[轉(zhuǎn)載]激光燒結(jié)快速成型件的精度分析 [復(fù)制鏈接]

    一、前言 =J^FV_1rJ  
    快速成型技術(shù)是20世紀(jì)80年代后期發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)[1]。它不僅在制造原理上與傳統(tǒng)方法全然不同，更重要的是在目前制造策略以市場(chǎng)響應(yīng)速度為第一的方針狀況下，可以縮短市場(chǎng)開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。 CG[04y  
    快速成型技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）技術(shù)集成度高，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字化；（2）制造成本與產(chǎn)品的復(fù)雜程度無(wú)關(guān)；（3）產(chǎn)品的單價(jià)幾乎與批量無(wú)關(guān)；（4）綠色的加工技術(shù)。以累加思想實(shí)現(xiàn)零件制作的快速成型技術(shù)是制造技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破，其理論、工藝的完善以及精度的提高等，對(duì)快速成型技術(shù)的普及和應(yīng)用有著極其重要的影響。 I'%ASZ  
    成型加工過(guò)程中，必須保證一定的制作精度和表面質(zhì)量，影響制件精度的因素是多方面的[2]。對(duì)成型加工精度的影響因素及改進(jìn)措施的研究，對(duì)快速成型技術(shù)的發(fā)展和普及應(yīng)用具有重要的意義[3,4]。本文試驗(yàn)所采用的快速成型設(shè)備是AFS快速成型機(jī)。 *[b2
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    二、數(shù)據(jù)處理誤差 |M(0CYO  
    2.1格式轉(zhuǎn)換誤差 zfm#yDf  
    CAD模型的STL格式轉(zhuǎn)換即是用三角形面片逼近實(shí)際模型表面，轉(zhuǎn)換為所謂的事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)文件格式。STL文件的精度等級(jí)不同，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換誤差也不同。STL文件的精度是指用STL格式擬合最大允許誤差。實(shí)際上，如果原幾何模型完全由直邊組成，則STL格式擬合絕對(duì)準(zhǔn)確，沒(méi)有任何誤差；否則，存在擬合誤差。例如同一個(gè)圓分別使用4個(gè)及6個(gè)三角形的STL格式表示，如圖1所示。 x^/453Lk  
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    由此可見(jiàn)，精度要求越高，三角形面片的數(shù)目越多，它所表示的模型與實(shí)際模型就越逼近，但與此同時(shí)，STL文件數(shù)據(jù)量也將劇增，加大了后續(xù)數(shù)據(jù)處理的運(yùn)算量。另外，三角形面片也會(huì)隨精度提高而變小，在模型的細(xì)節(jié)部位會(huì)出現(xiàn)大量極為細(xì)小的三角形面片，增大數(shù)據(jù)處理的難度。而且在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中常常產(chǎn)生致命的錯(cuò)誤。因此，較好的方法是根據(jù)工藝條件和制件的精度要求選擇適當(dāng)?shù)腟TL格式精度。 3}2a3)  
    2.1 分層切片誤差 KU (g Zy  
    將CAD模型進(jìn)行STL轉(zhuǎn)換后，接著便要對(duì)其進(jìn)行分層處理。分層是用一簇平行平面沿某一設(shè)定方向與STL模型求截交線得到輪廓信息。以半徑為 的球體為例，如圖2a所示，從中截出特定的一段，設(shè)其STL格式為圖2b所示，這時(shí)其頂面和底面是距球心高度分別為 、 的兩個(gè)圓，設(shè)其半徑分別 、 。 a_o99lP  
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三、設(shè)備誤差 7aJ:kumDZ  
    3.1 托板 方向運(yùn)動(dòng)誤差 $Ce;}sM  
    托板 方向運(yùn)動(dòng)誤差直接影響堆積過(guò)程中層厚精度，最終導(dǎo)致Z方向產(chǎn)生尺寸誤差，而托板在垂直面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)直線度誤差，宏觀上產(chǎn)生制件的形狀、位置誤差，微觀上導(dǎo)致粗糙度值增大。因此，托板 方向系統(tǒng)要選用精密導(dǎo)軌、滾珠絲杠、伺服控制系統(tǒng)來(lái)提高 方向的運(yùn)動(dòng)精度。 -*~~00w  
    3.2 X-Y方向同步帶變形誤差 z*G(AcS)  
    X-Y掃描系統(tǒng)采用X-Y二維運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒形同步帶并帶動(dòng)光頭運(yùn)動(dòng)。在定位時(shí)，由于同步帶的變形，會(huì)影響定位的精度，常用的方法是通過(guò)設(shè)定位置補(bǔ)償系數(shù)來(lái)減小其影響。為了考察其影響結(jié)果，我們?cè)贏FS快速成型機(jī)上加工制件，分別在采用補(bǔ)償系數(shù)和未采用補(bǔ)償系數(shù)兩種情況下作了實(shí)驗(yàn)。 e\'=#Hw  
    下表即為采用補(bǔ)償系數(shù)和未采用補(bǔ)償系數(shù)時(shí)所測(cè)得的制件的實(shí)際尺寸值，制件的名義尺寸分別為2，5，10，15，20，25mm，所使用的光斑補(bǔ)償直徑分別為1.0mm和1.1mm。

    （注：表中帶有+號(hào)表明設(shè)定了同步帶變形補(bǔ)償值，其中同步帶的X方向的補(bǔ)償系數(shù)為1.017，Y方向的補(bǔ)償系數(shù)為1.022。） Z,5B(X