通過上述表格可以計算出不同種類樹脂的固化線寬Lw和固化深度Cd,因為這2個參數直接關系到光固化后模型的表面細節、韌性、成型精度等方面。樹脂固化說明如圖1所示。

其計算公式分別為:

式(1)(2)中:Ec、Dp分別為樹脂的臨界曝光量(lx/s)和透射深度(mm),是光敏樹脂的固有參數;ωo為光斑的半徑,mm;P為功率,W;Vs為掃描速度,m/s。通過這2個參數可以驗證一個普遍的觀點:在3D打印中都希望降低固化的線寬Lw,為了滿足此條件在3D打印機制造企業工程師不斷地改變式中的參數,比如不斷地縮小光斑的半徑以降低線寬。在固化深度方面,由于光線透過復合樹脂時強度逐漸減弱,故深層樹脂往往聚合不完全,當通過一定深度后,單體的聚合程度極小,樹脂的強度非常低,這一臨界深度成為“固化深度”。所以在表1中發現市面上很多材料的固化深度幾乎都是一樣的。
4、模型缺陷
3D打印過程本質上來說是采用離散和疊加的思想[5]。離散過程即是將三維模型切片,將得到的層片信息進行數據處理,其中不僅包含結合3D打印機設置加工參數,也包含對切片得到的層片輪廓內部進行掃描填充即路徑規劃等,從而得到數據文件[6]。而疊加過程就是將打印數據文件發送到打印機,打印機接收到指令后,開始逐層累積打印,最終就可得到實體模型[7]。一般來說,三維模型成型的質量取決于所選工藝的成型精度和3D打印的工藝的選擇[8]。總體上,影響快速成型精度的因素分為3類,即計算機切片處理誤差、打印過程誤差和后處理誤差[9]。以上3種誤差中,在各類3D打印工藝前處理過程中共同會存在的問題就是計算機的軟件切片產生的誤差,同時產生的誤差機理也是相同的。在日常打印中經常會發現一個問題,即模型放入打印機軟件中會產生破面。然而很多人覺得自己的模型完全看不到破面,那這又是為何呢?在建立三維模型時,由于采用的是不同的軟件,不同的軟件默認保存的格式不盡相同,但是最終都是需要轉化為STL格式才能進行3D打印。在實際教學中發現,不同的專業使用不同的建模軟件,有些軟件無法轉化為STL格式或者有些模型在轉化后模型產生的誤差較大。當保存STL文件后,設計的所有表面和曲線都會被轉換成網格,網格一般由一系列的三角形組成,代表著設計原型中的精確幾何含義。很多三角形的面可以表現流暢的曲線,這就需要導出高分辨率的STL文件,所以需要將STL文件保存為合適的分辨率。一般弦高要達到0.05mm以下,角度值控制在0.1°以下,控制界面如圖2所示。

然而當不斷地控制三角面片各項尺寸時,隨之而來的就是在格式轉換過程中可能有些三角面片會變得很小,以至于機器無法察覺。STL文件必須是全封閉的,正如上面所說的原因,即使設計的物體已經創建完成后,很有可能仍存在一些沒有留意到的小孔。此時要導出STL文件格式時,軟件則會自動報錯。這些錯誤并非發生在瀏覽階段,而是存在于該模型的對象中。目前很多切片軟件會自動幫助修復STL文件錯誤。
綜上所述,為了消除以上所涉及到的問題,需要在建立模型時仔細留意是否存在破面或結合處產生誤差,同時在模型格式轉換中需要注意在曲面中的弦高與角度控制值。
光固化打印技術是目前各種打印技術中,在綜合模型質量、單價、效率等方面綜合考慮后最適合大規模推廣的。本文在綜合考慮市面上多種光敏樹脂后從材料本身的特性出發,選擇了一種性價比較高的SH8800材料。通過這種材料打印出的模型能夠滿足日常教學科研的需要。同時在實際科研中通過不斷嘗試,找到了比較合適的弦高與角度控制參數,解決了模型轉換過程可能出現的問題,進而可以極大地提高打印零部件的效率。
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作者簡介:吳開明(1991—),男,江蘇鹽城人,碩士研究生,助理實驗師,主要從事3D打印與流體機械方面的工作。