激光烧结快速成型件的精度分析.pdf

—wo—rks产品刨薪数字化论文集 激光烧结快速成型件的精度分析 赵桂范，林乐川，杨娜 哈尔滨工业大学(威海)汽车工程学院 【摘要1本文针对激光烧结快速成型件的工艺过程对快速成型件的精度影响因素，从理论和试验两 个方面进行了深刻的研究。在误差分析的基础上提出了相应的改进措施，并将改进措施应用于试验 中，得到了精度较高的制件，为提高激光快速成型件的制造精度提供了有力的理论与试验参考依据。 【关键字】激光烧结，快速成型，精度分析 ．^．‘--Jl一 一、日IJ昌 快速成型技术是20世纪80年代后期发展起来的一项高新技术…。它不仅在制造原 理上与传统方法全然不同，更重要的是在目前制造策略以市场响应速度为第一的方针状 况下，可以缩短市场开发周期，降低开发成本，提高企业的竞争力。 快速成型技术具有以下优点： (1)技术集成度高，整个牛产过程数字化；(2)制 造成本与产品的复杂程度无关； (3)产品的单价儿乎与批量无关；(4)绿色的加工技 术。以累加思想实现零件制作的快速成犁技术是制造技术领域的一项重大突破，其理论、 工艺的完善以及精度的提高等，对快速成型技术的普及和应用有着极其重要的影响。 成型加工过程中，必须保证一定的制作精度和表面质量，影响制件精度的因素是多 方面的。。。对成型加工精度的影响因素及改进措施的研究，对快速成型技术的发展和普 及应用具有重耍的意义”“1。本文试验所采用的快速成型设备是AFS快速成型机。 二、数据处理误差 2．1格式转换误差 CAD模型的STL格式转换即是用三角形面片逼近实际模型表面，转换为所谓的事实 上的标准文件格式。STL文件的精度等级不同，所产生的转换误差也不同。STL文件的精 度是指用STL格式拟合最大允许误差。实际上，如果原几何模型完全由直边组成，则STL 格式拟合绝对准确，没有任何误差：否则，存在拟合误差。例如同一个圆分别使用4个 及6个三角形的STL格式表示，如图l所示。 e鳇咖制造与T艺数字化篇 ⑧诌 图1不同精廑曲STL丈件格式表示 由此可见，精度要求越赢，三角形面片的数日越多，它所表示的模型与实际模型就 越逼近，但与此同时，STL文件数据量也将剧增，加大了后续数摒处理的运算量。另外， 三角形面片也会随精度提高而变小，在模型的细节部位会出现大量极为细小的三角形面 片，增大数据处理的难度。而且在数据处理过程中常常产生致命的错误。因此，较好的 方法是根据工艺条件和锚件的精度要求选择适当的STL格式精度。 2，2分层切片误差 将CAD模型进行STL转换詹，接着便要对其进行分屡处理。分层是用一簇平行平面 沿某一设定方向与STL模氆求截交线得到轮廓信息。以半释为R的球体为倒．如图2a 所示，从中截出特定的一段，设其STL格式为图2b所示，这时其顶商和底面是距球心高 度分别为舡、A2的两个圆．设其半径分别‘、r2。 瞎2分屡切片示意田 如巢分层平面位于顶面或底商之间，设其距球心高度为h，所在平面实际轮廓圆的 半径为_r，此时分层所得到的多边形将不是半径为r的圆的内接多边形，而是半径为，’ 的圆的内接多边形。r及，’的大小分别表示为： ． ， …，-：蛀型堕尘+‘ (啊一h2) r=(R2一h2)1，2，。 ～1，显然：，-’r。 6缈产品铆耨数字仡j：2文集 了减少或消除数据处理产生的误差，开发能直接从CAD模型获取成型机能 患的软磐造在剧瘟。 三、设备误差 3。1托板Z方向运动误差 托扳Z方向运动误差直接影响堆积过摆中层厚精度，晟终导致Z方向产生尺寸误 差，丽托扳在垂矗瓣内的运动直线度误差，宏观上产生捌件的形状、位置漠燕，微蕊上 导致粗糙度值增大。因此，托板Z方向系统要选用精密导轨、滚珠丝杠、伺服撩制系统 来提高Z方向的运