成型室固液界面接触特征及填充流动行为研究

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连续液面成型工艺利用氧阻聚效应使固化层与约束基底的剥离力显著减小,从而显著提高了打印速度,然而,为了满足3D打印由产品原型快速制造向功能零件大规模直接制造对打印速度的要求,其固液界面粘附依然是影响高速打印工况下工艺可靠性的主要问题。论文研究连续液面成型工艺中界面粘附的影响因素和机理,为成型室基底的设计及工艺优化提供理论依据。主要工作和结论包括:对树脂在成型室微间隙的填充流动力学过程进行了理论推导,考虑基底与树脂界面流固耦合效应建立有限元计算模型,通过计算得到不同参数(平台上升速度、加速度、打印零件截面面积、阻聚区厚度、基底表面滑移无滑移、离型膜厚度)下的流场负压分布特征以及不同参数对粘附力的影响规律,并与文献中将基底做刚性处理的计算结果进行了对比分析和实验验证,实验结果说明采用本文的方法可以显著减小计算误差。虽然调整打印速度、打印截面面积和阻聚区厚度均可以减小粘附力,但是为了不影响成型效率和精度,构建滑移界面是减小粘附力最为有效和合理的方法。实现界面滑移需要构造表面微织构,打印材料与微织构的界面接触状态影响滑移特性。因此,采用COMSOL软件对微纳结构表面树脂流动的行为进行了数值模拟,并对不同织构参数对滑移速度的影响规律进行了分析。结果表明,微织构的尺寸、间距、深度等参数均影响滑移速度和减阻的效果,仿真结果可以为实验表面织构化制备工艺参数设计提供参考。综合考虑界面滑移、制备工艺难度以及对基底透光性的要求,微织构建议参数为:直径取200nm,间距取400nm,深度取350nm。对实验装置Z轴驱动系统的运动精度和重复定位精度进行了实验分析,并设计了阻聚厚度实现方案。在此基础上,对不同阻聚区厚度、不同打印截面面积、不同速度和加速度、不同膜厚打印工艺条件下的粘附力进行了实验研究,实验结果与考虑基底变形的仿真结果吻合较好。
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