1、The Hubei Polytechnic University All rights reserved,1,第十二章 快速成形的精度、效率与标准,影响快速成形精度的因素 成形误差的主要表现形式和衡量方法 成形精度的定义 快速成形件的表面粗糙度比较 快速成形的标准 LOM成形中粘胶厚度场对精度的影响和改进措施 SLA成形的精度,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,2,一、影响快速成型精度的因素,（一）CAD模型的前处理造成的误差 STL格式化是用许多小三角面去逼近模型 的表面，由于下列原因它会导致误差： 1.从本质上看，用有
2、限的小三角面的组合来逼近CAD模型表面，是原始模型的一阶近似，不可能完全表达原始设计的意图，离真正的表面有一定的距离(图1)，而且在边界上爷凸凹现象(图2)。,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,3,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,4,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,5,2.由于每一个三角面是单独记录的，并且三角面之间共享的坐标数据多次重复，因此STL格式化后的文件的数据冗余量相
3、当大，致使STL格式化文件的规模比原始CAD模型文件的规模大许多倍。所需计算机的存储量大，会加大后续数据处理的运算，因此，难于选取更小，更多的三角形面。 3.进行STL格式转化时有时会产生一些局部缺陷，例如在表面曲率变化较大的分界处，可能出现锯齿状小凹坑。,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,6,4.受原材料层厚的制约，以及为达到较高的生产率，切片间距不可能太小(常取0.1mm左右)，因而会在模型表面造成台阶还可能遗失两相邻切片层之间的小特征结构(如窄槽、小筋片、小突起等)，从而造成误差。,The Hubei Polytec
4、hnic University All rights reserved,7,（二）成形机的误差,成形机的x、y和z方向的运动定位误差、以 及z方向工作台的平直度、水平度和垂直度 等，都会直接影响成形件的形状和尺寸精 度。,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,8,（三）成形过程中的误差,成形过程中，有以下多种原因导致误差： (1)原材料状态的变化 (2)不一致的约束导致内应力，产生变形 (3)叠层高度的累积误差 (4)成形功率控制不恰当 (5)工艺参数不稳定,The Hubei Polytechnic University A
5、ll rights reserved,9,（四）成形之后环境变化引起的误差,从成形机上取下已成形的工件后，由于温度、湿度等环境状况的变化，工件可能继续变形并导致误差。成形过程中残留在工件内的残余应力，也可能由于时效的作用而部分消失并导致误差。,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,10,（五）工件后处理不当造成的误差,通常，成形后的工件需进行剥离、打磨、抛光和表面喷涂(镀)等后处理。如果处理不当，对工件的形状、尺寸控制不严，也可能导致误差。,The Hubei Polytechnic University All rights
6、 reserved,11,二、成形误差的主要表现形式和衡量方法,快速成形件的误差可归纳为以下三种主要表现形式： （一）尺寸误差 （二）形状误差 快速成形时可能出现的形状误差主要有： 翘曲、扭曲、椭圆度、局部缺陷和遗失特 征等。,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,12,（三）表面误差 快速成形件的表面误差有台阶、波浪和粗糙度。,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,13,三、成形精度的定义,在许多快速成形机制造厂商提供的样本中，所能见到的精度数据常常如下所述
7、：“精度”或“工件精度”为土025mm。由于造成快速成形误差的因素较复杂，检测的条件对误差值有很大的影响，根据上述单一、含糊的精度数据难于确切判断精度的真正水平，必须对快速成形精度指标进行全面、完善的定义。,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,14,（一）成形机的精度,1)用伺服电机经精密滚珠丝杠驱动，并用精密直线滚珠导轨导向。这种驱动方式能保证成形头的定位精度在土10um以内。2)用齿形皮带或钢丝绳驱动。这种驱动方式比较简单，但是定位精度不够高。3)用转镜控制扫描。当成形源为激光时，可用改变转镜(又称振镜)的反射角来控制成
8、形头的扫描。,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,15,（二）首次成形工件的及时检测精度,此项精度是指刚从成形机上取下的第一次成形的新工件的精度。它取决于： 1)成形机的精度。 2)前处理(CAD模型的STL格式化和切片)的精度。 3)成形过程中材料状态变化引起的收缩、翘曲变形。,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,16,（三）多次补偿成形工件的及时检测精度,此项精度是指测量多次成形工件的误差，作据此进行补偿(修改模型的尺寸和成形过程工艺参数的取值)之后，
9、所得到的成形件的及时检测精度。采用多次补偿成形能使快速成形达到很高的工件精度，但是，为此必须试成形多次，以及反复进行测量和修正，从而增加工时和成本。,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,17,（四）工件存放后的延迟检测精度,此项精度是指成形工件经过若干时间的存放后的测量精度。由于存放期间的环境影响(如温度、湿度)，以及成形过程中残留在工件内的应力、应变状况的变化，成形后工件会继续发生变形，导致精度下降。因此，工件成形后应尽快进行必要的后处理，以便保持其精度基本不变。,The Hubei Polytechnic Univers
10、ity All rights reserved,18,（五）工件分别沿三个坐标轴方向的检测 精度,由于在x、y、Z三个坐标轴方向上，成形机的控制精度可能有所差异，并且，其它一些影响因素也可能不尽相同，因此，工件沿三个坐标轴方向的精度值不会完全样，特别是Z方向的精度最不易保证，应该分别沿三个坐标轴方向来检测工件的精度。,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,19,(六）最大成形工件的绝对精度,成形工件的尺寸大小不同，所达到的绝对精度也不相同。显然，尺寸愈大绝对误差愈大。为表征成形机的最高能力，应针对其最大成形件来测量工件的绝对精
11、度。,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,20,精度检测流程,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,21,四、快速成形件的表面粗糙度 比较,为了对不同的快速成形机制作的工件的表面粗糙度进行比较英国Nottingham大学设计了一个标准测试件。测试结果表明： 倾斜度较大的表面具有较小的表面粗腿度。 SLA制件具有较小的表面粗糙度，FDM制件具有较大的表面粗糙度。,The Hubei Polytechnic University All rights reser
12、ved,22,五、快速成形的标准,在制造业中，标准通常分为两种：一种是正式标准，一种是非正式标准。到目前为止。在快速成形行业中，仅有如下非正式标准： 1) STL数据格式标准 2)一些快速成形标准测试件标准 3)有关快速成形的各种材料的规范标准,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,23,六、LOM成形中粘胶厚度对 精度的影响和,（一）影响LOM快速成形效率的主要因素 1成形时间 送料时间 热粘合时间 轮廓线切割时间 网格线切割时间 边框的切割时间 2. 废料的剥离时间,The Hubei Polytechnic Univer
13、sity All rights reserved,24,二、提高效率的主要措施,1. 提高快速成形机的运行速度 减少X-Y工作台的运动质量，降低其运动惯性 改善控制软件，实现最优控制 2. 层间变网格切割 3. 层内变网格切割 4. 网格的变功率切割,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,25,七、 SLA成形的精度,（一）SLA成形件的变形 1. 波浪状翘曲,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,26,2. 体积收缩 3. 悬臂扭曲 4. 半成品的蠕变SLA
14、工件成形后应尽快进行后固化，然而有些工件由于形状复杂，在后固化之前需花费许多时间进行清洗和去除支撑结构，也可能由于其它原因，使其在一段时间内维持半成品状态，不能及时进行后固化。 5. 不平整,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,27,（二）SLA成形件的精度,对于SLA成形件而言，其X-Y平面上的尺寸精度主要取决于树脂材料的收缩和激光扫描系统的定位精度，Z方向的尺寸精 度主要取决于截面层的构成方式和固化深度的控制。 北美SL用户协会1990年制订了一个标准测试件。,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,28,The Hubei Polytechnic University All rights reserved,29,此标准测试件有如下特点,1) 在X和y方向有足够大的尺寸，以便表达SLA型快速成形机在工作台边缘和中心位置的精度，2) 有大、中、小的尺寸，3) 有内、外尺寸，以便衡量线宽补偿的功能，4) 在Z方向尺寸较小，以便缩短成形时间，5) 质量小，以便减少材料的消耗，6) 能方便用坐标测量机进行测量，7) 有长而薄的壁、圆孔和方孔、薄而平的部分， 以及厚的截面。,
