 出现以来．已经取得了飞速的发展，在发展过程中，一些问题也逐渐显露出来，需要进一步 的探索和研究．其中工件在加工中的翘曲变形就是其中问题之一【|I。 为解决激光快速加工过程中的翘曲变形问题，对翘曲变形的定量分析是进行变形机理研 究并最终解决这～问题的关键。为此需要对树脂扫描加工过程进行动态地数据采集，从而获 得加工过程中工件的实时变形信息，通过这些信息可以了解(1)在一层的扫描加工过程中 工件的收缩变形及产生翘曲变形的规律； (2)同一工件在加工过程中，不同层之间翘曲变 形的差异； (3)不同激光扫描参数及加工条件对工件翘曲变形的影响。通过对以上问题的 研究，就可以了解翘曲变形的机理，并由此获得解决翘曲变形的方法。 2．翘曲变形及其原因 激光快速成形的基本原理是一定波长的紫外光照射液态的光敏树脂，液态光敏树脂吸收 光子并引发聚合反应，使高分子单体聚合成大分子化合物脚，随着分子距离的缩短，分子间剪 切强度增强，液态树脂转变为固体形态。在激光快速成形加工过程中，通过工件分层得到的 每一薄层的数据信息控制激光束在液态树脂表面有序扫描，这样每次扫描就可以固化一个薄 层，通过固化的树脂薄层的逐层堆积，从而实现工件的加工。 由于在激光快速成形过程中，光敏树脂发生从液态到固态转化的聚合反应，这一反应过 程必然导致树脂的线性收缩和体积收缩。工件在逐层堆积的加工过程中，首先是将下层的树 脂固化，然后在已固化薄层上进行下一层的扫描。这种加工方式中先扫描的一层树脂首先固 化完全，在以后的加工中将不产生或很少产生体积收缩和线性收缩，而正在扫描的树脂层的 体积收缩和线性收缩相对来讲则要大得多，这种相邻层之间的收缩程度的差异是导致层间应 力产生的主要原因，层间应力的存在在宏观上导致丁工件的翘曲变形。层间应力的大小与多 种因素有关，它不仅取决于伊使用的光敏树脂材料本身的特性(材料组份、光敏性、聚合反 应速率等)，而且与激光光强分布、扫描参数(如扫描速度、扫描方式、扫描间距等)有关。 同时工件的几何形状不同，层间收缩应力引起的翘曲变形的程度也不同。 ·国家自然科学基金资助项目 北固化成形中的翘曲变形的动态分析 3．测试翘曲变形的实验设计 为了得到加工过程中翘曲变形的实验数据，采用图1所示的实验装置及实验步骤口，41 二 ： 静 - 妒。 田1数据采集实验步骤及装置 工件翘曲变形的数据是由电阻电测实验来间接获得的，电阻应变测量技术是用电阻应变 片测定构件的表面应变的一种分析方法，当被测定的构件变形时，固定在构件表面的电阻应 变片可以将构件的长度的变化通过模拟电信号的形式表现出来，这些电信号经过动悉应变仪 和A，D转换板的放大和转换作用，以数字量的形式保存下来．借助计算机的进一步处理就可 以实现对翘曲的定量分析，从而得到翘曲变形的变化规律。 实验中试件采用不同的几何形状．所得到的翘曲变形的 程度也不同，在本实验中采用类似单悬臂粱的几何形状的试 件，如图2所示。这是由于悬臂形式的构件结构简单，易于 发生翘曲变形，而且容易测试其变形量。实验中悬臂部分的 下表面紧贴着液态树脂，处于无约束自由状态，在上表面产 囤2实验试件示重图 生收缩力作用下，工件自由她进行翘曲变形。应变计贴在工件 的下表面，从而使得应变计与工件同步变形。在实验过程中，以应变计为加工试