光固化快速成形中柱形支撑生成算法的研究

提出了光固化快速成形中一种新的工艺支撑形式——柱形支撑及其自动生成算法．其算法思想为：在零件的包容立方体内确定支撑生成点的布点规则以后,对于零件的每个三角面片,求出与其相关布点射线的交点,再由这些交点在三维空间内直接生成柱形支撑的中心线段,而后生成STL格式的柱形支撑实体．该算法生成柱形支撑的速度快,可实现实时模拟,快速观察生成效果,已成功应用于光固化快速成形系统中．     

高分辨率快速成型系统的光固化实验研究

研究了高分辨率激光快速成型系统中制作参数对固化线宽及固化深度的影响.制作出了固化线宽为12 33μm、固化深度为28 33μm的固化线,表明该系统具有制作细微结构特征的能力.实验结果表明,固化线宽、固化深度随激光功率与扫描速度比值的增大而增大,和普通快速成型系统相比,在相同扫描条件下,该高分辨率快速成型系统制作的固化线线宽更小且固化深度更大.在不同制作条件下,利用最小二乘法得出了固化线宽、固化深度关于激光功率与扫描速度比值的预测模型,利用该模型来预测固化线宽和固化深度,为准确实现线宽补偿及分层厚度的合理设定提供了依据.     

用光斑补偿法改进光固化成形件精度的研究

研究和分析了光固化成形件台阶效应产生的原因以及对制件尺寸精度的影响,提出了根据表面几何特征进行相应的光斑补偿的方法．利用该方法成形的原型件会留有合理的打磨余量,从而可以在去除台阶效应的同时,保证制件的最终尺寸精度。     

光固化成型中的变形分析

利用应变计电阻电测技术,通过实验对激光快速成型过程中工件的变形问题进行了动态分析,地对加工参数（如扫描速度、扫描间距、扫描方式）影响工件变形程度的问题,对这种变形的差异进行了对比和分析,并由此得出扫描速度、扫描间距、扫描方式影响工件变形的规律,提出了加工过程中的优化参数。     

光固化快速成型中零件变形机理的研究

以光固化快速成形过程 的零件变形为研究对象,详细分析了收缩力产生的根源及其作用原理,根据树脂固化时必然产生的收缩及层累加的特点,提出了收缩力、面分布载菏的概念;根据零件在成型过程中结构变化的特点,提出了时变刚度的概念,基于此,建立了零件成型过程中的力学模型,揭示了成型过程中零件变形的本质问题,通过实验研究了零件的变形问题,实验结果证明了理论分析的正确性,由此提出了改进扫描工艺的分区域扫描策略,显著地减小了成型过程中零件的变形,提高了成型零件的精度。     

低体积收缩率光固化树脂的研究

针对目前所使用的自由基型紫外光固化树脂体系的体积收缩率较大的问题 ,采用一种新型的大相对分子质量齐聚物与环氧丙烯酸酯齐聚物混合 ,通过优化配方 ,得到体积收缩率分别为5 4 %和 5 7%的两种高性能光固化树脂 ,在 30℃时它们的粘度分别为 360mPa·s和 5 2 0mPa·s ,而且均具有较高的固化速度和拉伸强度 .     

紫外光快速成型中树脂固化过程的研究

为了确定快速成型中树脂固化线条的理论模型，对扫描动作和固化过程进行了详细分析．由于明确了实际扫描动作是由匀速运动和非匀速运动所组成的，因此实际扫描的固化线条是非均匀一致的．根据树脂曝光理论，建立了固化线条的横向和纵向截面形状的数学模型．揭示出整个固化线条呈哑铃形，其横截面轮廓呈抛物线形．在x轴上的位移等于光斑直径时，树脂微元的曝光时间最长，固化深度最深．采用实际的固化线条对数学模型进行了对比验证，其结果表明固化线条基本与理论模型一致，这对于改善成型质量具有理论指导意义。     

彩色光固化成型试验

在已有的激光快速成型实验装置的基础上,基于时间/压力流体点胶技术原理,设计并建立了彩色光固化成型实验装置,并利用该实验装置通过正交试验研究了点胶机压力、针头内径和注射器运动速度等工艺参数对着色过程中液体流量和液滴截面尺寸的影响规律,进而进行工艺参数优化,实现彩色光固化成型样件的加工。该研究为实现标准化的彩色光固化成型加工提供了工艺方面的参考。     

双投影光固化成型方法研究

针对现有投影光固化成型系统的数字成像芯片尺寸有限、不能兼顾尺寸和精度的问题,研制了基于数字微反射镜成像的双投影光固化成型设备,通过两路不同成像倍率的光路拼接成型,提高了零件成型尺寸和精度。首先,提出了基于数字微反射镜的双投影光固化成型方案,研发了光学系统和机械结构。其次,进行了该系统4倍成像光路的光照强度均匀化测试、畸变校正测试、脱模方法测试和两个光路的单列条纹固化测试。最后,对双投影光固成型方法进行了实验验证,结果表明,该系统两个光路的单列像素固化特征平均宽度为55μm和8μm,并且采用双投影光固化成型方法可以同时满足成型尺寸和精度需求,还可进一步实现宏微结构一体化制造,用于微结构制造和生物制造的研究。     

光固化快速成型过程中零件变形的数值模拟

在对光固化快速成型过程中零件层间相互作用的力学行为进行分析后,提出了以固态降温收缩来模拟液－固收缩伯思想,据此建立的逐层累加的等效力学模型用作有限元分析,可借助ANSYS软件进行加工零件的应力、变形分析和预测,试验结果表明：以该力学模型计算出的结果与试验结果一致,可以很好地模拟光固化快速成型零件的翘曲变形,并由此改进零件的制作方案,如生长方向的选定,支撑的添加等。     

面曝光快速成形系统升降工作台运动精度研究

介绍了面曝光快速成形实验系统的基本原理,构建了由运动控制卡、驱动器、精密滚珠丝杠、直线导轨等组成的升降工作台,并对其运动精度进行了测试和评定.工作台向下进给时,定位精度为10.9μm,单向重复定位精度为10.8μm;工作台向上进给时,定位精度和单向重复定位精度都为7.6μm.测试结果表明,该系统能够满足制作小尺寸零件的精度要求.     

面曝光快速成形系统的光学成像系统设计

为了得到曝光量均匀的工作面,满足面曝光快速成形技术的需要,提出1种对投影仪成像光路的改造方法.选择反远距光路,2次成像的光学成像系统设计方案,使用非定制镜片,设计用于面曝光快速成形系统的光学成像系统,该系统由2个组元和1个光阑构成.使用ZEMAX软件对像差进行分析,系统最大慧差值为0.08mm,最大像面畸变为1.1%,像面中心分辨率达0.05mm.该成像光学系统的设计,为低成本面曝光快速成形系统的构建提供了基础.     

快速成型中零件水平下表面支撑设计规则的研究

利用可仿真成型过程中层间力学行为的有限元计算模型，对零件分层后截面形状与收缩变形趋势间的关系及支撑间距与层片最大变形量间的关系进行了研究．研究表明，零件层片边界为翘曲变形的最大处，支撑间距与层片最大变形量间近似呈线性关系，因此零件水平下表面应沿边界设计成墙式支撑，边界区域内应设计成十字交叉支撑．针对XJ-01树脂，当支撑间距设计为10mm时，光固化快速成型制作可以满足成型精度的要求．     

光固化快速成型中零件制作方向的多目标优化问题研究

阐述了快速成型中与制作方向相关的质量与经济性问题,对制作方向的优化目标进行了定义,并依据该目标建立了制作方向多目标优化模型,针对悬臂变形,台阶效应,过固化及制作时间,分别构造了子目标函数,利用评价函数法,把制作方向优化的多个目标函数化为一个数值目标的评价函数,并给出了优化模型的约束函数,最后,以该优化模型作为计算的理论依据,进行了应用实例的方向优化,计算结果表明：该模型准确地表达了快速成型中的制作方向优化问题,理论正确,方法可行。     

快速成型中的支撑结构设计策略研究

从光固化法快速成型制造中支撑结构的作用及设计时应考虑的因素出发，以快速成型的成型精度为设计目标，以实验优化经验为修正，进行了支撑规则研究。面向ＳＴＬ模型，进行了待支撑区域的分类及分类技术研究；针对不同待支撑区域，提出了十字支撑类、带垂直板的单墙支撑类、斜板支撑类、轮廓支撑类、自由单墙支撑类等结构设计策略。研究结果有助于智能地完成支撑结构设计，可有效地保证快速成形的质量。     

快速原型制造系统中切片数据拟合算法的研究

针对快速原型制造系统中广泛采用的立体光造型 (STL)标准本身的近似性给切片后所带来的固有误差 ,通过分析、比较常用的几种离散点序列拟合方法 ,结合快速成型系统的特殊性 ,提出了一种切实可行的拟合方案及其实现原理 ,并已成功地应用于系统中