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1、碩士學(xué)位論文多材料光固化3D打印裝置及工藝研究RESEARCHONDEVICEANDPROCESSOFMULTI-MATERIALSETEROLITHOGRAPHY(學(xué)術(shù)型)鄧興泓哈爾濱工業(yè)大學(xué)2018年6月國內(nèi)圖書分類號：TH166學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：621密級：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文多材料光固化3D打印裝備及工藝研究(學(xué)術(shù)型)碩士研究生：鄧興泓導(dǎo)師：張廣玉教授申請學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：機(jī)械電子工程所在單位：機(jī)電工程學(xué)院答辯日期：2018年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TH166U.D.
2、C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONDEVICEANDPROCESSOFMULTI-MATERIALSETEROLITHOGRAPHY(Academic)Candidate：XinghongDengSupervisor：Prof.ZhangGuangyuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechat
3、ronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要相比傳統(tǒng)的制造技術(shù)，3D打印技術(shù)具有工藝規(guī)劃過程少，“所見即所得”，成型復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)能力強(qiáng)，適合單件或小批量個(gè)性化制造的特點(diǎn)。3D打印增材的特點(diǎn)使在工件內(nèi)部不同點(diǎn)按需成型不同材料成為可能。但是目前的3D打印技術(shù)在多材料成型上還有諸多限制。多材料器件可以利用不同材料在電磁性能、熱學(xué)性能、機(jī)械性能等方面的差異，實(shí)現(xiàn)
4、功能器件的3D打印。目前對于多材料光固化工藝已有一定研究，在超材料、組織工程和柔性機(jī)器人領(lǐng)域已有一些應(yīng)用，但是目前對多材料光固化技術(shù)的研究還不夠深入，一般只能實(shí)現(xiàn)雙材料成型，并且由于缺乏調(diào)平結(jié)構(gòu)和方法，不同材料之間有較大錯(cuò)層誤差，一般通過過度曝光來成功成型，導(dǎo)致成型尺寸不準(zhǔn)確。本文針對這些問題，展開多材料光固化3D打印裝置及工藝研究。本文從裝置設(shè)計(jì)、調(diào)控方法和成型實(shí)驗(yàn)三個(gè)方面對多材料光固化3D打印展開了研究。根據(jù)成型宏微跨尺度、多材料復(fù)雜嵌套結(jié)構(gòu)的需求，選用了多樹脂池下成型的裝置構(gòu)型，設(shè)計(jì)了裝置的總體方案和機(jī)械結(jié)構(gòu)。計(jì)算了樹脂池調(diào)平結(jié)
5、構(gòu)的角分辨率，分析了折射對成型精度的影響。為減少成型時(shí)間，主要需要減少切換光敏樹脂材料所伴隨的清洗干燥次數(shù)，為此分析了多樹脂下成型的工藝流程，提出了對應(yīng)的工藝流程規(guī)劃算法。建立了面投影光固化工藝的數(shù)學(xué)模型；針對XY平面內(nèi)的成型誤差，提出了基于圖像形態(tài)學(xué)操作的切片圖片補(bǔ)償方法；針對多材料邊界的拼接成型問題，提出了選擇性膨脹獲得重合曝光區(qū)域的方法。針對裝置和調(diào)控方法，最后進(jìn)行成型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。首先選用了三種光敏樹脂，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測定它們的固化參數(shù)。使用帶有一系列尺寸特征的測試樣件進(jìn)行成型實(shí)驗(yàn)，根據(jù)測量的成型誤差通過圖像形態(tài)學(xué)操作進(jìn)行補(bǔ)償，驗(yàn)證
6、了該方法的有效性。設(shè)計(jì)樣件驗(yàn)證了多材料邊界拼接成型方法的有效性，該算法能使多材料邊界有重疊的曝光過程，且不影響對單材料邊界構(gòu)成的特征的成型尺寸。最后設(shè)計(jì)復(fù)雜的多材料嵌套模型進(jìn)行了成型實(shí)驗(yàn)，打印樣件驗(yàn)證裝置的成型能力。實(shí)現(xiàn)了分辨率43.75μm，成型尺寸35×56×40mm3，層厚100μm，錯(cuò)層誤差小于50μm，最多3種材料的多材料光固化成型裝置及工藝。關(guān)鍵詞：光固化；多材料；下成型-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractComparedwithtraditionalmanufacturingtechnologies,3D
7、printingrequireslittleprocessplanningandhasauniquefeaturenaming“whatyouseeiswhatyouget”.Itisverycapableofmanufacturingcomplex3Dstructuresandissuitableforindividualorsmall-batchproduction.Theadditivenatureof3Dprintingenableson-demanddepositionofdifferentmaterialsindiffer
8、entcoordinatesinasinglepart.However,current3Dprintingtechnologieshasmanylimitationsinmulti-materialfabrication
