康小青　段玉崗

摘 要：對光敏樹脂3D打印填充角度開展了工藝研究，并進行了光鏡和表面粗糙度試驗，獲得了填充角度對側表面質量的影響規(guī)律。實驗結果表明：單輪廓填充角度對側表面質量影響表現(xiàn)為隨著填充角度的增大，表面粗糙度值越小，側表面質量越好；三輪廓填充角度對側表面質量影響很小，表面粗糙度值相差很小。

關鍵詞：3D打??；填充角度；側表面質量

中圖分類號：U463.46 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）04-0028-03

1 引言

3D打印技術又稱增材制造技術[1-3]，它實際上是快速成型領域里面的一種新興技術，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術[4]。就其打印設備來說分成熔融沉積式（FDM）、分層實體制造（LOM）、立體光固化成型法（SLA）、電子束自由成形制造（EBF）、直接金屬激光燒結（DMLS）、電子束熔化成型（EBM）、選擇性激光熔化成型（SLM）、選擇性熱燒結（SHS）和選擇性激光燒結（SLS）等[5]。立體光固化成型是最早、最廣泛用于工業(yè)上的3D打印技術，其具有成型速度快、精度高等優(yōu)點。目前，立體光固化成型主要集中在掃描速度、激光功率、掃描間距，分層厚度等工藝研究，而填充角度對樣件側表面質量的影響的工藝研究較少。因此，本文著重研究了填充角度對成型件側表面質量的影響，為進一步制作好的成型件提供了工藝參考。

2 實驗部分

2.1 實驗原料

光敏樹脂，陜西恒通智能機器有限公司自制。

2.2 主要設備及儀器

激光快速成型設備，SPS600陜西恒通智能機器有限公司；光學顯微鏡，上海萬衡精密光學儀器廠；北京凱達科儀科技有限公司NDT150便攜式表面粗糙度儀。

2.3 樣品制備

用激光快速成型機將光敏樹脂制成長×寬×高×厚為50mm×50mm×300mm×1mm中空的長條體，此樣品作為光鏡和表面粗糙度測試件。其中，工藝參數(shù)為：激光功率350mw，掃描速度7500mm/s，分層厚度為0.1mm。

2.4 快速原型件側表面質量測試

使用光鏡對制件側表面質量進行測試，并使用表面粗糙度儀對制件表面的粗糙度進行測量。

3 結果與討論

3.1 光敏樹脂性能測試

利用已經(jīng)過設備標定和光斑標定后的SPS600設備，激光功率為400mw，掃描間距0.1mm，樹脂工作溫度32℃，掃描間距從1000～5000mm/s，平面掃描制作一層厚的20mm×20mm的正方形薄片，酒精清洗后，用游標卡尺測量薄片厚度。所測得的數(shù)據(jù)見表1所示，光敏樹脂曝光能量自然對數(shù)與固化深度的關系曲線圖1所示。

根據(jù)最小二乘法擬合求出所用光敏樹脂的特性參數(shù)[6-7]，臨界曝光量和透射深度分別為Ec=16.1mJ·cm-2，Dp=0.116mm。了解樹脂的特性后，可以得到此光敏樹脂最佳的掃描速度、掃描間距以及激光功率等工藝匹配，從而獲得好的側表面質量制件。

3.2 單重輪廓填充角度對側表面質量的影響

由于樣件制作時分層厚度為0.1mm，根據(jù)3D打印原理，都存在臺階效應，側表面應是以0.1mm為單元的層層累加，肉眼看到的紋路也應該是比較均勻的0.1mm分層[8]。當改變填充角度從圖2-6所示可以看出，填充角度對側面的質量影響表現(xiàn)為以180°為一個周期產(chǎn)生明顯條紋間距，如90°、60°、45°、30°、15°分別為約0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.6mm、1.2mm。圖7所示填充角度為15°時的斷面圖，可以看出肉眼看到的紋路大概為1.2mm，即證明了上述填充角度對側面紋路影響的規(guī)律。

3.3 三重輪廓填充角度對側表面質量的影響

由圖8-12所示可以看出，當輪廓增加到三條時，填充角度對側面條紋不再產(chǎn)生影響，具有很明顯的0.1mm分層，并且側表面質量很好。這是由于當輪廓數(shù)增加到三條時，輪廓固化區(qū)域已經(jīng)將填充固化區(qū)域超出部分全部覆蓋，填充固化區(qū)域對側表面產(chǎn)生不了影響，表現(xiàn)為側表面質量變好。

3.4 表面粗糙度表征側表面質量

由表2可以看出當填充角度越小時，表面粗糙度越大，側表面質量越差，這是由于當角度越小時，填充固化范圍超出輪廓固化范圍越多，對側表面質量影響越大。

由表3可以看出，當輪廓為三條時，填充角度對表面粗糙度的影響很小。這是因為輪廓增多后，填充固化區(qū)域已全部被輪廓固化區(qū)域包圍，提高了側表面質量。

3.5 制作零件

在SPS600激光快速成型機上按照激光功率350mw，掃描速度7500mm/s，分層厚度為0.1mm，填充角度為90°打印三陽開泰模型，見圖13所示。

圖13所示的制件，側表面比較光滑，并且曲面部分臺階效應也不明顯，說明目前所用的工藝參數(shù)，尤其是填充角度90°驗證了側表面良好的質量。

4 結語

（1）單輪廓填充角度對側表面質量影響表現(xiàn)為，以180°為一個周期產(chǎn)生明顯條紋間距，如90°、60°、45°、30°、15°分別為約0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.6mm、1.2mm，隨著角度的增大，側面表面粗糙度值越小，側表面質量越好。（2）三輪廓填充角度對側表面質量影響很小，表面粗糙度值相差也很小?？紤]到實際制件中三輪廓會影響效率，因此如果只要精度不要效率可以用三輪廓，任意的填充角度，但是如果追求高效應選取單輪廓90°的填充角度。

參考文獻

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